Циклоны. Циклон для очистки воздуха от пыли: назначение, принцип работы, характеристики Циклон схема принцип действия

Для лучшего распределения газа с пылью и для отвода пыли на практике широко используется батарейный циклон. Такой аппарат представляет собой циклонные элементы, которые включены параллельно и имеют общий корпус, сборный бункер, а также общий подвод и отвод газа.

В батарейных циклонах (мультициклонах) движение газа достигается установкой в каждом части аппарата закручивающего элемента в виде розетки или винта, а не тангенциальным подводом газа. Благодаря этому производительность батарейного циклона будет намного больше, чем производительность обычного циклона такого же размера.

Самые популярные типы элементом циклона можно увидеть на рисунках

Элемент «винт» обладает самым незначительным гидравлическим сопротивлением и практически не склонен к забиванию пылью.

Осаждение пыли в отдельных элементах такого циклона происходит так же, как и в обыкновенном циклоне. Чаще всего используются циклонные элементы, диаметр которых составляет 100, 150 или 250 мм. В таких аппаратах может достигаться скорость запыленного газа около 4 м/с. Такие аппараты обладают высоким показателем осаждения пыли. При этом они имеют небольшой размер и гидравлическое сопротивление. То есть, если сравнивать батарейные циклоны с одиночными или групповыми, то при одинаковых размерах первые имеют большую производительность.

Конструкция и принцип действия батарейного циклона (мультициклона)

Загрязненный газ подается в газораспределительную камеру, которая ограничена трубными решетками. В трубных решетках герметично крепятся циклонные элементы. После того, как газ очищен, он выводится через выхлопные трубы элементов в общую камеру. Отделенные частицы пыли накапливаются в коническом дне циклона. Циклонные элементы такой конструкции имеют малый диаметр. Газ в них поступает сверху, а не по касательной. Вращательное движение потоку газа передается посредством специального винта или розеток, оснащенных наклонными лопатками.

Качественная работа батарейной циклонной установки обеспечивается за счет идентичности его элементов и равных условий работы.

Общий корпус мультициклона включает в свой состав циклонные элементы. Элементы герметично установлены в трубных решетках. Исходный газ поступает через штуцер в газораспределительную камеру и распределяется по циклонным элементам, заполняет кольцевое пространство между корпусом элемента и патрубком для вывода очищенного газа. В кольцевом пространстве расположены лопастные устройства, заставляющие газовый поток вращаться. Частицы пыли отбрасываются к стенкам циклонного элемента, движутся вниз по спирали и поступают в бункер, общий для всех элементов. Очищенный газ из каждого элемента выводится по трубе в общую камеру, а оттуда - наружу через верхний штуцер.

Батарейный циклон

Как правило, одиночные циклоны имеют диаметр 40-1000 мм, а циклонные элемента - 40-250 мм.

Батарейные циклоны представляют собой параллельно включенные циклоны малого диаметра. Такие устройства лучше улавливают пыль, т.к. при малом радиусе циклона значительно возрастает центробежная сила.

Батарейные циклоны способны работать с переменно нагрузкой, т.е. при необходимости можно включать или выключать отдельные элементы батареи.

Труба оснащена наружными винтовыми лопастями, которые передают потоку газа движение по спирали. В корпус газ подается сверху, затем проходит по поверхности винта в кольцевом пространстве (между внешней поверхностью трубы и внутренней поверхностью корпуса). Твердые частицы задерживаются на стенках корпуса, после чего осыпаются в нижнюю коническую часть и поступают в бункер батареи.

Элементы конструкции батарейного циклона расположены вертикально, параллельными рядами в корпусе прямоугольного сечения. Камера оснащена двумя решетками, в отверстия которых устанавливаются элементы. Очищаемый газ подается через патрубок в пространство между решетками и распределяется по отдельным элементам. После очищения газ поступает в пространство над верхней решеткой и выводится посредством бокового патрубка. Твердые частицы ссыпаются в коническое дно. Элементы конструкции батареи выполняются из чугуна, а решетки из листовой стали. Такие устройства способны очищать газ при широком диапазоне температур.

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:

1. допустимую дисперсность частиц, которые поступают в циклон, мкм.
2. эффективность процесса, которая выражается в предельной весовой концентрации частиц после пылеудаления, в г/мм 3 ;
3. производительность циклона, в м 3 /ч;
4. граничная температура воздуха или газа, поступающего в раструб циклона (более характерно для систем газоочистки, чем пылеудаления) – обычно до 400…600 °C;
5. 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.

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.