Циклон ЦН-15: характеристики, эффективность, расчёт и подбор
Материал носит информационно-справочный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями ст. 437 ГК РФ.
Формулы, цифры и примеры расчёта приведены как иллюстрация метода. Они могут содержать неточности и не учитывают условия конкретного объекта, поэтому не годятся для самостоятельного подбора оборудования.
Посчитаем под ваш объект и пришлём цену
«Циклон ЦН-15 отсеивает пыль от диаметра d₅₀ ≈ 4,5 мкм при условной скорости 3,5 м/с.»
Циклон ЦН-15 — самый универсальный тип возвратно-поточного циклона конструкции НИИОГАЗ (1952 год) для сухой центробежной очистки газов и аспирационного воздуха. Выпускается в 14 типоразмерах по диаметру корпуса D — от 200 до 2000 мм. Числовые характеристики приведены по справочнику Лазарева В.А. «Циклоны и вихревые пылеуловители» (ОЗОН-НН, 2006).
- Назначение: сухая очистка газов от слабо- и среднеслипающейся пыли — сушка, обжиг, сжигание топлива, аспирация в металлургии, химии, деревообработке.
- Типоразмерный ряд: одиночные циклоны D 200–2000 мм (14 размеров), производительность ≈ 400–39 600 м³/ч при скорости 3,5 м/с.
- Эффективность: d₅₀ ≈ 4,5 мкм, общая 78–81 % (паспорт) и до 87–91 % на промышленных испытаниях.
- Оптимальная скорость: Vц = 3,5 м/с (обычная пыль), 2,5 м/с (абразивная) — определяет и очистку, и износ.
- Сопротивление: КГС ζ₅₀₀ = 147 (одиночный) … 182 (группы); реальный перепад Δp ≈ 940 Па при D 600 мм.
- Предел по пыли: до 1000 г/м³ (слабослипающаяся) и 250 г/м³ (среднеслипающаяся); температура газа до 400 °C.
Как устроен и работает циклон ЦН-15
Циклон ЦН-15 работает на центробежной сепарации: запылённый газ входит в цилиндрический корпус через тангенциальный патрубок под наклоном 15° (отсюда индекс «15»), закручивается по спирали и опускается к конусу. Частицы пыли под действием центробежной силы отбрасываются к стенке, теряют скорость и ссыпаются в бункер, а очищенный газ разворачивается и выходит через центральную выхлопную трубу вверх. Никаких движущихся частей и фильтрующих элементов — очистка идёт только за счёт аэродинамики.
Конструкцию разработал институт НИИОГАЗ в 1952 году, и ЦН-15 стал самым распространённым из семейства циклонов ЦН (наряду с ЦН-11 и ЦН-24). Наклон входного патрубка 15° — это компромисс между глубиной очистки и сопротивлением: у циклона ЦН-11 патрубок положе (11°), очистка тоньше, но сопротивление выше; у циклона ЦН-24 круче (24°), газа проходит больше, но улавливание грубее. Подробный разбор всех трёх — в статье «ЦН-11, ЦН-15 или ЦН-24: какой циклон выбрать».
Ключевые параметры циклона
- Диаметр корпуса D (мм) — базовый размер, от которого через коэффициенты выражены все остальные габариты и площади сечений.
- Условная (расчётная) скорость Vц (м/с) — отношение расхода газа к площади сечения корпуса; для ЦН-15 оптимум 3,5 м/с.
- Диаметр отсева d₅₀ (мкм) — размер частиц, улавливаемых на 50 %; главный показатель тонкости очистки.
- КГС ζ₅₀₀ — коэффициент гидравлического сопротивления, отнесённый к циклону D 500 мм; по нему считают перепад давления.
Важное ограничение: в обычном исполнении ЦН-15 недопустим во взрывоопасных и токсичных средах и не рекомендуется для сильнослипающихся пылей, особенно на малых диаметрах, где узкий пылевыпуск быстро залипает. Для взрывоопасных производств с 1973 года выпускается отдельное взрывобезопасное исполнение ЦН-15 (диаметры от 1400 мм, предельная запылённость до 1500 г/м³, давление до 40 кПа).
Технические характеристики и типоразмерный ряд
Циклон ЦН-15 в обычном исполнении охватывает расходы газа от нескольких сотен до почти сорока тысяч кубометров в час. Все площади сечений выражены через диаметр корпуса: площадь сечения корпуса Fц = 0,785·D², входного патрубка Fвх = 0,172·D², выхлопной трубы Fвых = 0,273·D². Производительность в таблице ниже рассчитана для оптимальной условной скорости 3,5 м/с по формуле L = 3600 · Fц · Vц. Предельные концентрации пыли ниже зависят от слипаемости — как её оценить и учесть при выборе циклона, разобрано в статье подбор циклона по типу пыли.
| Диаметр D, мм | Сечение Fц, м² | Производительность L, м³/ч | Типичное применение |
|---|---|---|---|
| 200 | 0,031 | ≈ 400 | малые отсосы, лаборатории |
| 400 | 0,126 | ≈ 1 580 | станочная аспирация |
| 500 | 0,196 | ≈ 2 470 | участок, один станок |
| 600 | 0,283 | ≈ 3 560 | малый цех |
| 800 | 0,503 | ≈ 6 330 | деревообработка, зерно |
| 1000 | 0,785 | ≈ 9 890 | цеховая аспирация |
| 1400 | 1,539 | ≈ 19 390 | крупная установка |
| 2000 | 3,142 | ≈ 39 560 | предел одиночного; далее — группа |
| Параметр | Обычное исполнение | Взрывобезопасное (с 1973 г.) |
|---|---|---|
| Диаметры D, мм | 200–2000 | от 1400 |
| Запылённость на входе, г/м³ | до 1000 (слабослип.) / 250 (среднеслип.) | до 1500 |
| Температура газа, °C | до 400 | до 250 (угольная пыль) |
| Давление / разрежение, кПа | до 5 | до 40 |
| Оптимальная скорость Vц, м/с | 3,5 (2,5 для абразива) | 3,3 |
Эффективность и гидравлическое сопротивление
Эффективность циклона ЦН-15 описывают двумя величинами: диаметром отсева d₅₀ (частицы этого размера улавливаются на 50 %) и фракционной кривой — долей улавливания по размерам частиц. Для эталонного циклона D 600 мм при скорости 3,5 м/с справочник Лазарева даёт d₅₀ ≈ 4,5 мкм и перепад Δp ≈ 940 Па. Это значит: пыль крупнее 25 мкм ЦН-15 снимает почти нацело, а на частицах 2–3 мкм эффективность падает до четверти.
| Размер частиц δ, мкм | 2,5 | 7,5 | 12,5 | 17,5 | 25 | 35 | 50 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Эффективность η, % | 24 | 79 | 91 | 96 | 98 | 99 | 99,2 |
Гидравлическое сопротивление считают через КГС ζ₅₀₀ и скоростной напор: Δp = ζ₅₀₀ · ρ · Vц² / 2, где ρ — плотность газа. Значение ζ₅₀₀ зависит от того, как циклон включён в сеть и есть ли на выходе раскручиватель. Установка раскручивателя (лопастного или кольцевого диффузора) снижает сопротивление на 15–25 %, возвращая часть энергии закрученного потока.
| Схема включения / раскручиватель | ζ₅₀₀ по корпусу | ζ₅₀₀ по входу |
|---|---|---|
| Работа в сети, без раскручивателя | 155 | 7,4 |
| Работа в сети, лопастной раскручиватель | 115 | 5,5 |
| Работа в сети, кольцевой диффузор | 132 | 6,3 |
| Работа на выхлоп, без раскручивателя | 163 | 7,8 |
| Одиночный, обобщённое значение | 147 | 7,1 |
| Группа с общей улиткой | 175 | 8,4 |
| Группа со сборником | 182 | 8,7 |
Ключевой инженерный вывод: сопротивление растёт с квадратом скорости. Попытка «уплотнить» установку, задрав Vц до 4,5–5 м/с ради меньшего диаметра, поднимает Δp почти вдвое и ускоряет абразивный износ корпуса, а d₅₀ улучшает лишь на доли микрона. Поэтому оптимум для ЦН-15 держат на 3,5 м/с, а не гонятся за компактностью.
Расчёт и подбор циклона ЦН-15
Подбор ЦН-15 идёт в четыре шага — от расхода газа и свойств пыли к диаметру корпуса и проверке очистки. Формулы ниже используют условную скорость и площадь сечения корпуса; общую методику расчёта циклонов любого типа НИИОГАЗ (не только ЦН-15) см. в статье расчёт циклона: методика подбора и формулы.
-
1Определить расход газа и свойства пыли
Расход L (м³/ч) при рабочей температуре, концентрация пыли на входе (г/м³), медианный размер частиц и слипаемость. От слипаемости зависит предельная запылённость: до 1000 г/м³ для слабослипающейся, до 250 г/м³ для среднеслипающейся пыли.
-
2Выбрать условную скорость
Для обычной пыли Vц = 3,5 м/с, для абразивной (кварц, минеральная пыль) — 2,5 м/с, чтобы снизить износ. Скорость определяет и эффективность, и сопротивление.
-
3Рассчитать диаметр корпуса
Fц = L / (3600 × Vц); D = √(Fц / 0,785)
Пример: L = 9000 м³/ч, Vц = 3,5 → Fц = 9000 / 12 600 = 0,714 м², D = √(0,714 / 0,785) = 0,95 м. Берём ближайший больший типоразмер — D 1000 мм. Если D выходит больше 2000 мм — переходят на группу циклонов.
-
4Проверить очистку и сопротивление
Сравнить d₅₀ ≈ 4,5 мкм с требуемой тонкостью: если нужна очистка мелких фракций до ПДК по СанПиН 1.2.3685-21, добавить вторую ступень. Рассчитать Δp = ζ₅₀₀ · ρ · Vц² / 2 для подбора пылевого вентилятора или дымососа.
Нужен подбор циклона ЦН-15 по вашей пыли и расходу?
Пришлите расход газа, концентрацию и тип пыли — инженер подберёт типоразмер, схему очистки и тягодутьевую машину за 1 день. В каталоге — циклоны ЦН-15, пылевые вентиляторы ВЦП 7-40 и тягодутьевые машины для работы с циклоном.
Типичные ошибки при выборе и эксплуатации
Ждут от циклона очистки тонкой пыли: закладывают одиночный ЦН-15 под пыль 2–5 мкм и удивляются, что на выходе дым. При d₅₀ ≈ 4,5 мкм частицы 2,5 мкм улавливаются лишь на 24 %.
Правильно: ЦН-15 — первая ступень «грубой» очистки. Для мелкой пыли ставить вторую ступень — рукавный фильтр или электрофильтр.
Завышают скорость ради компактности: берут циклон меньшего диаметра и гонят Vц 4,5–5 м/с. Сопротивление растёт с квадратом скорости — перепад почти удваивается, корпус изнашивается абразивом быстрее, а очистка почти не улучшается.
Правильно: держать Vц = 3,5 м/с (2,5 м/с для абразивной пыли) и подбирать диаметр под расход, а не наоборот.
Негерметичный бункер и пылевыпуск: подсос воздуха снизу через неплотный затвор или переполненный бункер срывает уловленную пыль обратно в поток. Эффективность падает на 10–20 % при формально исправном циклоне.
Правильно: герметичный пылевой затвор (шлюзовой питатель или мигалка), регулярная разгрузка бункера, высота свободного пространства над пылью не менее 0,5·D.
Часто задаваемые вопросы
Общая эффективность ЦН-15 на полидисперсной пыли — 78–81 % по паспортным данным (циклон D 1000 мм) и 87–91 % по промышленным испытаниям Гипрогазоочистки (циклон D 600 мм, запылённость 26–37 г/м³). Диаметр отсева d₅₀ ≈ 4,5 мкм для D 600 мм: частицы крупнее улавливаются почти полностью, для частиц мельче 5 мкм эффективность резко падает. По справочнику Лазарева В.А. (2006) фракционная кривая ЦН-15 (D 600 мм): 24 % для 2,5 мкм, 79 % для 7,5 мкм, 96 % для 17,5 мкм.
Одиночные циклоны ЦН-15 выпускаются в 14 типоразмерах по диаметру корпуса D: 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800 и 2000 мм. Производительность при оптимальной скорости 3,5 м/с — от ≈ 400 м³/ч (D 200) до ≈ 39 600 м³/ч (D 2000). Для больших расходов циклоны объединяют в группы по 2–8 штук.
Разница — в угле наклона входного патрубка (11°, 15°, 24°) и балансе «очистка / сопротивление». ЦН-11 очищает тоньше (d₅₀ ≈ 3,65 мкм), но имеет более высокое сопротивление. ЦН-24 пропускает больше газа при низком сопротивлении, но улавливает грубее (d₅₀ ≈ 8,5 мкм). ЦН-15 — универсальный компромисс (d₅₀ ≈ 4,5 мкм), поэтому применяется чаще всего.
Производительность L (м³/ч) = 3600 × Fц × Vц, где площадь сечения корпуса Fц = 0,785 × D² (м²), а Vц — условная скорость, для ЦН-15 оптимально 3,5 м/с. Пример: для D = 0,6 м L = 3600 × 0,785 × 0,36 × 3,5 ≈ 3560 м³/ч. Для абразивной пыли скорость снижают до 2,5 м/с — производительность падает пропорционально.
Сопротивление считают через коэффициент КГС ζ₅₀₀. Для одиночного ЦН-15 обобщённое значение ζ₅₀₀ = 147; при работе на выхлоп — 163; для групповой компоновки — 175 (с улиткой) и 182 (со сборником) (по справочнику Лазарева В.А., 2006). Реальный перепад Δp = ζ × ρ × Vц² / 2. При D 600 мм и 3,5 м/с Δp ≈ 940 Па. Раскручиватель или диффузор на выходе снижает ζ на 15–25 %.
ЦН-15 применяют для сухой, слабо- и среднеслипающейся пыли: сушка, обжиг, агломерация, сжигание топлива, аспирационный воздух в металлургии, химии, стройматериалах, деревообработке. Предельная запылённость на входе — до 1000 г/м³ для слабослипающейся и 250 г/м³ для среднеслипающейся пыли. Не подходит для сильнослипающихся и волокнистых пылей и в обычном исполнении — для взрывоопасных сред.
Да, если требуется очистка до ПДК по мелкой пыли (менее 5–10 мкм). Циклон ЦН-15 экономично снимает основную массу пыли, но для тонких фракций его 78–91 % недостаточно под нормы СанПиН 1.2.3685-21. В этом случае ЦН-15 ставят первой ступенью перед рукавным фильтром или электрофильтром — это снижает нагрузку и износ фильтра в разы.
Похожие статьи
Подберём циклон ЦН-15 под вашу пыль и расход
Укажите расход газа, концентрацию и тип пыли, требуемую степень очистки — инженер рассчитает типоразмер, схему очистки и тягодутьевую машину бесплатно за 1 день.