ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА

ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА


RU (11) 2181616 (13) C1

(51) 7 B01D45/08, B01D46/24 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001107748/12 
(22) Дата подачи заявки: 2001.03.22 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.03.22 
(45) Опубликовано: 2002.04.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2090244 С1, 20.09.1997. RU 2050945 С1, 27.12.1995. RU 2054304 С1, 20.02.1996. GB 1432050 А, 14.04.1976. FR 1544372 А, 31.10.1968. 
(71) Заявитель(и): Курский государственный технический университет 
(72) Автор(ы): Кобелев Н.С. 
(73) Патентообладатель(и): Курский государственный технический университет 
Адрес для переписки: 305040, г.Курск, ул. 50 лет Октября, 94, КГТУ, ОИС 

(54) ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА 

Изобретение предназначено для очистки сжатого воздуха, особенно от туманов, в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно на крупных компрессорных станциях со значительным суточным расходом сжатого воздуха. Фильтр для очистки воздуха содержит корпус с коническим днищем, выполненным с отверстием в нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, обтянутый проволочной сеткой и имеющий коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности, штуцеры ввода очищаемого воздуха, выполненные в виде суживающихся дозвуковых сопел с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеющие со стороны входа металлические сетки, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, и отражательную перегородку, подпружиненную со стороны штуцера вывода очищенного воздуха установленными на направляющих стержнях пружинами. Корпус суживающихся сопел выполнен из биметалла и снабжен кольцевой канавкой, размещенной на внутренней поверхности суживающихся сопел со стороны металлических сеток и соединенной с криволинейными канавками, а криволинейные канавки имеют профиль в виде ласточкина хвоста. Изобретение обеспечивает снижение энергозатрат на производство сжатого воздуха путем повышения эффективности резонансного наддува в условиях эксплуатации компрессорных установок, находящихся в промышленных зонах с наличием значительного количества твердых и каплеобразных частиц во всасываемом атмосферном воздухе, что достигается обеспечением его нормированных параметров по степени загрязнения перед поступлением в резонатор. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к очистке сжатого воздуха, особенно от туманов, в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно на крупных компрессорных станциях со значительным суточным расходом сжатого воздуха.

Известен фильтр для очистки воздуха (см. а.с. 1546109 Мкл. В 01 D 46/24, 1990. Бюл. 8), содержащий корпус с коническим днищем, выполненный с отверстием в нижней части и снабженный рубашкой со штуцерами ввода и вывода сжатого воздуха, штуцер вывода очищенного воздуха с форсунками для обдува фильтрующего элемента, обтянутого проволочной сеткой и имеющего коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности, штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненные в виде суживающихся дозвуковых сопел с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеющие со стороны входа металлические сетки, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, и отражательную перегородку.

Недостатком является невысокая эффективность из-за невозможности использования газодинамического наддува всасываемого через воздушный фильтр компрессора атмосферного воздуха.

Известен фильтр для очистки воздуха (см. патент 2090244 МПК, В 01 D 45/08,46/24, 1997), содержащий корпус с коническим днищем, выполненный с отверстием в нижней части, штуцер вывода очищаемого воздуха, обтянутый проволочной сеткой и имеющий коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности, штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненные в виде суживающихся дозвуковых сопел с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеющие со стороны входа металлические сетки, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, и отражательную перегородку, подпружиненную со стороны штуцера вывода очищаемого воздуха, установленными на направляющих стержнях пружинами.

Недостатком является снижение эффективности использования газодинамического наддува в условиях интенсивного загрязнения всасываемого атмосферного воздуха твердыми и каплеобразными загрязнениями (особенно при нахождении компрессорной установки вблизи интенсивных источников пыли, например в горнодобывающей промышленности, строительной при наличии в атмосферном воздухе выбросов песка и цемента, металлургической и других отраслях народного хозяйства), когда суммарная, изменяющаяся в условиях эксплуатации энергия ударяющихся твердых и каплеобразных частиц об отражательную перегородку нарушает энергетический баланс поддержания резонансного состояния резонатора, определяемого воздействием всасываемого атмосферного воздуха заданной плотности с нормированным количеством загрязнений.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат на производство сжатого воздуха путем повышения эффективности резонансного наддува в условиях эксплуатации компрессорных установок, находящихся в промышленных зонах с наличием значительного количества твердых и каплеобразных частиц во всасываемом атмосферном воздухе, что достигается обеспечением его нормированных параметров по степени загрязнения перед поступлением в резонатор.

Технический результат достигается тем, что фильтр для очистки воздуха содержит корпус с коническим днищем, выполненным с отверстием в нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, обтянутый проволочной сеткой и имеющий коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности, штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненные в виде суживающихся дозвуковых сопел с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеющие со стороны входа металлические сетки, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, и отражательную перегородку, подпружиненную со стороны штуцера вывода очищенного воздуха установленными на направляющих стержнях пружинами. При этом корпус суживающихся сопел выполнен из биметалла и снабжен кольцевой канавкой, размещенной на внутренней поверхности суживающихся сопел со стороны металлических сеток и соединенной с криволинейными канавками, а криволинейные канавки имеют профиль в виде ласточкина хвоста.

Преимущество предлагаемою изобретения заключается в том, что оно позволяет снижать энергоемкость производства сжатого воздуха за счет увеличения массовой пропускной способности воздушного фильтра путем использования эффекта резонанса (газодинамического наддува) в тяжелых погодно-климатических условиях, а также при значительных технологических выбросах твердых и каплеобразных частиц в атмосферный всасываемый воздух, например горнодобывающими, горно-перерабатывающими и строительными предприятиями, вблизи которых расположены компрессорные станции. Роль резонатора в предлагаемом изобретении выполняет полость, образованная корпусом воздушного фильтра и определенным расстоянием между выходным сечением штуцера ввода очищаемого воздуха в виде суживающегося сопела и отражательной перегородкой.

На фиг.1 изображена принципиальная схема фильтра для очистки воздуха; на фиг.2 - профиль винтообразной канавки в виде ласточкина хвоста.

Фильтр для очистки воздуха состоит из корпуса 1 с коническим днищем 2, выполненным с отверстием в нижней части, штуцера вывода очищаемого воздуха 3, обтянутого проволочной сеткой 4 и имеющего коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности, штуцеров ввода очищаемого воздуха 5 в виде суживающихся дозвуковых сопел с криволинейными канавками 6 на внутренней поверхности и имеющих со стороны входа атмосферного воздуха металлические сетки 7, расположенного в отверстии днища корпуса 1 конденсатоотводчика 8, отражательной перегородки 9, свободно установленной на направляющих стержнях 10 и фиксируемой пружинами 11, и образует полость 12, заключенную между выходным сечением суживающегося сопела 5 и отражательной перегородкой 9, при этом на внутренней поверхности и суживающихся сопел 5 выполнена кольцевая канавка 13 с устройством для удаления загрязнений 14, расположенная за металлическими сетками 7 и соединенная с криволинейными канавками 6.

Фильтр работает следующим образом.

Атмосферный воздух определенной плотности, характеризуемой наряду с давлением атмосферного воздуха и его температурой загрязнениями в виде твердых частиц пыли и капельной влаги при положительных температурах окружающей среды или влагой в твердом и жидком состоянии при отрицательных температурах, поступает как многокомпонентная смесь в суживающееся сопело 5 корпуса 1. Частицы загрязнений, проходящие через металлические сетки 7, в результате уменьшения проходного сечения суживающегося сопела 5 и возрастания скорости всасываемого потока, оттесняются к стенке и попадают в полости криволинейных канавок 6, где, сталкиваясь с другими частицами, укрупняются и становятся "ядрами" конденсации водяного пара. Закручивание в криволинейных канавках более плотного потока пограничного слоя приводит к вращательному движению всего потока всасываемого воздуха перед выходным отверстием суживающегося дозвукового сопела 5, что приводит к более интенсивной коагуляции легких мелких частиц и в конечном итоге улучшает работу фильтра. Это вызывает дополнительную коагуляцию мельчайших частиц влаги, которая с твердыми частицами пыли, а при отрицательных температурах и с твердой фазой жидкости поступает в полость 12 и, ударяясь об отражательную перегородку 9, падает на коническое днище 2, где скапливается конденсат. В результате этого осуществляется смачивание упавших частиц, тем самым предотвращается их унос к проволочной сетке 4.

Полость 12 представляет собой объем, заключенный между выходным сечением суживающегося сопела 5 и отражательной перегородкой 9, при этом размеры выбраны так, что он соответствует объему резонатора. В связи с тем, что плотность воздуха, поступающего в полость 12, изменяется в зависимости от погодно-климатических и технологических условий эксплуатации компрессорной станции, резонатор должен иметь переменный объем. За начальное положение объема резонатора принимаются размеры полости 12 воздушного фильтра компрессора, образованной выходным сечением суживающегося сопела 5 и отражательной перегородки 9, которая фиксируется пружинами 11 в свободном (разжатом) состоянии на направляющих стержнях 10. В этом случае воздействие, оказываемое атмосферным всасываемым воздухом, определяется наименьшей плотностью, соответствующей максимальной температуре окружающей среды (известно, что чем выше температура воздуха, тем ниже его плотность) и минимальному количеству загрязнений, поступающих в воздушный фильтр компрессора. Все это определяется экспериментальным путем, согласно условиям эксплуатации компрессорной станции.

По мере снижения температуры атмосферного воздуха или увеличении количества загрязнений в нем плотность всасываемого воздуха увеличивается, в результате энергия удара потока смеси (атмосферного воздуха и загрязнений в нем) об отражательную перегородку 9 увеличивается и последняя перемещается по направляющим стержням 10, сжимая пружину 11. При перемещении отражательной перегородки 9 объем воздушного столба в полости 12 увеличивается, сохраняя постоянство резонатора при изменяющихся погодно-климатических и технологических загрязнениях в нормированных пределах. В случае последующего уменьшения плотности потока всасываемого воздуха (увеличилась температура атмосферного воздуха или уменьшилось количество загрязнений в нем) отражательная перегородка 9 под действием разжимающего усилия пружины 11 перемещается в сторону выходного сечения суживающегося сопела 5, что уменьшает объем воздушного столба в полости 12. В результате наблюдается пульсирующее перемещение отражательной перегородки 9 на направляющих стержнях 10 под действием пружины 11, что обеспечивает постоянство объема резонатора и соответственно оптимальное воздействие резонансного наддува на величину наполнения цилиндра компрессора.

Интенсивное же поступление твердых и каплеобразных частиц (особенно при наличии пылевых бурь или технологических выбросов твердых и каплеобразных частиц) в полости криволинейных канавок приводит по мере их укрупнения к выпадению в движущийся по центру суживающихся сопел 5 поток всасываемого атмосферного воздуха. В результате наблюдается непредвиденное условиями поддержания резонанса дополнительное возрастание ударной энергии частиц, выпавших из полостей криволинейных канавок 6 на отражательную перегородку 9. Это приводит к выходу из режима резонансного поступления всасываемого атмосферного воздуха в воздушный фильтр компрессора и как следствие возрастанию энергоемкости производства сжатого воздуха.

Выполнение же криволинейных канавок 6 с полостью в виде ласточкина хвоста практически устраняет вероятность выпадения твердых и сконденсировавшихся каплеобразных частиц и они перемещаются к кольцевой канавке 13, откуда по мере накапливания удаляются вручную или автоматически через устройство удаления 14. В этом случае в движущемся по суживающимся сопелам 5 потоке всасываемого атмосферного воздуха находится то нормированное количество загрязнений, в допустимых пределах которого настроен резонатор, включающий полость 12 и подпружиненную отражательную перегородку 9. В результате осуществляется эффективная работа фильтра со снижением энергоемкости производства сжатого воздуха.

Температура периферийных "горячих" слоев закрученного движущегося потока всасываемого атмосферного воздуха внутри сопел 5 превышает температуру воздуха окружающей компрессорную установку среды. Поэтому корпус сопел 5, выполненный из биметалла, постоянно в процессе производства сжатого воздуха находится под воздействием температурного напора, приводящего к возникновению в биметаллической конструкции корпусов сопел 5 продольных колебаний термовибраций (см., например, Дмитриев А.И и др.. Биметаллы. Пермь. 1991 - 415 с. ).

В результате наблюдается разрушение образующихся "пробок" (сталкивающиеся твердые и каплеобразные частицы иногда сливаются в частицы, соизмеримые с размерами полости винтообразных канавок, что может привести к закупориванию элемента полости, т. e. образованию "пробки") в полостях с профилем в виде ласточкина хвоста винтообразных канавок и осуществляется бесперебойное поступление отделяемых от движущегося всасываемого атмосферного воздуха загрязнений в кольцевую канавку 13, находящуюся у металлической сетки 7 сопел 5. Под совместным действием гравитационных сил и термовибрации корпуса сопел 5 загрязнения поступают в устройство для удаления загрязнений 14, из которого удаляются вручную или автоматически.

Оригинальность предлагаемого технического решения состоит в том, что оно обеспечивает снижение энергоемкости производства сжатого воздуха при использовании резонансного наддува при наличии изменяющихся (в зависимости как от технологических, так и погодно-климатических условий эксплуатации компрессорных установок) количество твердых и каплеобразных частиц во всасываемом атмосферном воздухе. Конструктивное выполнение криволинейных канавок с профилем в виде ласточкина хвоста на внутренней поверхности суживающихся сопел гарантирует практически без выпадения в движущийся поток накопление твердых и каплеобразных частиц, а продольные колебания термовибраций биметаллического корпуса сопел приводят к беспрепятственному перемещению накапливаемых частиц в кольцевую канавку с последующим сбросом через устройство для удаления. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Фильтр для очистки воздуха, содержащий корпус с коническим днищем, выполненным с отверстием в нижней части, штуцер вывода очищенного воздуха, обтянутый проволочной сеткой и имеющий коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности, штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненные в виде суживающихся дозвуковых сопел с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеющие со стороны входа металлические сетки, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, и отражательную перегородку, подпружиненную со стороны штуцера вывода очищенного воздуха установленными на направляющих стержнях пружинами, отличающийся тем, что корпус дозвуковых сопел выполнен из биметалла и снабжен кольцевой канавкой, размещенной на внутренней поверхности со стороны металлических сеток и соединенной с криволинейными канавками, а криволинейные канавки имеют профиль в виде ласточкина хвоста.