Типы циклонов для очистки воздуха. Циклоны

Работа циклонов основана на использовании силы инерции. Газ поступает в патрубок со скоростью 20-25 м/с. Будучи подведен тангенциально, газ получает вращательное движение и разворачивается вниз, одновременно совершает вращательное и поступательное движение. Приближенно можно считать, что все частицы газа движутся с постоянной угловой скоростью. Статическое давление по диаметру цилиндра непостоянно. В центре создается разрежение. Пыль, вследствие инерции, отжимается к стенкам цилиндра. Частицы, касаясь стенок, теряют скорость и выпадают из потока. По мере движения к вершине конуса внутренние слои газа поворачивают к оси циклона и начинают двигаться в сторону выхлопной трубы, образуя по центру трубы восходящий вращающийся вихрь. Пыль осаждается в нижней части, входя в золоспускную трубу. Работа циклона может происходить при любом его геометрическом положении.

Дисперсионный состав пыли, и ее удельный вес влияют на КПД улавливания. Чем крупнее частицы, тем лучше они улавливаются.

В обычных циклонах с увеличением концентрации степень очистки повышается. Так по опытам Кирпичева Е. Ф. с увеличением концентрации с 10 до 75 г/м 3 КПД увеличивается с 65 до 70 %. Концентрация пыли может колебаться в широких пределах. Предельно допустимые концентрации зависят от слипаемости пыли, формы и строения ее частиц, влажности, температуры и давления транспортируемого газа, а также размеров циклона и, в первую очередь, размеров пылевыпускного патрубка.

Температура и вязкость газа влияют на КПД циклона очень незначительно. С увеличением вязкостиКПД падает. При снижении температуры КПД также снижается. Так, при снижении температуры с 360 до 150 °СКПД падает с 77,7 % до 75 %.

Циклоны, изготавливаемые из обычных сталей, могут быть применены для температуры не выше 400 °С, а с литыми чугунными корпусами - до 500 °С. Циклоны из специальных сталей могут использоваться до температуры 750 °С, а в случае наличия при этом жаростойких внутренних покрытий соответствующей толщины - до 1000 °С и больше.

Влажность газов сильно влияет на очистку от пыли, в особенности, если возможна конденсация влаги на поверхности частиц. Для устранения отложения пыли на стенках циклона температура за циклоном должна быть на 15–20 °С выше точки росы.

Скорость поступления газов сильно влияет на КПД циклона. Теоретически с увеличением скорости КПД должен расти. Практически рост возможен только до определенного предела, а затем начинается падение. Наилучшая скорость от 20 до 29 м/с.

Абсолютные размеры циклона, вне зависимости от его конструктивных особенностей, существенно влияют на степень очистки газа. При геометрически подобном уменьшении размеров циклона КПД растет, при увеличении - падает. Исходя из принципа улавливания наиболее тонкой пыли, рекомендуется применять единичные циклоны и блоки параллельно включенных одинаковых циклонов диаметром до 800 мм, но не более1000 мм. Для малых расходов газа диаметр циклона может быть принят менее 300 мм. При уменьшении размеров уменьшается ширина входного патрубка, а следовательно, и расстояние, которое частицы должны пройти, чтобы достигнуть стенки; с уменьшением диаметра цилиндра увеличивается угловая скорость газов, а следовательно, увеличиваются и силы, действующие на частички. Это свойство используется при проектировании мультициклонов.

Экспериментально установлено, что при уменьшении отношения диаметра выхлопной трубы к диаметру цилиндрической части циклона КПД растет, но растет и сопротивление циклона. Большей частью это отношение поддерживается от 0,55 до 0,65. Опытами установлено оптимальное отношение диаметра пылеотводящего патрубка к диаметру циклона от 0,16 до 0,18. Уменьшение угла раскрытия конуса несколько увеличивает степень очистки газа. Так, при изменении угла с 60 до 30° КПД изменяется от 74 до 78 %. При увеличении высоты цилиндрической части циклона степень очистки газов незначительно возрастает. Своевременный отвод из циклона уловленного уноса - непременное условие нормальной работы аппарата.

Максимальная часовая производительность единичных циклонов рекомендуемых диаметров, при проходе газов с плотностью р = 1,32 кг/м 3 и поддержании гидравлических сопротивлений 500–850 Па приведена в таблице 4.

Таблица 4 – Максимальная тяговая производительность единичных циклонов

При компоновке в блоках эти циклоны могут быть использованы на производительность (по газам) до 50000 – 60000 м/ч.

Рисунок 1 - Устройство циклона и схема движения в нем газового потока: 1 - цилиндрическая часть аппарата; 2 - входной патрубок с осью, перпендикулярной оси цилиндра, присоединенный тангенциально к цилиндрической части аппарата; 3 - крышка, закрывающая верхнюю часть цилиндра; 4 - выхлопная труба; 5 - коническая часть корпуса; 6 - выходная улитка; 7 - пылевыпускное отверстие; 8 - бункер; 9 - пылевой затвор

Конструкцией, объединяющей при минимальном диаметре элементов в один аппарат большое их количество, явились батарейные циклоны с диаметром цилиндрического корпуса каждого элемента 40-250 мм.

На рисунке 2 приведена схема батарейного циклона с противоточными элементами конструкции ЦКТИ.

Рисунок 2 – Схема батарейного циклона

Корпус элемента литой чугунный, внутренним диаметром 250 мм; выхлопная труба элемента стальная, диаметром 150 мм; направляющий аппарат – либо винтовая лента, либо розетка; угол наклона центральной линии лопастей 25 °С. Трест газоочистки проектирует элементы и с диаметром корпуса элемента 150 мм.

Обычно на практике батарейные циклоны дают более низкую степень очистки газов, чем в опытных образцах с меньшим количеством циклонов.

Батарейные циклоны имеют общий пылевой бункер для всех элементов. Это снижает КПД батарейного циклона по сравнению с КПД одного элемента (коэффициента улавливания). Нарушение работы происходит не только из-за неравномерности распределения газов по элементам и различных сопротивлений элементов, но и за счет нарушения обмена газов между пылевым бункером и элементами мультициклона.

Обмен газа происходит и в том случае, когда все элементы одинаковы и работают в одинаковых условиях. В патрубке, отводящем золу, происходит следующее. По периферии патрубка, благодаря вращению газа, давление больше, следовательно, пыль с частью газов выходит вниз. В центре патрубка разрежение, туда подсасывается газ. Так происходит газовый обмен между бункером и элементом. При одном из вышеназванных нарушений этот обмен нарушается. В отдельных элементах количество газа, подсасываемого через патрубок, становится больше, чем выходящего из него. Встречный поток движется навстречу поступающей пыли и снижает эффективность работы элемента. В других элементах выходить газов будет больше, чем подсасываться. Коэффициент улавливания этих элементов будет несколько выше, но не настолько, чтобы перекрыть потерю других элементов. Общая степень очистки снижается.

Одним из недостатков батарейного циклона является забивание золой, ввиду чего сильно возрастает сопротивление циклона. Забивание происходит вследствие низкой скорости газов при малой нагрузке либо при неравномерном распределении газов по элементам.

Большое значение для устойчивой работы циклона имеет удаление уловленных частиц. Схема удаления из циклона уловленной пыли состоит:

Бункера, в котором собирается уловленная пыль;

Пылевого затвора, позволяющего вывезти пыль из бункера без нарушения герметичности;

Транспортера пыли для подачи ее в накопительный бункер;

Накопительный бункер;

Увлажнителя, в котором пылевая масса переводится в не пылевое состояние и дает возможность для ее вывоза на утилизацию без потерь.

Выбор схемы пылевыгрузки и видов применяемого оборудования определяется целым рядом факторов: типом циклона, способом утилизации или захоронения пыли, количеством и ее свойствами. Однако обязательными элементами в схеме являются бункер и пылевой затвор.

При эксплуатации сухих пылеуловителей возникает ряд поломок и неисправностей, которые можно устранить во время планового ремонта, непосредственно в процессе работы устройств, или приостановить процесс очистки и произвести внеплановый ремонт ГОУ. Ряд характерных неисправностей механических сухих пылеуловителей перечислены в табл. 5:

Таблица 5 – Характерные неисправности сухих механических пылеуловителей

Признаки неисправности	Способ определения	Способ устранения

Гидродинамическое сопротивление аппарата намного превышает проектное значение
Фактический объемный расход газов превышает проектное значение		При подтверждении и отсутствии запаса по тяге реконструировать ПУ с целью увеличения ее производительности по газу
Значительный подсос атмосферного воздуха	По разности показателей V – образного манометра на входе и выходе аппарата	Установить место подсоса и провести герметизацию установки.
Неправильный выбор дымососа (вентилятора), его двигателя	Изменением скорости вращения валов дымососа (вентилятора) и двигателя	Проверить давление (разряжение) создаваемое дымососом, частоту вращения вала двигателя. При подтверждении отклонений параметров их работы от проектного значения заменить дымосос или двигателя.
Отложение пыли в газоходах или внутри циклона (отдельных элементов батарейного циклона)	По разности звука при постукивании, но легкости поворота или движения задвижек, шиберов. Определением температуры точки росы очищаемого газа	Определить места образования отложений пыли: В случае конденсации паров воды усилить тепловую изоляцию или повысить температуру очищаемого газа; В случае неравномерного распределения газов между элементами батарейного циклона установить в подводящем газоходе направляющие лопатки
Несоответствие типоразмера требуемому по проектной документации.	Измерением основных размеров аппарата и их сопоставление с чертежами.	При наличии отклонений устранить их путем приведения в соответствие с документацией
Гидродинамическое сопротивление аппарата ниже проектного значения
Фактический объемный расход газов ниже проектного значения	По разности показаний V – образного манометра на входе и выходе аппарата	При подтверждении отключить часть циклонов или циклонных элементов в батарейном циклоне.
Нарушение герметичности бункерной части циклона, в верхней решетке батарейного циклона	Внутренним осмотром	Устранить неплотности.
Образование сквозных отверстий в цилиндрической и конусной частях циклона, на выхлопных трубах батарейного циклона	Наружным осмотром циклонов и внутренним осмотром батарейного циклона	Заделать отверстия или заменить изношенные трубы
Вентилятор не обеспечивает необходимую производительность	Проверкой производительности вентилятора, частоты вращения вала и вала двигателя	При подтверждении заменить вентилятор или двигатель
Уловленная пыль не выгружается из бункера
Забиты пылевыводящие отверстия циклона или бункера батарейного циклона	При открытии пылевыгрузных устройств пыль не выгружается	Прочистить отверстии, разрушить свод и выгрузить пыль из бункера
Не срабатывают затворы типа «мигалка»	Визуальным наблюдением	Отрегулировать затворы
Заклинивание барабана шлюзового затвора	Визуальным наблюдением	Прочистить барабан и отрегулировать затвор
Образование подсосов в пылевыгрузных устройствах или швах бункера	Проверкой швов	Установить место подсосов и провести герметизацию
Отсутствие пылевого столба высотой 0,3 – 0,5 мм над затворами, в результате чего имеет место подсос воздуха	Изменением давления (разряжения) в бункере аппарата	Отрегулировать работу затворов
Снижение эффективности очистки
Нарушение режима работы основного технологического оборудования	Визуальным наблюдением: по окраске газов, выбрасываемых из ПУ; по изменению массы пыли, выгружаемой из аппарата за определенный промежуток времени; по записям журналом сдачи и приема смены по обслуживания основного технологического оборудования	Привести режим работы основного технологического оборудования в соответствие с проектным
Увеличение уровня пыли в бункере больше допустимого	По показаниям уровнемера пыли в бункере	Наладить режим выгрузки пыли из бункера и отрегулировать работу пылевыгрузных устройств
Вынос пыли из циклона	Подсос воздуха в корпусе бункера. Устройство для разгрузки пыли не герметично. Переполнение бункера пылью.	Заделка неплотностей. Ремонт устройства для разгрузки пыли. Опорожнение бункера от пыли.
Снижение степени очистки отдельных циклонов или групповых установок	Переток воздуха между циклонами	Очистка от пыли входных участков циклонов, опорожнение бункера
Забивание пылью циклонных элементов батарейных циклонов	Нарушена размерность распределения воздуха между циклонными элементами	Очистка от пыли входных участков циклонных элементов или лопастей закручивающих устройств
Разгерметизация перегородки между раздающей камерой и камерой очищенного воздуха	Часть запыленного воздуха проходит без очистки	Ремонт перегородки

Подробности Создано 10.08.2012 15:57 Обновлено 13.08.2012 16:49 Автор: Admin

Для выделения из газов (воздуха), которые использовались в качестве рабочего тела (например, при пневмотранспорте), твердых частиц, и во избежание загрязнения окружающей среды, применяют механическую сухую очистку в циклонах, очистку с помощью матерчатых фильтров, а также электрическую и мокрую очистки.

Центробежные циклоны используют для очистки газов при запыленности 200-400 г/м 3 , при минимальном размере осаждаемых. частиц 5-10 мкм. Производительность циклонов по пылевоздушной смеси, в зависимости от их размеров, составляет 1500-15000 м 3 /ч.

Принцип действия циклона показан на схеме (IV). Запыленный воздух вводится в верхнюю цилиндрическую часть корпуса по касательной. В циклоне воздух движется по спирали вниз, Для чего предусматривается направляющая - неподвижная винтовая лопасть (или крышка цилиндра выполняется по винтовой поверхности). Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к внешним стенкам, сползают и через специальный затвор Удаляются рз циклона. Очищенный воздух выходит по центральной трубе вверх. Скорость воздушной смеси на входе в циклон 15-25 м/с. Коэффициент очистки в центробежных циклонах 70-90%.

Циклоны малого диаметра обеспечивают лучшую очистку. Поэтому, чтобы достигнуть высокой степени очистки и увеличить производительность, их объединяют в группы (батареи). Схема такой установки показана на рисунке.

Воздушная смесь поступает по трубе 4 в распределитель 3, откуда подается в циклоны 5. Очищенный воздух выходит по трубкам 7 в коллектор 2 и отводится пй трубе 1 в следующий каскад очистки. Выделенный материал оседает в сборнике 6, откуда удаляется через специальные затворы. Техническая характеристика циклонов приведена в таблице.

Более полная очистка газов достигается в матерчатых фильтpax . Сущность очистки газов в таких фильтрах состоит в пропуске газов сквозь пористые перегородки, на которых оседают мелкие частицы. Обычно перегородки изготовляют в виде рукавов из толстой ткани. При температур газа свыше 100 °С рукава делают стеклоткани. Схема рукавного фильтра показана ниже.

Загрязненный воздух поступает по трубе 1 в корпус 2, в котором на специальных подвесках 4 уст новлены рукава 3. Проходя скво стенки рукавов, газ очищается от пыл которая на них оседает, и отводит по трубе 5. Для обеспечения работы фильтра его рукава периодически встряхивают специальным механизмом 6.

В момент встряхивания отводящие трубопроводы 5 закрываются заслонкой 5, заблокированной с механизмом встряхивания. Осажденный в сборнике 9 материал подается шнеком 7 чем шлюзовой затвор 10 в бункеры. Чтобы лучше очистить ткань, сквозь фильтр периодически продувают чистый воздух в обратном направлении.

Степень очистки в матерчатых фильтрах достигает 96-98% при условии очистки сухих газов. Техническая характеристии рукавных фильтров приведена в таблице ниже. Наиболее совершенным является электрический способ очистки газов.

Способ основан на ионизации частив взвешенных в газе, при пропускании последнего через электрическое поле высокого напряжения. Частицы, получившие заряд, перемещаются к электроду, заряд которого противоположен по знаку, и осаждаются на нем. Электрофильтры улавливают частицы крупностью до 5 мкм со степенью очистки до 99%. Такие фильтры успешно работают на очистке горячих (до 350° С) газов. Аэродинамическое сопротивление в них невелико, чем они отличаются от матерчатых. Расход энерги составляет около 0,3 кВт·ч на 1000 м 3 газа. Техническая характеристика электрофильтров приведена в табл. 20.

Для создания электрического поля между электродами фильтру применяется постоянный ток высокого напряжения (до 75000 В). Частицы пыли электролизуются в электростатическом поле, с зданном электродами, отталкиваются от коронирующего электрода, и оседают на электроде 1, соединенном с корпусом.

Устройство горизонтального электрофильтра показано ниже. Загрязненный газ поступает через входной распределитель 1 в к меру фильтра 2, разделенную на две параллельные секции. В каждой секции смонтированы три каскада электрофильтра, через которые газ проходит последовательно. Каждый каскад состоит нескольких рядов осадительиых сетчатых плоских электродов и коронирующих, состоящих из стержней, электродов 49 установле ных на изоляторах 5.

Осадительные электроды периодически встряхиваются кулачковым механизмом 6 для освобождения от осевшей на них пыли. Собранная в приемниках 8 пыль удаляется чер затворы 9. Очищенный газ отводится через сборный коллектор. Подробный расчет электрических и конструктивных параметров электрофильтров специфичен и он производится специализированными конструкторскими организациями. При проектировании предприятий, использующих эти фильтры, производится их выбор по данным катало-; гов и справочников.

Оборудование для мокрой очистки загрязненных газов применяют для окончательной очистки газов, отходящих из вращающихся печей и сушильных барабанов. Ниже показан вертикальный скруббер .

Загрязненный газ по патрубку 6 поступает в нижнюю зону корпуса 1 футерованному керамической плиткой 2. В верхнюю зону скруббера через брызгала 3 подается вода. В корпусе установлены насадки 5 из деревянных реек. Верхняя насадка равномерно распределяет воду по сечению корпуса, средняя - служит для улавливания пыли, а нижняя - распределяет поток входящего газа.

Газ вводится в скруббер по трубе 6 со скоростью 18-20 м/с по касательной к корпусу. Относительно крупные частицы под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам, смачиваются водой и в виде пленки стекают вниз. Окончательное улавливание частиц водой производится при прохождении потока газа сквозь водяную завесу, образованную по всему сечению скруббера. Во избежание выноса воды в сборник 4 скорость движения газа в корпусе скруббера не должна превышать 6 м/с. Степень очистки в таком скруббере 95-98%.

Ниже показана схема пенного пылеуловителя , состоящего из корпуса 3 разделенного по высоте решеткой 4. В верхнее отделение на решетку по патрубку 2 подается вода так, чтобы ее слой на решетке составлял 20-30 мм. Запыленный газ поступает по трубе 1 и движется вверх сквозь решетку навстречу струям воды.

В результате такого движения образуется слой пены толщиной 120-180 мм, в котором задерживаются частицы пыли. Очищенный газ собирается в колпаке 5 и отводится в атмосферу. Частицы пыли, образующие с водой шлам, отводятся через сборник 7 и частично через боковое отверстие 6 вместе со шламом. Пенные пылеуловители задерживают частицы размером до З мкм. Скорость движения газов в аппарате достигает 3,5 м/с. Расход воды 0,5-0,8 м 3 на 1000 м 3 газа.

Рассмотренное выше оборудование предназначено для обеспыливания воздуха и газов и, следовательно, является оборудованием для защиты окружающей среды и улучшения условий труда человека. Однако при его эксплуатации имеются специфические особенности , на которые следует обращать особое внимание.

В сепараторах, циклонах и рукавных фильтрах используется сжатый газ, в виду чего существует опасность взрыва этих аппаратов и магистралей, при несоблюдении режимов их работы. При эксплуатации необходимо непрерывно следить за неправностью контрольно-защитных приборов и устройств (манометров, предохранительных клапанов и т. д.). Контрольно-аварийные устройства должны быть протарированы и опломбированы специальной, службой Госгортехнадзора.

К работе с оборудованием под давлением допускается только специально обученный персонал, имеющий соответствующие удостоверения. В электрических фильтрах применяется высокое напряжение и существует повышенная опасность поражения электрическим током. Поэтому фильтр должен быть установлен так, чтобы исключить непосредственный контакт персонала с оборудованием, работающим под напряжением.

Владельцам небольших мастерских и просто домашним мастерам часто приходится сталкиваться с проблемой очистки воздуха после интенсивных работ по обработке древесины, шлифовке металлических поверхностей и т.д. Обычная вентиляция помещения тут не поможет, потребуется смонтировать специализированное оборудование. При известных навыках его можно сделать и своими руками.

Назначение и характеристики циклонов

Циклон представляет собой специализированную воздухоочистительную установку (хотя подобные агрегаты применяются также в качестве стружкоотсосов, опилок и иных средств для удаления отходов).

В качестве воздухоочистителей промышленные конструкции циклонов должны обеспечивать отсос и пылеудаление с эффективностью не ниже 85…90%, при пылеудалении фрагментов с размерами не менее 10…12 мкм. Они оснащаются различной конструкции фильтрами. Наиболее эффективны электрофильтры, благодаря которым одновременно производится снятие зарядов статического электричества с частиц пыли.

Принцип действия циклона заключается в следующем. В улиткообразное входное пространство циклона с большой скоростью (до 20 м/с) поступает воздух, для чего обычно используются вентиляторы. Воздух, содержащий частички пыли, закручивается, после чего поступает в коническую полость аппарата. Особенности геометрического строения циклона обуславливают постепенное увеличение скорости воздушного потока, содержащего пыль и иные отходы. В процессе этого происходит самоотделение более тяжёлых частиц пыли от более лёгких. Первые оседают на дно, а вторые, перемещаясь в конусообразном пространстве, попадают в пылесборник, откуда их уже легко удалить с помощью ведра или герметичного контейнера. Очищенный воздух через трубу удаляется в атмосферу.

Количество циклонов, в зависимости от требований к качеству пылеудаления, можно сделать разным: встречаются группы из трёх, четырёх и даже восьми одиночных циклонов.

Эксплуатационные требования к циклонам включают в себя следующие параметры:

допустимую дисперсность частиц, которые поступают в циклон, мкм.
эффективность процесса, которая выражается в предельной весовой концентрации частиц после пылеудаления, в г/мм 3 ;
производительность циклона, в м 3 /ч;
граничная температура воздуха или газа, поступающего в раструб циклона (более характерно для систем газоочистки, чем пылеудаления) – обычно до 400…600 °C;
внутренний диаметр циклона, мм.

Кроме чисто конструктивных требований, предъявляются ещё и условия качественной установки воздухоочистных аппаратов. Например, при превышении зазоров в соединениях воздуховодов часто происходит подсос воздуха, при котором производительность отделения пыли от воздуха резко снижается. Допустимая величина подсоса не должна быть более 6…8%.

Циклоны выполняют не только удаление пыли из окружающего воздуха, но могут также обеспечивать подачу чистого воздуха в помещение.

Конструкция бытового циклона

Универсальных циклонов для выполнения различных очистных операций нет. Например, стружкоотсос должен иметь повышенную прочность стенок трубы, что предотвратит преждевременный износ. Относительно циклона, предназначенного для сбора и удаления опилок, важно предусматривать минимальные потери во всасывающих воздуховодах. Предусматривая циклон для целей очистки воздуха от цементной пыли, возникающей в строительных работах, особое внимание уделяют конструкции фильтров.

В бытовых условиях наиболее универсальными считаются циклоны, очищающие воздух от крупнодисперсной пыли. Изменяя конструкцию фильтров, такие аппараты можно сделать для целей пылеудаления, в качестве стружкоотсоса, для очистки воздуха от опилок в деревообрабатывающей мастерской (например, у действующей пилорамы).

Составными частями такого агрегата являются:

корпус – включает в себя коническую и цилиндрическую части, причём преимущественное влияние на качество процесса оказывает форма именно конической части;
патрубок – один или несколько, куда поступает исходный загрязнённый воздух;
выхлопная труба, предназначенная для отвода очищенного от пыли воздуха;
входной фильтр (или их система) в качестве стружкоотсоса;
приёмное ведро;
приводной электродвигатель;
вентилятор.

Все перечисленные детали/узлы можно приобрести, либо сделать своими руками.

Выбор электродвигателя

Поскольку самодельный циклон устанавливается в мастерской, то главным параметром двигателя является его мощность и количество оборотов ротора. При наличии вентилятора мощность двигателя особого значения не имеет, поскольку частицы пыли всё равно в работающий станок, пилораму и т.п. попадать не будут. Тем не менее, мощность и диаметр улитки циклона должны быть взаимоувязаны между собой. При диаметре колеса улитки до 300…350 мм вполне подойдёт высокооборотистый (обязательно!) двигатель до 1,5 кВт. При меньших диаметрах мощность может быть ниже, однако снизится и производительность очистки. Поэтому при наличии в мастерской металлообрабатывающего станка принимают двигатель от 1 кВт.

Мощность электродвигателя существенно увеличивается, если планируется обустроить своими руками самодельное устройство за пределами помещения. Свободного места прибавится, но эффективность очистки снизится, в основном, из-за потерь в воздуховодах. Также стоит отметить, что в холодную пору года такой самодельный циклон будет эффективно «вытягивать» тепло из мастерской.

Удачным вариантом следует признать покупку электродвигателя в комплекте с приёмной улиткой, номер которой определяет потребительские возможности самодельной системы очистки воздуха. Наиболее распространённые для бытового применения параметры улиток и рекомендуемых к ним электродвигателей приведены в таблице:

Системы поставляются с резиновыми виброизоляторами. Они способны создавать рабочее давление от 0,8 кПа и выше.

Выбирая (либо изготавливая своими руками) улитку, предпочтение необходимо отдать радиальной схеме воздухозабора, чем тангенциальной.

В последнем случае для самодельной улитки возрастают непроизводительные потери, а инерционность способа отбора частиц для варианта со стружкоотсосом окажется весьма низкой.

Выбирая двигатель, необходимо учитывать, что скорость движения воздуха в устройстве не может быть меньше 2,5…3 м/с. При неудовлетворительной очистке элементы самодельного циклона как стружкоотсоса (фильтр, ведро) быстро забиваются стружкой, опилками и другими мелкими отходами.

Изготовление элементов циклона

На специализированных форумах сети Интернет можно найти чертежи всех составляющих агрегата, которые доступны для того, чтобы сделать их своими руками. Из подручных средств часто производится переделка бытового (а лучше – промышленного) пылесоса. Дополнительно необходимы:

комплект шлангов из полупрозрачного гофрированного материала (это облегчит визуальный контроль за осевшими внутри частицами пыли). Для стружкоотсоса практичнее резиновые шланги;
звукоизолирующая коробка, которая будет выполнять две функции – обеспечит снижение уровня шума в мастерской, и дополнительную защиту всех находящихся там станков и электроинструментов от периодически накапливаемого пылью статического электричества. С этой целью коробку можно сделать своими руками из фанеры, а изнутри отделать любого типа звукоизолятором;
воздуховоды для очищенного воздуха: собираются своими руками из тонкого алюминиевого листа, и соединяются между собой фальцами;
ёмкость для сбора отходов – можно изготовить из обычного строительного ведра вместимостью от 20 л, которое при помощи гофрорукава герметизируется с корпусом самодельного циклона;
фильтр (можно использовать фильтр от грузовых автомобилей), который устанавливается на выходном патрубке.

Переделанный своими руками для нужд пылеудаления пылесос проверяют: сначала на холостом ходу, прогоняя через систему обычный воздух, а потом уже с подключением пылесоса к работающему станку.

Циклоны являются весьма распространенным типом пылеуловителей. Уже в течение нескольких десятков лет их применяют для выделения из газовых потоков твердых и капельных частиц. В циклонах наиболее совершенных конструкций можно достаточно полно улавливать частицы размером от 5 мкм и больше. Как было отмечено выше, улавливание пыли в циклонах основано на использовании инерции частиц (центробежной силы).

Запыленный газовый поток обычно вводится в верхнюю часть корпуса циклона, представляющего собой в большинстве случаев цилиндр (диаметр D ), заканчивающийся в нижней части конусом (рис. 5.7). Патрубок входа газа в циклон – в большинстве случаев прямоугольной формы – обязательно располагают по касательной к окружности цилиндрической части циклона.Газывыходят из аппарата через круглую трубу (диаметрd ), расположенную по оси циклона. После входа в циклон газы движутся сверху вниз, вращаясь сначала в кольцевом пространстве между наружной цилиндрической поверхностью циклона и центральной выходной трубой, а затем и в основном корпусе циклона, образуя внешний вращающийся вихрь. При этом развиваются центробежные силы, под воздействием которых частицы пыли (или капли жидкости), взвешенные во вращающемся газовом потоке, отбрасываются к стенкам корпуса циклона как цилиндрической, так и конической его части. На этой стадии процесс осаждения пыли осуществляется за счет центробежных сил.

На второй стадии у конической стенки циклона на газовый поток, имеющий очень высокую и предельную концентрацию частиц пыли (особенно возле стенок циклона), начинает сказываться перепад давления между входным и выходным патрубками циклона, сжимающее усилие которого значительно превышает центробежные силы. Концентрация частиц в газовом потоке начинает предельную нагрузку, т.е. то количество пыли, которое в состоянии переносить газовый поток в данных условиях. В итоге происходит выделение частиц пыли из основного потока и их дальнейшее осаждение за счет вторичного пристенного вихря, который увлекает за собой основную часть пыли в бункер. Очищенный основной газовый поток, освобожденный от пыли, за счет перепада давления начинает поворачиваться и двигаться вверх к выходной трубе, образуя внутренний вращающийся вихрь.

5.4.3. Теоретические основы расчета циклонов

Сложность процесса улавливания пыли в циклонах не позволяет пока рассчитывать их конструкции и эффективность только на основе теоретических разработок. Это объясняется тем, что в теоретических положениях допускается ряд упрощений, в результате которых расчетные данные не совпадают с данными, полученными на практике. В то же время с помощью теоретических положений можно отчетливо выявить влияние факторов на процессулавливания пыли в циклонах.

Расчетная схема циклона представлена на рисунке 5.10. При выводе теоретических формул для расчета циклона рассматривают движениечастицымассойm ч в радиальном направлении (к стенкам циклона), происходящее при равновесии действующей на частицу пыли центробежной силы F ЦБ и силы сопротивления F С газовой среды движению частицы. После того как эти две силы уравновесятся, частица будет двигаться к стенке циклона по инерции с постоянной скоростью v R .

Величина центробежной силы, выбрасывающей частицу из вращающегося газового потока к стенкам аппарата, выражается следующей формулой:

где v г = v ч – скорость газового потока в циклоне, принимаемая равной скорости газов во входном патрубке циклона и скорости частиц v ч, находящихся в газах, м/сек;

R – текущее расстояние от центра вращения газового потока (оси циклона) до частицы, м;

m ч – масса частицы, кг.

Под действием центробежной силы частица движется в радиальном направлении к стенке циклона со скоростью v R . Этому движению газовая среда оказывает сопротивление, величину которого определяют по формуле Стокса:

. (5.2)

При входе в циклон центробежная сила F ЦБ значительно превышает силы сопротивления среды F С, так как начальное значение скорости пылинки в радиальном направлении было равно нулю. Но по мере возрастания этой скорости, практически через сотые доли секунды, эти силы становятся равными, и с этого момента частица продолжает двигаться в радиальном направлении с постоянной скоростью v R , которую определяют из равенства

Учитывая, что масса частицы равна
, скорость осаждения частиц на стенки циклона v R можно оценить по следующему выражению:

(5.3)

где d ч – диаметр частицы, м;

ρ ч – плотность частицы, кг/м 3 ;

μ г – динамическая вязкость газовой среды, н · с/м 2 .

Наиболее длинный путь в радиальном направлении будет у той частицы, которая при входе в циклон находилась около внутренней (выходной) трубы. Этот путь равен R 2 – R 1 , где R 2 – радиус циклона, а R 1 – радиус выходной трубы (толщиной стенок пренебрегаем). Оценим время t , которое требуется для того, чтобы такая частица успела пройти путь от R 1 до R 2:

. (5.4)

Заметим, что в выражении (5.3) величина R является переменной величиной, её в среднем можно принять равной
. Учитывая это значение величины R в формуле (5.3) и далее подставляя v R из (5.3) в (5.4), получим

Выражение (5.5) легко также получить учитывая, что

Интегрируя это выражение от R 1 до R 2 , получим формулу для времени осаждения частицы t , аналогичную формуле (5.5):

Из выражения (5.5) можно найти размер наименьших частиц d ч min , которые успевают пройти путь (R 2 –R 1) за время прохождения циклона газовым потоком, т. е. за время t пребывания пылинки в циклоне:

. (5.6)

Принимая среднее время нахождения частицы в циклоне
, где n – число кругов (оборотов), которые совершает газовый поток в циклоне (обычно его считают равным 2), выражение (5.6) можно переписать в следующем виде:

(5.7)

Рассматривая выражения (5.6) и (5.7), можно проследить влияние различных факторов на степень улавливания пыли в циклоне.

1. С повышением скорости газового потока v ч улучшается улавливание пыли в циклоне. Однако при больших скоростях рост эффективности очистки в циклоне замедляется, а при переходе некоторого предела, зависящего от конструкции циклона и дисперсного составаулавливаемой пыли, начинает даже снижаться. Это вызвано возникновением завихрений, срывающих уже осевшие частицы пыли. Обычно наиболее эффективные скорости входа газа в циклон находятся в интервале 20…25 м/с, но не менее 15 м/с.

2. Крупные частицы пыли осаждаются быстрее. Увеличение плотности вещества частиц ρ ч также ускоряет их улавливание.

3. В (5.6) и (5.7) выражение (R 2 2 – R 1 2) может быть представлено как (R 2 + R 1)·(R 2 – R 1). Таким образом, при уменьшении (R 2 – R 1), сокращается путь, проходимый пылинкой, следовательно, облегчается ее осаждение. Однако если величина (R 2 – R 1) будет очень небольшой, то возможно забивание пыльювходного патрубка. Это следует иметь в виду в тех случаях, когда пыль склонна к слипанию, прилипанию к стенкам и когда концентрация пыли в газовом потоке значительная.

4. Если разность величин (R 2 – R 1) остается постоянной, но растут абсолютные значения R 1 и R 2 , то возрастает и их сумма (R 2 + R 1) и осаждениепыли замедляется. Отсюда следует, что увеличение диаметра циклона ухудшает эффективность его очистки. Для получения высокой эффективности улавливания пыли лучше применять циклоны малого диаметра, но это приводит или к значительному увеличению скорости газа, что не всегда допустимо (см. пункт 1), или к необходимости пропускания газа через несколько параллельно установленных циклонов. При этом рекомендуют устанавливать циклоны диаметром не более 800…1000 мм, группируя их, но так, чтобы в одной группе было не больше восьми циклонов.

5. Вязкость газов μ г увеличивается при повышении их температуры, и это снижает эффективность улавливания пыли в циклоне.

Выше было указано на то, что теоретические расчеты и полученные формулы (5.5) и (5.6) связаны с рядом упрощений и допущений. Например: 1) не учитывается влияние беспорядочного вихревого движения вращающегося газового потока, нарушающего нормальное осаждениечастиц пыли; 2) принимается, что частицы пыли шарообразной формы не изменяются и некоагулируютв процессе осаждения; 3) достигнув стенок циклона, они не вовлекаются повторно в газовый поток; 4) не учитывается влияние конической части циклона; 5) допускается, что пыль равномерно распределена по сечению входного патрубка и т. д.

При рассмотрении работы циклонов следует также учитывать их гидравлическое сопротивлениепрохождению газового потока ∆р , определяемое по формуле

, Па, или
, мм вод. ст.,

где ρ г – плотность газовой среды (в рабочих условиях), кг/м 3 ;

v вх – скорость газа во входном патрубке, м/сек;

ξ΄ коэффициент гидравлического сопротивления.

Часто величину гидравлического сопротивления циклона определяют как функцию условной скорости газа, отнесенной к площади всего сечения цилиндра циклона v усл:

, Па, или
, мм вод. ст.

Значения коэффициентов ξ΄, ξ зависят от конструкции циклонов; их обычно дают при описании данной конструкции. Необходимо заметить, что при установке циклонов и виде группы (батареи) коэффициент сопротивления возрастает примерно на 10 %.

Такие устройства, как пылеуловители (циклоны), используются в водонагревательных твердотопливных котлах, пылесосах, автомобилях и пр. Предназначаются они для от частиц твердой не слипающейся золы или пыли диаметром более пяти микрон, а также запыленных газов. Современный циклон может иметь разную производительность, которая варьируется от 6500 до 43000 кубометров воздуха в час, а коэффициент очистки при этом достигает 80%. Эти показатели свидетельствуют о качественной работе подобной установки.

Гравитационные пылеуловители

Циклоны подобного типа являются самыми простыми устройствами. Принцип работы заключается в следующем: загрязненный воздух поступает в камеру, там расширяется, его скорость снижается. Это приводит к тому, что твердые частицы оседают под воздействием собственного веса.

Инерционные пылеуловители

Устройства данного вида подразделяются на мокрые и сухие. Они отличаются принципом работы. Например, рассмотрим сухие пылеуловители. Циклоны ротационные по внешнему виду напоминаю вентилятор. Однако между двумя этими приборами есть разница: пылеуловитель не только перемещает воздух, но и очищает его от пыли. Этот процесс происходит под воздействием на рабочее колесо.

Мокрые пылеуловители, например, циклоны-промыватели, работают по другому принципу, в сравнении с приборами сухого типа. Прежде всего, они оснащены специальным водонапорным бачком, который обеспечивает постоянное давление воды, для того чтобы она проходила во входной патрубок и попадала на днище распределителя. Загрязненный воздух, проникая внутрь циклона, начинает взаимодействовать с водой. В результате, благодаря инерционным силам, пыль оседает на поверхности стенок.

Батарейные циклоны: особенности конструкции

Данный вид прибора имеет определенную конструкцию, которая включает в себя от 16 до 56 циклонных элементов диаметром 245 мм. Они, в свою очередь, состоят из полых корпусов цилиндрической формы, нижняя часть которых исполнена в виде конуса с размещенными на ней входными патрубками, оборудованными так называемыми полуулитками. Эти элементы также содержат внутри себя вертикально расположенные выхлопные патрубки.

Каждый батарейный циклон состоит из трех камер:

Вертикальной — для очищенных газов.
Средней — для запыленных газов.
Нижней — изготовленной в виде бункера для сбора пыли.

Главные особенности батарейных циклонов

Одной из важнейших особенностей батарейных циклонов является полное отсутствие отключаемых секций, что обеспечивает нераздельное прохождение потока. Именно благодаря этому могут работать в полном объеме данные пылеуловители. Циклоны такого типа не нуждаются в регулировке производительности. Их эффективность может значительно снижаться только в случае применения для группы котлов. Поэтому рекомендуется устанавливать такой прибор только на одну котельную. Как правило, циклоны монтируются рядом с задней частью агрегата перед самим дымососом.

Принцип работы: краткое описание

Для того чтобы изготовить циклон-пылеуловитель своими руками, необходимо хорошо знать принцип его работы. Именно эти знания помогут эффективно применять этот прибор на различных производствах.

Итак, рассмотрим, в чем заключается принцип работы пылеуловителя. Загрязненная газовая среда со скоростью примерно 20-25 метров за секунду сначала подается в среднюю камеру. Там она разделяется на равные потоки и направляется на циклонные элементы. После этого начинает быстрое спирально-вращательное движение. За счет