Вихревая камера

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскикСоциалистическихРеслублнк К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявленс 271279 (21) 2861533/23-26с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 15.0282. Бюллетень Йо 6 1 зМ. Кл. В 04 С 5/103 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 15. 02. 82(72) Авгоры изобретения В.П.Кащеев и В.А.Левадный Белорусский ордена Трудового Красногр Энамени политехнический институт ,(71) Заявитель 54) ВихРеВАЯ кАмеРА Изобретение относится к вихревым устройствам для проведения тепломассообменных процессов в системах твердое тело - жидкость и газ,жидкость - газ и может быть применено в химической, энергетической,нефтеперерабатывающей, металлургической промышленности,Известна вихревая камера для проведения процессов тепломассообменав поле центробежных сил, снабженнаяцилиндрическим направляющим аппаратом для придания вращения яотоку рабочей среды, имеющая гиперболические торцовые стенки, ресивер и патрубки для ввода и вывода потока 1),Недостатком данной вихревой камеры является неравномерность потокарабочей среды, входящего в центробежный кипящий слой твердых частиц,вследствие того, что тангенциальныеотверстия в направляющем аппаратепредставляют собой чередующиесящели неограниченного размера, Тангенциальные струи рабочей среды, проходящие через такой направляющийаппарат, приводят к высокой интенсивности истирания вращающихся частицо направляющий аппарат и к значительному истиракию самого направляющего аппарата, Кроме того, отсутствиепотенциального обтекания частиц нанаружной границе кипящего слоя приводит к повышенному сопротивлению слоя.Известна вихревая камера для создания устойчивого центробежного кипящего слоя твердых частиц, содержащая ресивер, патрубки для ввода ивывода рабочей среды, профилированные торцовые крышки и цилиндрический,направляющий аппарат с тангенциальными отверстиями, в котором с цельюснижения интенсивности истираниячастиц во вращающемся слое и защитынаправляющего аппарата от эрозии путем исключения контакта частиц и внаправляющего аппарата, установленасетка, вращающаяся концентрично внутри направляющего аппарата 2,Хотя в такой камере и обеспечивается более однородное обтекание,наружной границы кипящего слоя и снижение эрозии твердых, частиц и направляющего аппарата, однако наличиевращающейся сетки внутри направляющего аппарата усложняет конструкциюкамеры и снижает ее надежность, Прекращение вращения сетки в результатезаклинивания приводит к уменьшениюстепени закрутки рабочей среды, таккак сетка работает как выравнивающая решетка, что вызывает потерюустойчивости кипящим слоем и выносожижаемого агента (твердых частиц)иэ вихревой камеры. Вращающаясясетка не обеспечивает формированиетаких размеров тангенциальных струйпотока, входящего во внутреннийобъем камеры, которые бы обтекалибезотрывно частицы на наружной границе слоя, поэтому сопротивление ки 3пящего слоя не снижается, Крометого, часть энергии потока рабочей среды расходуется на вращениесетки, что снижает экономичностькамеры,Целью изобретения является повышение надежности и экономичностивихревой камеры.Поставленная цель достигаетсятем, что в вихревой камере для создания устойчивого центробежного кипящего слоя твердых частиц диаметромот 1 мм дл 10 мм, содержащей ресивер, патрубки для вводаи вывода рабочей среды, профилированные торцовые крышки и цилиндрический направляющий аппарат с тангенциальными отверстиями, ширина отверстий направляющего аппарата составляет не более 80диаметра частиц центробежного кипящего слоя, расстояния между кромками соседних отверстий непревышает ширины отверстий, а толщина направляющего аппарата более,чем вдвое превышает ширину отверстий.Отверстия в направляющем аппарате могут быть выполнены цилиндрическими, коническими, сужающимисяпо ходу газа или коноидальными,На фиг, 1 представлена вихреваякамера," на фиг, 2 - сечение А-Ана фиг. 1, с цилиндрическими отверстиями; на фиг. 3 - то же, с коническими отверстиями; на фиг. 4то же, с коноидальными отверстиями.Камера содержит ресивер 1 с входным патрубком, цилиндрический направляющий аппарат 2, профилированные торцовые стенки 3, отверстия длявывода рабочей среды 4. Направляющийаппарат имеет тангенциальные цилиндрические, конические, сходящиеся походу рабочей среды или коноидальные отверстия 5.Вихревая камера работает следующим образом,Рабочая среда (газ или жидкость)подется под давлением в ресивер 1,где распределяется по всей окружности направляющего аппарата 2. Далеерабочая среда проходит через тангенциальные отверстия направляющегоаппарата 2, приобретая необходимуюстепень закрутки, йходит во внутренний объем камеры, ограниченный сторцов стенками 3. Закрученный поток рабочей среды образует из помещенного в камеру ожижаемого агентаОпытная проверка предложенного технического решения проведена на модельной вихревой камере, выполненной из органического стекла,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60(твердых частиц диаметром от 1 ммдо 10 мм) устойчивый центробежныйкипящий слой. Рабочая среда выходитиз вихревой камеры через осевые отверстия 4.Следующие физико-механическиепроцессы обуславливают выбор данныхпараметров цилиндрического направляющего аппарата,Тангенциальный ввод рабочей средыструями размером не более 80диаметра частиц в кипящий слой их обеспечивает потенциальное (безотрывное)обтекание частиц потоком рабочейсреды при любых числах РейнольдсаПри безотрывном обтекании частицыкоэффициент ее сопротивления снижается более чем вдвое при любыхчислах Рейнольдса. Режим струйногообтекания частиц на наружной границе кипящего слоя их, кроме того,является самостабилизирующнм, поскольку при обтекании частицы струейразмером меньше диаметра частицы,она стягивается в струйку. Такимобразом, струйное обтекание частицна наружной границе кипящего слояприводит к упорядочиванию структурычастиц на наружной границе слоя иснижению сопротивления более чемвдвое. При расстоянии между поверхностями струй, входящих во внутреннийобъем камеры, меньше диаметра частиц, наружная граница центробежногокипящего слоя их не касается поверхности направляющего аппарата, т,е.частицы на наружной границе слояопираются на входящие струи рабочейсреды. Для обеспечения сохранениятангенциального направления струйрабочей среды при их выходе из отверстий направляющего аппарата длина направляющих отверстий должнаболее чем вдвое превышать их ширину.При конических сходящихся или коноидальных тангенциальных отверстияхв направляющем аппарате достигаетсябольшая скорость истечения рабочейсреды во внутренний объем камеры ибольший ее расход при том же напоре, При тангенциальных коническихсходящихся отверстиях выигрыш в скорости достигает 17 , а. в расходе15 , при коноидальных - выигрышв скорости и расходе достигает 20по сравнению с цилиндрическими отверстиями.Большая скорость входящего в камеру тангенциального потока рабочейсреды обеспечивает большую напряженность поля центробежных сил вкипящем слое, что позволяет получитьбольший объем кипящего слоя частицпри том же напоре.имеющей наружный диаметр слоя 300 мми наружную высоту слоя 45 мм. Торцовые стенки камеры имеют гиперболический профиль. В качества ожижаемого агента применяют оловянныечастицы диаметром 3 мм в количестве2,5 л насыпного объема, рабочая среда - вода, прокачиваемая через камеру центробежным насосом,Для создания устойчивого кипящего слоя частиц в вихревой камере,имеющей цилиндрический направляющийаппарат со щелями шириной 2 мм, расположенными равномерно в количестве40 штук и направленными под углом85 к радиусу камеры, необходимрасход. через камеру 53 м /ч, приэтом перепад давления на камере2,8 кгс/см. При визуальном наблюдении кипящего слоя с помощью строботахометра обнаружены неоднородности его наружной границы в виде конгломератов частиц. После 2-х ч работы камеры осмотр направляющегоаппарата выявил наличие на его внутренней границе следов эрозии в виде борозд глубиной до 1 мм,После установки за направляющимаппаратом вращающейся сетки с размером ячеек 0,5 х 0,5 мм устойчивыйцентробежный кипящий слой оловянныхзчастиц образовался при расходе 51 м/ч,однако перепад давления на камеревозрос до 3,1 кгс/см. Визуальноенаблюдение слоя показало наличиебольшого числа мелких конгломератов.частиц на наружной границе слоя. Ватем установлен в камеру цилиндрический направляющий аппарат, имеющий цилиндрические отверстия диаметром 2,4 мм, просверленные под углом85 к радиусам продольных сечений камеры, расположенных в вершинах треугольников с шагом 4,5 мм..Для создания устойчивости центробежного кипящего слоя того же объема в этой камере потребовался расходводы 40 м /ч, при этом перепад на: камере 1,1 кгс/см. Наблюдение заслоем с помощью строботахометрапоказывает полное отсутствие неоднородностей его наружной границы.Осмотр направляющего аппаоата после.6-ти ч работы не выявил следов эрозии на его внутренней поверхности,Часть отверстий в направляющемаппарате затем превращена в конические путем раззенковки их с наружнойстороны направляющего аппарата, Это1 привело к снижению расхода воды дляобразования устойчивого слоя до38 мф/ч,с при этом перепад на камере упал до 0,8 кгс/см".Применение предлагаемой вихревой камеры обеспечивает по сравнениюс известными повышение надежности камеры и упрощение ее конструкции изза отсутствия вращающейся сетки;экономию энергии на прокачку рабочей р среды через камеру на 30 ; исключение износа направляющего аппаратаи частиц и, как следствие, повыше"ние срока работы камеры; увеличениена 30теплосъема с кипящего слоя.Формула изобретения1. Вихревая камера для создания 20 устойчивого центробежного кипящегослоя твердых частиц диаметром от 1 ммдо 10 мм, содержащая ресивер, патрубки для ввода и вывода рабочейсреды, профилированные торцовые крыш ки и цилиндрический направляющий аппарат с тангенциальными отверстиями,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью повышения надежности и эко,номичности, ширина отверстий направЗц ,зияющего аппарата составляет не более 80диаметра частиц центробежного кипящего слоя, расстояние между кромками соседних отверстий непревышает ширины отверстий, а тол шина направляющего аппарата более,чем вдвое превышает ширину отверстий.2, Камера по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что отверстия в направляющем аппарате выполнены цилинд 4 ц рическимиф3, Камера по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что отверстия в направляющем аппарате выполнены коническими, сужающимися по ходу газа.4. Камера по п, 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что отверстия в направляющем аппарате выполнены коноидальными.Источники информации,50 принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 216618, кл. В 01 Л 8/14, 1968.55 2. Авторское свидетельство СССРР 613822, кл. В 04 С 5/103, 1973.(13 Тираж 613 ВНИИПИ Государственпо делам иэобрет 13035, Москва, Ж,Филиал ППП Пат ого ком ний и о Раушска ета С рытий наб.,