Вихревая камера

и 946681 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 04. 06. 80 (21) 2952908/23-26с присоединением заявки йо(23) ПриоритетОпубликовано 300782. Бюллетень М 928Дата опубликования описания 30.07,82 1,1 М Кп з В 04 С 3/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторыизобретения В.П.Кащеев и В.А.Левадный кБелорусский ордена Трудового Красного Зн ени. 6политехнический институт(54) ВИХРЕВАЯ КАМЕРА 10 15 20 25 30 Изобретение относится к айпаратам для проведения тепломассообменных процессов в поле центробежных сил и в режиме псевдоожижения твердых частиц жидкостью илк. газом и может найти применение в энергетической, металлургической, нефтеперерабатывающей промышленности, в химической технологииИзвестна вихревая камера для создания центробежного кипящего слоя твердых частиц, содержащая ресивер, патрубки для ввода и вывода потока среда, направляющей аппарат и плоские торцовые стенки 11 и2.В такой вихревой камере невозможно создать устойчивЫй центробежный кипящий слой твердых частиц в связи с выносом вдоль торцов потоком рабочей среды частиц, попавших на плоские торцовые стенки и потерявших окружную скорость.Известна вихревая камера для проведения процессов тепло- и массо- обмена, содержащая корпус, патрубки для ввода и вывода рабочей среды, установленный концентрично в корпусе кольцевой закручиватель потока и торцовые крышки, имеющие криволинейную гиперболическую форму и образующие рабочую полость увеличивающегося от периферии к центру поперечного сечения ГЗ .Недостатки известной вихревой камеры заключаются в высокой интенсивности истирания вращающихся частиц и торцовых стенок, а также в низкой ее эффективности. Благодаря тому, что на больших радиусах камеры гиперболические выпуклые внутрь торцовые стенки имеют малую кривизну, то попавшие на торцовые стенки твердые частицы, вращающиеся на больших радиусах и имеющие большие моменты количества движения, достаточно долго движутся вдоль стенки до момента отрыва от нее радиальной оставляющей потока рабочей среды. Это приводит к высокой интенсивности истирания торцовых стенок и твердых частиц. Кроме того, так как межторцовое расстояние в камере подчиняется соотношению где 1 т - текущее межторцовое расстояние, Ьр - межторцовое расстояние наружной границы центробежного кипящего слоя, г - текущий радиусПерепаддавленияна каме"Рею 1кгс/см Толщина Объем кипяще- кипящего слоя го слоя см см Толщина кипящего слоя см Объемкипящего слоясм 9 Расходводычерезкамеруи /ч 38 41 950 2,7 426 2,3 2,1 1920 43 850 40 2,5 камеры, г - радиус наружной границы кипящего слоя, то объем кипящего слоя твердых частиц в камере мал при сравнительно большом отношении поверхности кипящего слоя к объему.Мленький объем кипящего слоя в камере снижает эффективность ее, а большое отношение поверхности кипящего слоя к объему снижает коэффициент полезного действия, так как увеличиваются потери, например, утечки 10 тепла, через поверхность.Цель изобретения - снижение интенсивности истирания частиц и улучшение геометрических характеристик слоя частиц. 15В вихревой камере, содержащей корпус, патрубки для ввода и вывода рабочей среды, установленный концент" рично в корпусе кольцевой эакручиватель потока иторцовые крышки, имею- щ щие криволинейную форму и образующие рабочую полость увеличивающегося от периферии к центру поперечного сечения, поставленная цель достигается за счет выполнения. торцовых крышек параболическими вогнутыми.На фиг. 1 представлена предлагаемая вихревая камера, разрез; на фиг, 2 - сечение А-А на фиг, 1.Вихревая камера имеет корПус 1, входные патрубки 2, кольцевой закручиватель 3 потока, торцовые крышки 4, между которыми образована рабочая полость 5, и патрубки 6 для вывода рабочей среды.Вихревая камера работает следующим образом.Рабочая среда (жидкость или газ) подается под давлением в кольцевую полость,7, образованную стенками . корпуса 1 и закручивателя 3, далее через наклонные каналы 8 закручивателя 3 она поступает в рабочую полость 5 вихревой камеры. Необходи" мая для создания устойчивого центробежного кипящего слоя твердых частиц 45 степень закрутки рабочей среды создается наклоном каналов закручивателя. Твердые частицы вводятся в камеру путем транспортирования их средой через торцовую крышку или закручи Вихревая камера с гиперболическими торцамиватель. Среда удаляется из камеры через патрубки 6. ПарабОлический профиль крышек 4 камеры, ограничивающих с торцов центробежный кипящий слой частиц в полости 5, обеспечива-, ет удержание частиц благодаря тому, что внутри слоя на частицы действуют центробежные силы сопротивления. При попадании частиц на параболическую стенку и потери ими центробежных сил происходит отрыв частиц от стенки радиальной составляющей потока рабочей среды благодаря тому, что межторцовое расстояние камеры увеличивается с уменьшением радиуса, т.е. от периферии к центру.Проведены испытания предлагаемой и известной вихревых камер.Закручиватели потока и торцовые крышки испытываемых камер изготовлены из оргстекла.Вихревые камеры имеют одинаковые конструктивные характеристики: радиус эакручивателя (наружный радиус центробежного кипящего слоя) 150 мм, высоту направляющего аппарата (наружная высота кипящего слоя) 45 мм, радиус выходных осевых отверстий 50 мм, межторцовое расстояние на радиусе выходных отверстий 135 мм.Предлагаемая вихревая камера имеет гиперболический внутренний профиль торцовых крышек, текущее межторцовое расстояние камеры определяется из выражения где г - текущий радиус камеры, отсчитываемый от ее центральной оси,Предлагаемая вихревая камера имеет параболический внутренний профильторцовых крышек, выполненный из условия Ь = 2 16650 - 41 г мм. Обекамеры имеют одинаковый угол раскрытия, Эксперименты проводились при заполнении камер оловянной дробьюдиаметром.л 1,8 мм,Результаты испытаний камер представлены в таблице. Вихревая камера с параболическими торцамиРасход во Перепад ды через давления камеру, на камере м з/ч кгс/смэ946681 Продолжение таблицы Расход воды черезкамеру,м /чРасходводычерезкаьжрум /ч Перепад давления на камере кгс/см Толцина кипящего слоясм Объем кипящего слоясм Перепаддавленияна камерекгс/смОбъем кипящего слоясмз Толщина кипящего слоясм 2,4 2850 3 1280 4 1700 5 2130 б 2560 7,5 3200 44 2,0 42 2,3 3700 1,9 43 2,2 2,1 4450 1,8 5320 47 1,7 45 1,8 6500 48 1,6 Вихревая камера с гиперболическими торцамиРезультаты испытаний показывают, что объем центробежного кипящего слоя в вихревой камере с параболическими торцовыми крышками вдвое превышает объем слоя в камере с гиперболическими крышками. Так как наружная поверхность кипящего слоя у камер одинакова, эффективность камеры с параболическими крышками вдвое выше, ибо полезный тепломассообменный процесс (например горение) идет в объеме кипящего слоя, а потери (например тепла) идут через его поверхность.После пятичасовой работы камер в 35 одинаковых режимах оказывается, что в камере с гиперболическими крышками в результате истирания вес дроби уменьшается на 2,3, а в камере с параболическими крышками лишь на 40 1,4. Осмотр торцовых крышек камер после испытаний выявил наличие на гиперболических крышках в районах, прилежацих к направляющему аппарату, следы эрозийного воздействия частиц 45 глубиной 0,2-0,3 мм. На параболических торцовых крышках видимого эрозийного износа не наблюдается.Отношение вычисленных объемов вихревых камер с параболическими и гиперболическими крышками составляет. 2,3, т.е. вихревая камера с параболическими крышками вдвое эффективнее, чем с гиперболическими.Момент количества движения частицы, который воспринимает торцовая стенка при соприкосновении с части цей, пропорционален проекции радиальной составляющей скорости потока рабочей среды на касательную к торцовой крышке. 60Угол между радиусом камеры и касательной сечения торцовой крюки в точке, где она пересекается с кольцевым закручивателем (при г150 мм) для гиперболического тор Вихревая камера с параболическими торцамица составляет14, для параболического -, 48.На максимальном радиусе камеры частицы, попадая на стенку крышки, имеют максимальный момент количества движения щЧо, где щ - масса частицы, Ч - скорость, при этом составляющая момента. количества движения частицы, воздействующей на стенку, равна щЧсозг, где с - угол между касательной к стенке и радиусом.Таким образом, на параболическую стенку будет действовать усилие в0,7 раз меньше, чем на соз 48гиперболическую.Формула изобретения Вихревая камера для проведенияпроцессов тепломассообмена в полецентробежных сил, содержацая корпус,патрубки для ввода и вывода рабочейсреды, установленный концентричнов корпусе кольцевой закручивательпотока и торцовые крышки, имеюциекриволинейную форму и образующиерабочую полость увеличивающегося отпериферии к центру поперечного сече"ния, о т л и ч а ю ц а я с я тем,что, с целью снижения интенсивностиистирания частиц и улучшение геометрических характеристик слоя частиц,торцовые крышки выполнены параболическими вогнутыми.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США 9 3618322,кл, 60-203, 1972,.2. Корнилов А,Ф., Николаев Н.А.Принципы конструирования аппаратоввихревого типа, М., НИИТЭХим, 1974,9 10.3. Авторское свидетельство СССР9 216618, кл. В 01 Л 8/14, 1968.946681 Составитель Н.КекишеваТехред К. Мыцьо Корректор О.Вила дактор Ь.Власенко Зака одписнР д. 4/ ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,и 5402/14 ТВНИИПИ Государстпо делам изобр 113035, Ыосква, Жраяс 619енного комитетатений и открытиРаушская наб