ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА

ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА


RU (11) 2291737 (13) C2

(51) МПК
B01D 46/24 (2006.01) 

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

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2001129220/15 
(22) Дата подачи заявки: 2001.10.29 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.10.29 
(43) Дата публикации заявки: 2003.07.10 
(45) Опубликовано: 2007.01.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2050945 C1, 27.12.1995. RU 2181616 C1, 27.04.2001. US 3955945 A1, 11.05.1976. 
(72) Автор(ы): Кобелев Николай Сергеевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Курский государственный технический университет (RU) 
Адрес для переписки: 305040, г.Курск, ул. 50 лет Октября, 94, КГТУ, ОИС 

(54) ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА
Изобретение относится к очистке сжатого воздуха, в особенности от туманов, в различных отраслях народного хозяйства, преимущественно на крупных компрессорных станциях со значительным суточным расходом сжатого воздуха. Фильтр содержит корпус с коническим днищем с отверстием в нижней части и верхней крышкой, перфорированный металлический цилиндр, обтянутый проволочной сеткой с фильтрующим элементом, штуцер вывода очищаемого воздуха с конической насадкой с радиальными канавками, штуцер ввода очищаемого воздуха, штуцера ввода и вывода сжатого воздуха, заполняющего полость рубашки. Штуцер ввода выполнен в виде суживающегося дозвукового сопла с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеет со стороны входа атмосферного воздуха металлические сетки. В корпусе укреплены форсунки. В днище установлен конденсатоотводчик. Отражательная перегородка с жестко закрепленной пористой пластиной подвижно укреплена посредством шарнира к верхней крышке, а тягой посредством рычага соединена с конденсатоотводчиком. Эта перегородка образует камеру между штуцером ввода и пластиной, а также камеру между перегородкой и фильтрующим элементом. Технический результат: снижение энергозатрат на производство сжатого воздуха путем использования газодинамического наддува всасываемого атмосферного воздуха за счет выполнения воздушного фильтра компрессора в виде резонатора с обеспечением постоянства резонансного объема в изменяющихся вибрационных условиях эксплуатации компрессорных станций. 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к очистке сжатого воздуха, в особенности 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, М.Кл. В 01 D 46/24, Бюл. №8, 1990 г.), содержащий корпус с коническим днищем и верхней крышкой, перфорированный металлический цилиндр, обтянутый проволочной сеткой с фильтрующим элементом, соединенный со штуцером вывода очищаемого воздуха и имеющий коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности штуцера ввода очищаемого воздуха, при этом корпус выполнен с отверстием в нижней части днища, снабжен рубашкой со штуцерами ввода и вывода сжатого воздуха, а штуцеры ввода очищаемого воздуха выполнены в виде суживающихся дозвуковых сопел с криволинейными канавками во внутренней поверхности и имеют со стороны входа атмосферного воздуха металлические сетки, кроме этого, фильтр снабжен форсунками для обдува сжатого воздуха фильтрующего элемента, установленными в крышке корпуса, конденсатоотводчиком, установленным в отверстии днища корпуса, и отражательной перегородкой.

Недостатком этого устройства являются затраты сжатого воздуха при дополнительном сбросе конденсата, получаемого в процессе тепловлажностной обработки всасываемого атмосферного воздуха в суживающемся дозвуковом сопле и омываемого с поверхности отражательной перегородки в днище фильтра.

Известен фильтр для очистки воздуха (см. патент РФ №2050945, МПК В 01 D 46/24, Бюл. №36, 1995 г.), содержащий корпус с коническим днищем, выполненным с отверстием в нижней части, перфорированный металлический цилиндр, обтянутый проволочной сеткой с фильтрующим элементом, соединенный со штуцером вывода очищаемого воздуха и имеющий коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности, штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненные виде суживающихся дозвуковых сопл с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеющие со стороны входа металлические сетки, рубашку со штуцерами ввода и вывода сжатого воздуха, форсунки для обдува сжатым воздухом фильтрующего элемента, установленные на крышке корпуса, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, и отражательную перегородку, снабженную пористой пластиной.

Недостатком данного изобретения является невозможность эффективного использования газодинамического наддува всасываемого через воздушный фильтр атмосферного воздуха в сложных эксплуатационных условиях, обусловленных сложными вибрационными колебаниями компрессора при производстве сжатого воздуха.

В основу изобретения поставлена задача снижения энергозатрат на производство сжатого воздуха путем использования газодинамического надува всасываемого атмосферного воздуха за счет выполнения воздушного фильтра компрессора в виде резонатора с обеспечением постоянства резонансного объема в изменяющихся вибрационных условиях эксплуатации компрессорной станции.

Технический результат достигается тем, что фильтр для очистки воздуха имеет такое пространственное расположение штуцера ввода очищаемого воздуха и отражательной перегородки, которое обеспечивает возникновение газодинамического надува всасываемого атмосферного воздуха, при этом поддержание постоянства резонансных собственных колебаний столба всасываемого воздуха обеспечивается нейтрализацией выпадающих из резонанса вынужденных поперечных и продольных вибрационных колебаний корпуса воздушного фильтра суммарным действием уровня жидкости в конденсатоотводчике и отражательной перегородке.

На чертеже дана принципиальная схема фильтра для очистки воздуха.

Фильтр состоит из корпуса 1 с коническим днищем 2, выполненным с отверстием в нижней части, и верхней крышкой 3, перфорированного металлического цилиндра 4, обтянутого проволочной сеткой 5 с фильтрующим элементом 6, соединенного со штуцером 7 вывода очищаемого воздуха, имеющего коническую насадку 8 с радиальными канавками 9 на внешней поверхности штуцера 10 ввода очищаемого воздуха, штуцеров ввода 11 и вывода 12 сжатого воздуха, заполняющего полость рубашки 13, при этом штуцер 10 выполнен в виде суживающегося дозвукового сопла с криволинейными канавками 14 на внутренней поверхности и имеет со стороны входа атмосферного воздуха металлические сетки 15, кроме того, в корпусе 1 укреплены форсунки 16 для обдува сжатым воздухом фильтрирующего элемента 6, установленные на крышке корпуса 7, а в коническом днище 2, выполненном с отверстием в нижней части, установлен конденсатоотводчик 17. Отражательная перегородка 18 с жестко закрепленной пористой пластиной 19 подвижно укреплена посредством шарнира 20 к верхней крышке 3, а тягой 21 посредством рычага 22 отражательная перегородка 18 жестко соединена с конденсатоотводчиком 17. При этом отражательная перегородка 18 образует камеру 23 межу штуцером 10 и пластиной 79, а так же камеру 24 между перегородкой 18 и фильтрующим элементом 6.

Фильтр работает следующим образом.

Атмосферный воздух, загрязненный капельной влагой и твердыми частицами пыли при положительных температурах окружающей среды или влагой в твердом и жидком состоянии при отрицательных температурах, поступает в многокомпонентном состоянии в штуцеры 10 корпуса 1. Частицы загрязнений, проходящие через съемные металлические сетки 15, в результате уменьшения сечения проходного штуцера 10, выполненного в виде суживающего сопла, и возрастания скоростей всасываемого потока оттесняются к стенке и попадают в криволинейные канавки 14, 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 суживающего дозвукового сопла, в виде которого выполнены штуцеры 10, что приводит к более интенсивной коагуляции легких мелких частиц и в конечном итоге улучшает работу фильтра. Это приводит к дополнительной коагуляции мельчайших частиц влаги, которая с твердыми частицами пыли, а при отрицательных температурах и с твердой фазой жидкости, ударяясь об отражательную перегородку 18 и пористую пластину 19, попадает на коническое днище 2 фильтра, где находится конденсат. В результате этого осуществляется смачивание упавших частиц, предотвращается их унос к фильтрующему элементу 6.

После выходного сечения штуцера 10 ввода очищаемого воздуха наблюдается поджатие струи закрученного потока атмосферного высасываемого воздуха, что приводит к коагуляции мелкодисперсных капелек, сконденсировавшихся в процессе завихрения атмосферной влаги. После поджатия происходит внезапное расширение с эффектом Джоуля-Томсона. Внезапное расширение сопровождается снижением скорости обрабатываемого потока воздуха и образованием факела (определяемого углом распыла, т.е. расстоянием до отражательной перегородки), оптимальные размеры которого обеспечивают эффективное использование теплоты испарения.

Термодинамический расслоенный в суживающемся дозвуковом сопле атмосферный воздух представляет собой два потока: холодный, насыщенный мелкодисперсной влагой процесса конденсации паров атмосферной влаги, за счет более низкой температуры его по сравнению с окружающей средой, горячий, насыщенный твердыми загрязнениями и крупнодисперсной жидкостью в случае наличия в окружающей фильтр среде дождя, тумана или снежного заряда (снегопад, метель).

Холодный поток, представляющий собой ядро влажного воздуха, выходящего из суживающего сопла, ударяется о пористую пластину 19, и мелкодисперсная жидкость, имеющая температуру холодного потока, заполняет поры малого диаметра пористой пластины, образуя пятно жидкости. Последующий контакт пятна жидкости с влажным воздухом, имеющим усредненную температуру (происходит смешивание в корпусе фильтра перед отражательной перегородкой холодного и горячего потоков), превышающую температуру жидкости в порах пористой пластины, приводит к ее испарению.

Эффективность охлаждения всасываемого воздуха за счет отбора теплоты на испарение жидкости из пор малого диаметра заключается в дополнительном аккумулировании объема жидкости по длине пор, что предотвращает отрыв жидкости без испарения основным потоком (скорость всасываемого воздуха достигает 10 м/с), омывающим отражательную перегородку, т.е. отсутствие пористой пластины с порами малого диаметра не позволило бы испарять в полном объеме жидкость, ударяющуюся об отражательную перегородку при внезапном расширении воздуха, выходящего из суживающего сопла.

Кроме того, конденсирующаяся и испаряющаяся в пористой пластине жидкость не сбрасывается в днище фильтра, что снижает частоту удаления конденсата с загрязнениями в атмосферу, а это приводит к экономии воздуха, используемого в процессе продувки полости слива конденсата.

Известно, что в процессе работы компрессорной установки наблюдаются продольные и поперечные вибрации компрессора и, соответственно, корпуса воздушного фильтра с всасывающим трубопроводом с частотой от 200 до 1500 Гц (см., например, Алексеев В.В., Брюховецкий О.С.Горная механика. - М.: Недра, 1995 - 413 с.; ил.). При наличии продольных и поперечных колебаний корпуса воздушного фильтра компрессора и данной скорости атмосферного воздуха, движущегося по элементам (до 10 м/с), может возникнуть эффект резонанса (газодинамического наддува). Применяя воздушный фильтр в качестве резонатора, повышают производительность компрессорной установки на 20-25% (см., например, Курчавин В.М., Мезенцев А.П. Экономия тепловой и электрической энергии в поршневых компрессорах. - Л., 1985, - 80 с.).

Роль резонатора в предлагаемом изобретении выполняет полость, образованная корпусом воздушного фильтра и соотношением его элементов, определяемым расстоянием между выходным сечением штуцера вывода очищаемого воздуха и отражательной перегородкой.

В результате пульсации движения воздуха в штуцере 10 ввода очищаемого всасываемого воздуха наблюдается вибрационное перемещение отражательной перегородки 18, подвижно укрепленной на шарнире 20. Кроме этого, твердые частицы загрязнений и каплеобразная влага, находящиеся во всасываемом воздухе в камере 23, ударяются об пористую пластину 19, отклоняя ее с отражательной перегородкой 18 в сторону камеры 24, объем которой является резонатором в корпусе 1 воздушного фильтра. В результате поступления всасываемого воздуха в компрессор создаются резонансные колебания столба всасываемого воздуха в камере 24 под действием возбудителей: уровня жидкости с конденсатоотводчиком 17 и отражательной перегородки 18, взаимосвязанных между собой посредством жестко соединенной тяги 21 и рычага 22, обеспечивающих суммарное действие на резонирующий объем как поперечных, так и продольных вибрационных колебаний. Данные колебания являются вынужденными, совпадающими по частоте с собственными колебаниями столба воздуха в корпусе фильтра, обусловлены работой компрессора с продольно-поперечными колебаниями, определяемыми спецификой эксплуатации компрессорной установки. Это приводит к тому, что в камере 24 к моменту закрытия всасывающих клапанов в компрессоре наблюдается максимум давления, а это увеличивает массовый заряд в цилиндре и повышает производительность компрессора.

Надежность автоматического поддержания режима резонанса в изменяющихся эксплуатационных и погодно-климатических условиях работы компрессора обеспечивается следующим образом. При уменьшении массы твердых и каплеобразных частиц в камере 23 (по условиям эксплуатации компрессора в окружающей воздушный фильтр среде отсутствуют дождь, снег, действие ветра в сторону штуцера 10 и т.д.) снижается сила удара их о пористую пластину 19 и отражательная перегородка отклоняется в камеру 24 на меньшую величину, в тоже время количество выпавших частиц в коническом днище 2 также уменьшается. В результате возрастают вибрации в поперечном направлении конденсатоотводчика 17 (чем меньше масса конденсата в днище 2, тем интенсивнее колебания конденсатоотводчика 17 и, соответственно, чем больше масса конденсата в днище 2, тем с меньшей амплитудой колеблется конденсатоотводчик 17), который через жестко соединенную тягу 21 и рычаг 22 воздействует на отражательную перегородку 18, поддерживая столб всасываемого атмосферного воздуха в камере 24 в режиме резонанса с воздухом, поступающим в компрессор через штуцер 7 очищенного воздуха.

При увеличении массы твердых и жидких частиц в камере 23, по сравнению с отрегулированным значением резонансного явления, возрастает сила их удара о пористую пластину 19 и отражательная перегородка отклоняется в камеру 24 на большую величину, одновременно возрастает количество выпавших твердых и каплеобразных (жидких) частиц в коническом днище 2. Конденсатоотводчик 17 поднимается и через жестко соединенную тягу 21 и рычаг 22 воздействует на отражательную перегородку 18, возвращая ее в исходное положение (положение, обеспечивающее резонансные колебания столба всасываемого воздуха в камере 24 воздушного фильтра).

Следовательно, данное конструктивное решение обеспечивает автоматизацию процесса поддержания резонанса и, соответственно, максимального массового поступления всасываемого воздуха в компрессор.

Соотношение между параметрами резонатора (размерами камеры 24 воздушного фильтра компрессора) находится, например, из выражения



где F - площадь поверхности отражательной перегородки, м2;

h - расстояние от уровня жидкости в коническом днище фильтра до входного отверстия всасывающего патрубка, м;

V - производительность компрессора по всасываемому воздуху (объемный расход воздуха через резонатор), м3/с;

k - постоянная величина колебательной системы конкретного типа компрессорной установки, определяемая условиями эксплуатации.

Преимущество предлагаемого изобретения заключается в том, что оно позволяет без дополнительных энергозатрат увеличить производство сжатого воздуха за счет термодинамического наддува всасываемого воздуха в изменяющихся как погодно-климатических, так и эксплуатационных, обусловленных вибрационными воздействиями условиях.

При отрицательных температурах атмосферного воздуха, когда возможно замерзание конденсата в коническом днище 2 корпуса 1, уменьшение внутренних отверстий штуцеров 10 за счет намерзания влаги и твердых частиц, обледенение фильтрующего элемента 6, часть горячего сжатого воздуха из концевого холодильника, имеющего температуру около 100°С, поступает к штуцеру 11 ввода сжатого воздуха через клапан в полость рубашки 13, а затем через клапан и штуцер 12 вывода сжатого воздуха направляется в воздухосборник (на чертеже не указано). По мере необходимости этим сжатым воздухом через форсунки 16, установленные на крышке корпуса 1, осуществляют противоточную продувку фильтрующего элемента 6. Конденсат и загрязнения из корпуса 1 удаляются через конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища (например, поплавкового типа), при достижении жидкостью определенного объема.

Оригинальность конструктивного решения предлагаемого изобретения подтверждается простотой технического исполнения, гарантирующего эксплуатационную и технологическую надежность экономичного производства сжатого воздуха за счет обеспечения резонансного наддува всасываемого воздуха в воздушном фильтре и автоматизированного поддержания данного режима в изменяющихся погодно-климатических условиях работы компрессорной установки.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Фильтр для очистки воздуха, содержащий корпус с коническим днищем, выполненным с отверстием в нижней части, перфорированный металлический цилиндр, обтянутый проволочной сеткой с фильтрующим элементом, соединенный со штуцером вывода очищаемого воздуха и имеющий коническую насадку с радиальными канавками на внешней поверхности, штуцера ввода очищаемого воздуха, выполненные в виде суживающихся дозвуковых сопл с криволинейными канавками на внутренней поверхности и имеющие со стороны входа металлические сетки, рубашку со штуцерами ввода и вывода сжатого воздуха, форсунки для обдува сжатым воздухом фильтрующего элемента, установленные на крышке корпуса, конденсатоотводчик, расположенный в отверстии днища, и отражательную перегородку, снабженную пористой пластиной, отличающийся тем, что фильтр выполнен в виде резонатора, при этом отражательная перегородка посредством шарнира подвижно укреплена в верхней части корпуса фильтра и разделяет внутренюю полость его на камеры, сообщающиеся соответственно с перфорированным металлическим цилиндром и суживающимся дозвуковым соплом, причем конденсатоотводчик через рычаг связан с отражательной перегородкой посредством жестко соединенной тяги.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru