Обычные циклоны
Обычные циклоны имеют диаграмму обтекания газового потока (рис. VI-7) намного сложнее, чем в прямоточном циклоне с неподвижным импеллером. В общих чертах поток представляет собой двойную спираль, причем поток во внешней спирали движется вниз по направлению к бункеру, а во внутренней - по восходящей к выводной трубе. На этот поток накладывается вторичный газовый поток от внешней спирали к внутренней. Такая модель движения была подробно изучена различными исследователями и недавно была объектом обширного обзора.
Используемые методы исследования включали многочисленные измерения с помощью трубки Пито (использовали шаровую трубку Пито), визуальные методы - обнаружение дыма, поступающего в газовом потоке в обычные циклоны, с помощью красителей и порошкообразного алюминия в сочетании с современной оптической техникой в мокрых циклонах.
Рис. VI-7. Обычные циклоны со спектром потока. 1 - внутренние вихри; II - внешние вихри; III - зона взаимодействия на входе; 1 - корпус; 2 - внутренний цилиндр (трубчатый кожух); 3 - конус.
Наиболее тщательные измерения в обычных газовых циклонах были проведены Тер-Линденом в Дельфте. Для этой цели использовали обычный циклон ЦН нормальных размеров со спиральным входом. Диаграммы Тер-Линдена, на которых представлены тангенциальные, осевые и радиальные скорости, а также общее и статическое давление, приведены на рис. VI-8. Подобные диаграммы, но для меньшего интервала значений, были получены Келсалом для гидравлического циклона (рис. VI-9).
Из приведенных данных можно увидеть, что около стенок существует зона, где газы движутся по нисходящей спирали с увеличивающейся тангенциальной скоростью, тогда как ближе к центру газы движутся к выходу с тангенциальной скоростью, большей чем на той же высоте около стенки. Тангенциальные скорости достигают максимума в круге, диаметр которой составляет от 1/2 до 2/3 диаметра выходного отверстия. Внутри круга существует центральный "стержень", где тангенциальные скорости уменьшаются, а аксиальная скорость стремится к максимуму.
Радиальная скорость, которая намного ниже тангенциальной скорости, остается практически постоянной по всем поперечным сечениям обычного циклона. Положительное значение означает дрейф по направлению к оси. Исключение составляет лишь область центрального "стержня", где дрейф направлен наружу. Около стержневого кольца радиальная скорость стремится к нулю. Это является одним из экспериментальных подтверждений теоретического предположения, принятого при расчетах обычных циклонов.
Из диаграммы давлений на различном расстоянии от стенок видно, что давление вблизи стенок имеет положительное значение, не очень сильно отличающееся от давления на входе в циклон. В области центрального "стержня" существует зона отрицательных давлений, простирающаяся вплоть до пылесборника. Любой подсос воздуха в пылесборник ведет к возникновению восходящего потока вдоль обычного циклона к выхлопной трубе, при этом происходит срыв и унос осажденной пыли. В том случае, когда происходит отсос из пылесборника, увеличивается эффективность обычного циклона.
Рис. VI-8. Изменение тангенциальной, радиальной и вертикальной компонент скорости в газовом циклоне. а - тангенциальная скорость; б - вертикальная скорость; в - общее и статическое давление на входе Газа 900 Па. скорость 10,7 м/с; на выходе газа: 0 Па., 6,36 м/с; на выходе пыли 300 Па.
Рис. VI-9. Изменение тангенциальной, радиальной и вертикальной компонент скорости в циклонном скруббере. а - тангенциальные скорости; б - радиальные скорости; в - вертикальные скорости.
Рис. VI-10. Спектры вторичного потока, поступающего в обычные циклоны. а - одиночный вихрь; б - двойной вихрь; в - промежуточный спектр.
Существуют различные мнения о том, состоит ли спектр вторичного потока, образованный осевой и тангенциальной компонентами скорости, из одного вихря по всей длине циклона (рис. VI-10,а) или из двойного вихря (рис. VI-10,б), один из которых входит в обычные циклоны в верхней части над выхлопной трубой, а другой - в конической части. Концентрация пыли в верхней части циклона, а также значительное улучшение эффективности циклона при удалении пыли по специальным каналам (циклоны типа Ван-Тонгерена или Амбуко) свидетельствуют по-видимому в пользу двойного вихря. Этот же факт был установлен некоторыми исследованиями, проведенными на гидравлических циклонах с красящим маркером. Вероятно, реальный спектр вторичного потока представляет собой среднее между этими двумя схемами, как было графически показано Тер-Линденом (рис. VI-10,в).
Изменение тангенциальной скорости с радиусом, выходящим за пределы центральной зоны обычного газового циклона, подчиняется уравнению вихря (VI.3), причем показатель степени п равен 0,5 во всех экспериментах. Исключение составляют ранние работы Прокката и более современных исследований Ферста и Александера, которые приводят значения показателя степени n 0,88 и 0,7 соответственно. Для циклонных скрубберов показатель степени изменяется от 0,7 до 1,391, причем значение 1 типично. Для цилиндрических скрубберов. Из имеющихся экспериментальных данных следует, что значение n = 0,5 наиболее применимо для соотношения между тангенциальной скоростью и радиусом газового циклона, поэтому для расчета тангенциальной скорости в следующих разделах будет использовано уравнение:
uтR0,8 = const (VI.56)
