سیکلون های غبارگیر

سیکلون های غبارگیر Cyclone Dust Collector

يكي از وسايلي كه در جداسازي ذرات جامد از فاز گاز مورد استفاده قرار مي گيرد، سيكلون ها هستند . در اين دستگاه ها جريان گاز همراه با ذرات ريز جامد وارد يك محفظه استوانه اي يا مخروطي شكل مي شود.با توجه به ديواره استوانه اي سيكلون، جريان مواد با يك حركت گردباد مانند به سمت پايين سيكلون حركت مي كند. با توجه به اينكه نيروي اينرسي وارد شده بر ذرات جامد، از نيروي اينرسي وارد شده بر فاز گاز بيشتر است، اين ذرات مماس بر ديواره ظرف به سمت پايين محفظه هدايت مي شوند. در قسمت پايين محفظه نيز فضايي براي جمع شدن اين ذرات جامد تعبيه شده است كه به صورت ناپيوسته يا پيوسته اين ذرات از محفظه خارج مي شوند.

طراحی و ساخت سیکلون های غبارگیر گروه مهندسین مکانیک کبیر برابر با آخرین استانداردهای کیفی مطابق با سفارش مشتری و در سایزها ، ظرفیت ها و نوع های مختلف طراحی و تولید می گردد.

اساس جداسازي اين ذرات از توده جريان گاز به اين صورت است كه نيروي اينرسي وارد شده بر ذرات جامد در سيكلون ها، چندين برابر نيروي اينرسي وارد شده بر فاز گاز مي باشد و لذا اين ذرات از كناره هاي محفظه سيكلون به پايين محفظه هدايت مي شوند. ولي فاز گاز تحت تاثير نيروي كمتري قرار مي گيرد و از نقاط فوقاني ذرات جامد، به سمت پايين محفظه مي رود.قسمت مركزي سيكلونها، معمولاً از يك استوانه نسبتاً قطور براي خروج گاز استفاده مي شود. اين لوله در وسط سيكلون تعبيه شده و از ذرات جامد كه در اثر نيروي اينرسي وارد شده، در كناره هاي سيكلون قرار دارند فاصله دارد. به اين ترتيب اكثر ذرات جامد ورودي از جريان گاز جدا مي شوند. سیکلون وسیله ای است می توان ذرات معلق موجود در سیال مانند هوا یا گاز و یا مایعات را بدون استفاده از فیلتراسیون جداسازی نماید . جهت جداسازی ذرات معلق از سیال از دو نیروی چرخش سیال و گرانش استفاده می گردد تا ذرات جامد از سیال جدا شوند که در اصطلاح عام رطوبت گیر نامیده می شود .

در این سیستم هوا با استفاده از یک الگوی مارپیچی در قسمت بالای سیکلون که قسمت بزرگتر سیکلون می باشد شروع به چرخش می نماید و به سمت پایین و قسمت کوچکتر سیکلون جریان پیدا می کند . ذرات معلق در جریان چرخشی یا گردابه ای دارای اینرسی زیادی می باشد و نمی توانند که جریان گردابه ای را دنبال کنند بنابراین به دیواره تحتانی سیکلون که به شکل مخروط می باشد برخورد کرده و از آنجا به انتهای سیکلون لغزش پیدا می کنند جایی که می توان آنها را جمع آوری نمود .مقدار دبی جریان و هندسه سیکلون مشخص می کنند که ذرات با چه اندازه را می توان از جریان جدا نمود . لازم به ذکر است که از سیکلون معمولا به عنوان پیش جدا کننده استفاده می گردد تا بار گرد و غبار تا رسیدن به فیلتر نهایی را افزایش دهد . سیکلون های با بازده بالا عمدتا انرژی زیادی مصرف می کنند و این یعنی هزینه زیاد . ولیکن سیکلون ها با بازده کمتر بسیار موثرتر خواهند بود اگر که به همراه یک سیستم مکمل فیلتراسیون استفاده گردد.

سیکلون عمل جداسازی ذرات از هوا، در میدان گرانشی شدیدی انجام می شود که به طورمصنوعی تولید شده است. عمده ترین کار سیکلون ها، جداسازی غبار از جریان گاز است. غبار جدا شده از طریق قیف زیر دستگاه و هوای تمیز از طریق خروجی بالای دستگاه خارج می شود. سیکلون ها برای جداسازی غبار از گاز آلوده با ایجاد نیروی گریز از مرکز عمل می نمایند.  این حالت دقیقا شبیه خروج آب از زیر فاضلاب است.گاز و غبار با زاویه، وارد جمع کننده استوانه ای شده و با سرعت زیاد و در یک مسیر گردابی به سمت پایین حرکت می کنند.این امر نیروی گریز از مرکز ایجاد می نماید. این گردابه حرکت خود را به سمت پایین یا به انتهای قسمت مخروطی ادامه می دهد.اکنون به علت اصل بقا، اندازه حرکت زاویه ای یک گردابه داخلی از محل انتهای مخروط در جهت عکس گردابه اولیه آغاز می شود و به سمت بالا ادامه مسیر می دهد در نهایت از مجرای خروجی، هوا عاری از غبار می شود. ذرات غبار سنگین تر به دلیل برخورد با دیواره ها، از جریان گاز جدا شده و به سمت پره ها می لغزد.

بازده سیکلون ها به چه عواملی بستگی دارد ؟

• سایز ذرات
• نیروی گریز از مرکز اعمال شده به ذرات
• مدت زمان اعمال نیرو به ذرات

در حقیقت هنر طراحی و ساخت سیکلون، کار با گردابه های داخلی و خارجی و چگونگی تولید تشکیل آن ها می باشد. با یک طراحی علمی و دقیق که تجربه را نیز به همراه داشته باشد، می توان سیکلون هایی با راندمان بسیار زیاد تولید نمود که به عنوان رقیب دیگر روش های غبارگیری نظیر بگ فیلتر مطرح شود.

مدت زمان اعمال نیرو به ذرات به چه عواملی بستگی دارد ؟

در حقیقت هنر طراحی و ساخت سیکلون، کار با گردابه های داخلی و خارجی و چگونگی تولید تشکیل آن ها می باشد. با یک طراحی علمی و دقیق که تجربه را نیز به همراه داشته باشد، می توان سیکلون هایی با راندمان بسیار زیاد تولید نمود که به عنوان رقیب دیگر روش های غبارگیری نظیر بگ فیلتر مطرح شود.جریان گاز حامل غبار از جدار بالایی بدنه سیکلون که عموما استوانه ای با قطر D است و به یک مخروط ناقص منتهی می شود وارد سیکلون می شود. کانال ورودی گاز که مقطع مستطیلی a*b  دارد، بر قسمت استوانه ای سیکلون مماس است. گاز از لوله ای به قطر 2d که محور آن بر محور سیکلون منطبق و در قسمت بالا گرفته است، خارج می شود. در نهایت ذرات غبار ریز از مجرای d1 خارج می شود.

گاز پس از ورود به سیکلون، به طرف پایین جریان می یابد. ابتدا در فضای حلقوی بین سطح جانبی لوله خروجی و سطح داخلی استوانه سیکلون غبارگیر و سپس در محفظه سیکلون به چرخش در می آید و به این ترتیب یک گرداب محیطی به وجود می آید. این عمل باعث ایجاد نیروی گریز از مرکز می شود و ذرات غبار همراه گاز را به طرف جدار قسمت استوانه ها و مخروط به ارتفاع h می راند. در قسمت مخروطی، جریان گاز جهت خود را عوض می کند و به طرف بالا و لوله خروجی هدایت می شود و باعث ایجاد گرداب در مرکز سیکلون می شود.ذرات غبارپس از تماس با جدار سیکلون، به قسمت پایین سیکلون منتقل شده و از سیکلون خارج می شود.

 تحلیل جداکننده های سیکلونی

روش صحیح محاسبه سیکلون عبارت از تعمیم و استفاده از اطلاعاتی است که از تست سیکلون در شرایط کار با دستگاه به دست می آید. این تست ها در مورد سیکلون های مختلف، اطلاعاتی درباره بازده جز به جز غبارگیری اجزای مختلف غبار در محدوده تغییرات سرعت و چگالی ذرات و ضریب مقاومت آیرودینامیکی به دست می آورد. سیکلون ها را با توجه به این معولات و با استفاده از معادلات مربوط طراحی و محاسبه می کنند.

محاسبه سیکلون به چه عواملی بستگی دارد ؟

• توزیع قطر ذرات غبار در واحد جرم
• دبی گاز
• چگالی گاز
• چگالی غبار
• چگالی توده ای غبار
• دمای گاز
• مقدار مجاز مقاومت آیرودینامیکی ویژه سیکلون
• بازدهی مورد نظر بر ضحسب درصد
• مقدار بخار آب موجود در گاز

انواع جدا کننده های سیکلونی

1. سیکلون ها را می توان به دو گروه زیر تقسیم بندی کرد
2. سیکلون با راندمان زیاد
3. سیکلون با دبی زیاد

انواع جداکننده­های سیکلونی به شرح زیر می­باشند :

1. سیکلون لیوت /  Liot Cyclone
2. سیکلون نیوگاز در مدل­های مختلف / New Gas Cyclone
3. سیکلون سیوت /  Siot Cyclone
4. سیکلون با ورودی مارپیچ /  Spiral – Inlet Cyclone
5. سیکلون فان تونگرن /  Fan Tangerine Cyclone
6. مولتی سیکلون /  Malty – Cyclone

علت پایین آمدن راندمان سیکلون ها چیست ؟

يكي از عيوبي كه سيكلون ها با آن مواجه هستند، در مورد وجود ذرات ريز در فاز گاز ورودي به سيكلون است. در اين موارد ديگر نمي توان از اين وسايل استفاده كرد و بايد از وسيله مناسب ديگري سود جست . دليل نامناسب بودن سيكلون در مورد ذرات ريز ( كوچكتر از 5 ميكرومتر ) به خاطر عدم كافي بودن نيروي سانتريفوژي براي جداسازي ذرات جامد از گاز است. زيرا در مورد ذرات بسيار ريز نيروي اينرسي وارد شده بر ذرات جامد بسيار كم است. يكي ديگر از مواردي كه باعث پايين آمدن راندمان دستگاه مي شود، افزايش دبي ورودي به سيكلون است. قطر برش ذكر شده در قسمت قبل در مورد حالتي كه دستگاه با دبي مناسب در حال كار است به دست مي آيد واگر شدت جريان فاز گاز و جامد ورودي به سيكلون افزايش يابد به همين ترتيب باعث كاهش راندمان دستگاه مي شود. در مواردي كه نياز به جداسازي مقدار زيادي از فاز گاز- جامد داريم بايد به جاي يك سيكلون از تعداد زيادي سيكلون كه به صورت موازي (Multi Cyclone) قرار گرفته اند استفاده كنيم.

عوامل موثر بر راندمان سیکلون چیست ؟

• سرعت هوای ورودی
• هندسه بخش ها
• شرایط فیزیکی غبار
• شرایط فیزیکی هوا

طراحی سیکلون به منظور دست یابی به حداکثر راندمان جداسازی تلفیقی هوشمند از دانش مکانیک و تجربه است. بدیهی است میل به افزایش راندمان به علت ویژگی های بی دلیل سیکلون همواره وجود دارد.

ویژگی و مزایای سیکلون چیست ؟

• عدم وجود قطعات متحرک
• عدم وجود قطعات مصرفی
• عدم نیاز به هوای فشرده

عوامل موثر در بهره برداری مناسب از سیکلون ها چیست ؟

عدم نفوذ هوا از قسمت پایینی سیکلون

حتی نفوذ مقادیر جزیی هوا نیز غبار ته نشین شده را به هم زده و باعث می شود غبار همراه با جریان گاز از لوله خروجی خارج شود و به این ترتیب بازدهی غبارگیری کاهش می یابد، نفوذ هوا به میزان 10 الی 15 درصد حجم گاز می تواند بازدهی غبارگیری سیکلون را به صفر کاهش دهد.

تخلیه متناوب غبار جمع آوری شده در سیکلون

هرگاه غبار در قسمت مخروطی سیکلون انباشته شود جریان گاز داخل سیکلون مجددا غبار را به همراه  خود خواهد برد که آن نیز به نوبه خود بر بازدهی سیکلون اثر منفی خواهد داشت. در هیچ شرایطی نباید از قسمت مخروطی به عنوان جمع آورنده غبار استفاده نمود. به این علت در اکثر سیکلون هاقیف های تخلیه غبار به کار برده می شود. قیف های تخلیه غبار را می توان به ترتیبی ساخت که در مقابل جریان گاز در قسمت مخروطی سیکلون غیرقابل نفوذ باشند. باید در فواصل معین یا به طور دایم با استفاده از دستگا های تخلیه غبار که در زیر سیکلون قرار داده شده و نسبت به جریان گاز غیر قابل نفوذند، غبار جمع آوری شده را تخلیه کرد. قیف تخلیه نباید پر از غبار شود.

استفاده از سیکلون ها در سیستم های مکش و دهش

سیکلون را می توان هم در شرایط فشار هم در شرایط مکش به کار برد، اگر در شرایط مکش به کار رود، سایش دمنده کم خواهد بود که مزیت عمده ای است. هرگاه سیکلون در فشار پایین کار کند باید قیف تخلیه غبار را طوری ساخت که تا حد امکان از نفوذ هوا جلوگیری نماید.

نحوه استفاده سیکلون ها در دمای زیاد

اگر دمای گاز زیاد باشد سطح داخلی سیکلون را باید به وسیله آستری از آجر نسوز و قسمت های خروجی را به وسیله صفحات مقاوم در برابر گرما یا سرامیک پوشاند. هرگاه گاز دمایی متوسط داشته باشد این دما باید حداقل 20 الی 25 درجه بیشتر از نقطه شبنم باشد و به این منظور سطح خارجی سیکلون را به وسیله عایق گرمایی می پوشانند. با توجه به اینکه نباید هوا به داخل سیکلون و برعکس نفوذ کند دریچه های بازدید باید در سرپوش قسمت خروجی تعبیه شوند و به هیچ وجه در روی بدنه سیکلون قرار نگیرند تا بدین ترتیب از ورود هوا جلوگیری شود.

نحوه کانال کشی و مسیر گاز به سیکلون

مسیر کانال هایی که گاز را به سیکلون آورده یا از آن دور می کنند، باید حتی الامکان مستقیم باشد. شیر کشویی و شیر پروانه ای نیز نباید در قسمت های ورودی و خروجی گروه سیکلون ها قرار گیرند تا بدین ترتیب تعادلی که بین مقاومت های آیرودینامیکی موجود است، از بین نرود.

نحوه طراحی سیکلون های موازی

در سیکلون های موازی که قیف تخلیه مشترک دارند، گاز از یک سیکلون به سیکلون دیگر رفته و به این ترتیب به بازده غبار گیری لطمه می زند. برای رفع این مشکل باید سیکلون ها دارای یک طرح بوده و با یک خطای مجاز ساخته و نصب شوند و مقاومت آیرودینامیکی یکسانی داشته باشند. ضمنا گاز را باید به طور یکنواخت بین قسمت های ورودی و خروجی گروه سیکلون ها توزیع شود.

لازم به ذکر است در بعضی موارد که گاز اولیه حامل غبار زیادی است، می توان از دو سیکلون متوالی استفاده کرد. سیکلون اول عموما بزرگ تر است و بازدهی کمتری دارد. منتها از لحاظ بسته شدن مسیر و عدم ایجاد مقاومت در مقابل جریان گاز دارای کیفیت بهتری است. دومی برای حداکثر طراحی می شود. یعنی اندازه آن باید مطلوب باشد. نصب دو سیکلون مشابه به طور متوالی لزومی ندارد.اگر دو سیکلون به طور متوالی قرار می گیرند، نباید دارای قیف تخلیه مشترک باشند. در صورتی که کانال های جداگانه زیر هر سیکلون به قیف تخلیه مشترکی مربوط شوند، باید کانال دارای دریچه هایی باشد که از نفوذ هوا جلوگیری نماید.ش÷اگر گاز دارای سایش زیاد باشد جداره های سیکلون را می توان با استفاده از مواد ضد سایش نظیر آجرهای بازالتی در سایش مقاوم ساخت.