Циклон-пылеуловитель ЦН: типы, расчёт и подбор

Циклон-пылеуловитель: устройство и принцип работы

Циклон-пылеуловитель — простейший и самый надёжный способ очистки аспирационного воздуха от твёрдых частиц: стружки, опилок, зерновой пыли, шлифовального шлама, цементной пыли. Аппарат не имеет движущихся частей и фильтрующих элементов, которые нужно менять, — это его главное отличие от рукавного фильтра. Запылённый воздух вентилятор подаёт по касательной в верхнюю часть цилиндрическо-конического корпуса со скоростью 15–20 м/с. Поток закручивается по спирали и опускается вдоль стенки к бункеру; твёрдые частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенке, теряют скорость и осыпаются в бункер, а очищенный воздух разворачивается и выходит через центральную выхлопную трубу вверх.

Такая конструкция даёт циклону два практических преимущества перед другими пылеуловителями. Во-первых, у него почти нет эксплуатационных расходов: не нужно менять рукава, картриджи или другие расходные элементы — обслуживание сводится к периодической очистке бункера и проверке герметичности швов. Во-вторых, циклон устойчив к абразивной и горячей пыли, которая быстро выводит из строя тканевые фильтры: металлический корпус выдерживает температуру потока до 400 °C и не боится крупной фракции стружки или окалины.

Циклон встраивают в аспирационную установку после сети воздуховодов, куда пыль приходит от местных отсосов у станков или по пневмотранспорту (транспортная скорость в трубах 18–25 м/с). Чаще циклон ставят до вентилятора: тогда пылевой вентилятор ВЦП 7-40 перекачивает уже очищенный воздух, меньше изнашивается и служит дольше. Альтернативная схема — вентилятор высокого давления ВР 132-30 на всасывании перед циклоном, если нужно поднять давление в сети до аппарата. Отрасли применения — деревообработка, зернопереработка, металлургия и производство стройматериалов, где нужна грубая или средняя очистка перед выбросом или возвратом воздуха в цех.

Виды циклонов ЦН: ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24 — сравнение

Серию ЦН разработал НИИОГАЗ; все аппараты различаются углом наклона входного патрубка — от него зависит длина пути частицы внутри корпуса, а значит эффективность и сопротивление сети. Чем меньше угол, тем длиннее спираль потока и выше эффективность, но и больше гидравлическое сопротивление.

С учётом этой иерархии циклон выбирают так: ЦН-11 — там, где важна максимальная степень очистки (мелкая пыль, жёсткие нормы ПДК на выбросе), ЦН-24 — там, где важнее пропускная способность и минимальное сопротивление сети (крупная стружка, щепа деревообработки). ЦН-15 и его укороченная версия ЦН-15У — компромиссный вариант для большинства промышленных задач аспирации; заметим, что у ЦН-15У сопротивление немного выше, чем у полноразмерного ЦН-15 (ζ 165 против 155), — экономят не на перепаде давления, а на высоте корпуса. Для технологических газов с более высокой запылённостью НИИОГАЗ также выпускает батарейные циклоны БЦ и специализированные СК-ЦН-34 (ζ = 1050) и СДК-ЦН-33 (ζ = 520) — их сопротивление заметно выше серии ЦН, но группа таких аппаратов компактнее при равном расходе.

Расчёт и подбор циклона ЦН

Подбор циклона идёт от расхода и характера пыли к диаметру корпуса, типу ЦН и схеме — одиночный аппарат или группа. Ниже — порядок расчёта для запроса технического предложения.

• 1
  Определить расход воздуха и характер пыли

  Возьмите расход Q (м³/ч) от аспирационного укрытия источника пыли или расчёта пневмотранспорта, состав и дисперсность пыли (мкм) и требуемую степень очистки по ПДК СанПиН 1.2.3685-21.

• 2
  Рассчитать диаметр корпуса по условной скорости

  D = √(4Q / (3600 × π × v))

  v — условная скорость в корпусе циклона, 2,5–3,5 м/с. Пример: Q = 8000 м³/ч, v = 3 м/с → D ≈ 0,97 м; на практике диаметр округляют до ближайшего типоразмера, например 1000 мм.

• 3
  Подобрать тип ЦН по тонкости пыли

  Тонкая пыль (цемент, мука, зерно <10 мкм) — ЦН-11. Универсальная задача (стружка, опилки) — ЦН-15 или ЦН-15У при ограничении по высоте. Грубая пыль, крупная стружка, щепа — ЦН-24.

• 4
  Выбрать одиночный циклон или группу

  Если расчётный диаметр превышает 3000–4000 мм или расход слишком велик для одного аппарата, разделите поток на группу из 2, 4, 6 или 8 циклонов меньшего диаметра, работающих параллельно на общий бункер.

• 5
  Проверить эффективность и добавить фильтр при необходимости

  Если доля частиц мельче 5 мкм значительна, ожидаемый КПД циклона падает ниже 80% — после циклона ставят рукавный фильтр как вторую ступень очистки. Итоговый выброс сверяют с СанПиН 1.2.3685-21 и СП 60.13330.2020.

Диаметр даёт габарит корпуса, но для подбора вентилятора нужен ещё перепад давления на аппарате. Гидравлическое сопротивление циклона считают по формуле Δp = ζ·ρ·Vц²/2, где ζ — коэффициент гидравлического сопротивления (245 для ЦН-11, 155 для ЦН-15, 75 для ЦН-24 в режиме «в сети», без раскручивателя, по справочнику Лазарева В.А.), ρ — плотность воздуха, 1,2 кг/м³ при нормальных условиях, Vц — та же условная скорость 2,5–3,5 м/с. Например, для ЦН-15 при Vц = 3,5 м/с: Δp = 155 × 1,2 × 3,5² / 2 ≈ 1140 Па — эту величину закладывают в расчёт полного давления вентилятора сети.

Группы циклонов и место в схеме аспирации

При больших расходах воздуха (десятки тысяч м³/ч) один циклон большого диаметра теряет эффективность — условная скорость в корпусе падает, крупные частицы не успевают долетать до стенки за один оборот. Поэтому расход делят на 2, 4, 6 или 8 циклонов меньшего диаметра, работающих параллельно на общий бункер: каждый аппарат сохраняет расчётную условную скорость 2,5–3,5 м/с, а суммарная эффективность группы выше, чем у одного циклона на тот же расход. Такую компоновку называют мультициклоном (групповым циклоном).

Из бункера циклона пыль убирают через пылевой затвор циклона (шлюзовой затвор) — он не даёт подсасывать воздух в бункер и держит вакуум в системе. Для горючей пыли (древесная, зерновая, мучная) бункер и шлюз выполняют по требованиям взрывозащиты Ex и ПУЭ гл.7.3, корпус циклона заземляют, чтобы снять статический заряд с потока, а концентрацию пыли в воздуховодах держат вдали от НКПРП — нижнего концентрационного предела распространения пламени.

При проектировании группы важно и распределение воздуха между аппаратами: если циклоны подключены к одному коллектору неравномерно (разная длина и сопротивление подводящих патрубков), часть аппаратов работает с недогрузкой, а часть — с перегрузкой и падением эффективности. Коллектор группы рассчитывают так, чтобы расход распределялся поровну, а условная скорость в каждом циклоне оставалась в диапазоне 2,5–3,5 м/с. Приёмку и испытания вентиляционных систем регулируют СП 73.13330 и ГОСТ 34060-2017; ГОСТ Р 53300-2009 к пылеулавливанию отношения не имеет — он задаёт методы испытаний систем противодымной защиты.

Типичные ошибки при подборе циклона ЦН

Часто задаваемые вопросы

Похожие статьи