Логотим Метталум
Проектування, виготовлення, монтаж, запуск, паспортизація
+38 (048) 706 26 73
+38 (097) 743 69 84
metallum_office@ukr.net

Циклони, які використовуються у вентиляційних установках на зернопереробних підприємствах

Циклони, які використовуються у вентиляційних установках на зернопереробних підприємствах

Циклони знайшли найширше застосування для сухого очищення повітря від усіх видів пилу через простоту їх конструкції, експлуатаційну надійність та економічність. Коефіцієнт очищення звичайних циклонів досягає 97-98%, а покращених та модернізованих конструкцій на окремих видах пилу до 99% і вище.

Принцип роботи циклону заснований на здійсненні повітряним потоком обертального руху між концентрично розташованими циліндрами 2 і 3 (рис. 1) та на використанні відцентрових сил для виділення пилу з потоку.

Рис. 1. Схема циклону

1 – конус, 2 – зовнішній циліндр, 3 – внутрішній циліндр, 4 – вихідний патрубок, 5 – вхідний патрубок, 6 – протипідсосний конус, 7 – вихідний патрубок для пилу

На частинку пилу, що знаходиться в точках А1 і А2 циклону з тангенціально-гвинтовою формою вхідного равлика, діє відцентрова сила.

Швидкість Vвх залежить від витрати пилоповітряного потоку і перерізу вхідного патрубка.

Під дією відцентрової сили частинки пилу переміщуються радіусом з відносною швидкістю Vг (м/с). Для осадження пилу в циклоні необхідно, щоб за час обертання частка пилу перемістилася з точки А або Б точки А3 або Б3, розташовані на зовнішньому циліндрі або конусі. Далі осаджений пил під дією сили тяжіння переміщається по стінках конуса до вихідного патрубка 7.

Швидкість частинки по радіусу Vr (м/с) знаходять із рівності відцентрової сили та сили в'язкого опору згідно із законом Стокса.

Розміри циклонів знаходять розрахунковим шляхом, залежно від діаметра циклону.

Ефективність очищення повітря від пилу в циклоні залежить від розміру та щільності частинок пилу, від вхідної швидкості або витрати повітря та від діаметра циклону. Чим більший розмір і щільність пилу, а також чим більша вхідна швидкість повітря в циклоні (але до певної межі), тим вища ефективність очищення.

Межа підвищення вхідної швидкості повітря в циклоні настає, коли подальше збільшення швидкості не підвищує швидкість радіального переміщення пилу Vr через зростання сил опору. Тому надмірне збільшення вхідної швидкості циклон вище оптимального значення призводить до погіршення ефективності очищення.

Ефективність очищення збільшується із зменшенням діаметра циклону, тому при проектуванні слід застосовувати батарейні циклони малих діаметрів замість циклонів з більшими діаметрами. Одиночні циклони великих діаметрів застосовують тільки на великому пилу при аспірації обладнання, що працює на неочищеному зерні, наприклад, прийому зерна з залізниці або з автомобільного транспорту.

З малюнка 1 видно, що в результаті обертального руху потоку осі циклону створюється вакуум (вихровий шнур) діаметром від 0,25 до 0,4d навіть при роботі циклону на нагнітанні.

Наявність вакууму осі циклону збільшує підсмоктування повітря через центри вихідних патрубків 4 і 7, що погіршує ефективність роботи циклона. Для зменшення впливу вихрового шнура по осі циклону встановлюють іноді протипідсмоктувальний конус 6, а на виході пилу з патрубка 7 – шлюзовий затвор.

На підприємствах для зберігання та переробки зерна застосовують чотири типи циклонів (рис. 2). Перші три типи циклонів (ЦОЛ, 4БЦШ і ОТІ) мають тангенціально-гвинтові входи, а циклон УЦ – спірально-плоский вхід.

Рис. 2. Проектна нормаль циклонів

а – ЦОЛ, б – 4БЦШ, в – ОТІ, г – УЦ

За формою циклони поділяють на циліндричні (hц > hк) та конусні (hц < hк). За розмірами циклони називають одинарними великого діаметра (циклони ЦОЛ) і батарейними малого діаметра (4БЦШ, ОТІ та УЦ), Залежно від напрямку обертання повітряного потоку циклони бувають праві (потік обертається за годинниковою стрілкою) і ліві (потік обертається проти годинникової стрілки).

Циклон УЦ має спірально-плоский вхідний патрубок. Підвищення ефективності очищення в цьому циклоні досягається внаслідок наступних конструктивних змін.

  1. Вхідний патрубок у циклоні УЦ квадратної форми винесено за габаритні розміри циклону; при цьому вхідний патрубок має спіральну зовнішню поверхню, описану радіусом R з кутом 180°.

Наявність такого вхідного патрубку покращує ефективність очищення повітря тому, що при вході в циклон усі частинки пилу виявляються вже виведеними на поверхню зовнішнього циліндра циклону. У звичайних циклонах з тангенційно-гвинтовими входами вхідний патрубок розташований у межах зовнішнього діаметра; тому частинки пилу змушені переміщатися від внутрішнього до зовнішнього циліндра.

  1. Верхня гвинтова кришка вхідного равлика звичайних циклонів замінена в циклоні УЦ горизонтально плоскою. Тому після одного обороту потік не опускається вниз по гвинтовій з кроком «в», як у звичайних циклонах, а ущільнює та віджимає повітря, що входить. Це покращує ефективність очищення, але збільшує опір циклону, коефіцієнт опору якого дорівнює ζц = 20D замість 12D.
  2. Діаметр внутрішнього циліндра циклону УЦ зменшено до 0,38D замість 0,6D у звичайних циклонах. Це знижує ймовірність винесення у вихлопну трубу дрібних порошинок і покращує ефективність очищення.

Циклони УЦ найбільш ефективно працюють на борошняному пилу з коефіцієнтом очищення 99 - 99,5%.

Опір циклонів Нц (Па) знаходять за формулою

Нц = 0,5 ζц ρ V2вх

де ζц – коефіцієнт опору циклону залежить від його конструкції, наприклад, в циліндричних циклонах не залежить від діаметра циклону, а в конусних прямо пропорційний діаметру (див. табл. 1).

Табл. 1. Залежність параметрів циклонів від його діаметра

Циклон

Діаметр

Висота

Заглиблення внутрішнього циліндру hг

Розміри вхідного патрубку

Оптимальна вхідна швидкість Vвх, м/с

Коефіцієнт опору ζц

Ефективність очищення, %

Залежність діаметру D від витрат повітря Q

Зовнішній D

Внутрішній d

Циліндра hц

Конуса hк

Загальна h

а

в

ЦОЛ

1,0

0,6

1,76

1,14

2,9

1,7

0,21

0,36

18

4

до 95

D=14,4Q0,5

4БЦШ

1,0

0,6

2,18

2,0

4,18

1,355

0,2

0,58

15…18

5

до 97

D=13,0Q0,5

ОТІ

1,0

0,55

0,6

2,5

3,1

0,7

0,225

0,45

10…14

12D*

до 98

D=13,8Q0,5

УЦ-38

1,0

0,38

0,8

2,3

3,1

0,5

0,25

0,25

10…12

20D*

до 99

D=19,5Q0,5

*Значення діаметра приймати в метрах

Габаритні розміри циклонів ЦОЛ, 4БЦШ (ВНДІЗ-НДІОгаз), ОТІ та УЦ-38 наведені в таблицях на сайті.

На зернопереробних підприємствах широко застосовують батарейні установки циклонів 4БЦШ, батарейні установки з циклонами УЦ при однорядному розташуванні 2УЦ, ЗУЦ та 4УЦ та батарейні установки з циклонами УЦ при дворядному розташуванні 2 х 2УЦ, 2 х ЗУЦ та 2 х 4УЦ.

Існуючі циклони не задовольняють повністю підвищеним сучасним вимогам до очищення повітря від пилу через недостатньо високу їх ефективність. Тому дуже важливими є дослідження, спрямовані на підвищення ефективності роботи існуючих циклонів, створення нових, більш ефективних циклонів та їх впровадження у виробництво.

На підприємствах харчової та зернопереробної промисловості експлуатуються більш ефективні модернізовані циклони (рис. 3).

 

Рис. 3. Нові типи модернізованих циклонів

а – ЦОМ, б – БЦМ, в – УЦМ

Циклон ЦОМ (відцентровий пиловловлювач модернізований) можна застосовувати замість циклону ЦОЛ на великому елеваторному пилу, а батарейні циклони 4БЦМ – замість циклонів 4БЦШ (ВНДІЗ-НДІОгаз) на всіх видах пилу. Батарейний циклон УЦМ можна рекомендувати лише на борошняному пилу.

Модернізовані циклони ЦОМ і 4БЦМ відрізняються від існуючих циклонів ЦОЛ і 4БЦШ наступним:

- наявністю спірально-гвинтової форми вхідного патрубку замість тангенціально-гвинтової;

- вхідний патрубок прямокутної форми винесено за габаритні розміри зовнішнього циліндра;

- діаметр внутрішнього циліндра зменшений до d=0,4D замість d=0,6D;

- у вхідному патрубку спірального равлика встановлено сопло, утворене продовженням дуги AB на кут α°.

У спіральному равлику з кутом 180° і радіусом R збережена верхня гвинтова кришка.

У циклоні УЦМ, на відміну від циклону УЦ, форма вхідного патрубку спірально-гвинтова, вхідне сопло має кут α = 15-30°. Заміна спірально-плоского входу на спірально-гвинтовий дозволяє зменшити коефіцієнт опору циклону з ζц = 20D (УЦ-38) до ζц = 14D, тобто на 43%. При цьому ефективність очищення на борошняному пилу практично не змінюється. Як показали стендові випробування, під час роботи циклону на елеваторному пилу дещо погіршується ефективність очищення. Тому циклони УЦМ можна рекомендувати лише на борошняному пилу з метою економії енергії.

Розміри циклонів УЦМ можна визначати за залежностями, наведеними у таблиці 1, або брати з таблиць для циклонів УЦ. Дуга АБ, показана малюнку 3, відповідає куту α = 15-30°.