اصول کار سيکلون
 
 در سيکلون (Cyclone Dust Collector)، عمل جداسازي ذرات از هوا، در ميدان گرانشي شديدي انجام مي شود که به طور مصنوعي توليد شده است. عمده ترين کار سيکلون ها، جداسازي غبار از جريان گاز است. غبار جدا شده از طريق قيف زير دستگاه و هواي تميز از طريق خروجي بالاي دستگاه خارج مي شود. سيکلون ها براي جداسازي غبار از گاز آلوده با ايجاد نيروي گريز از مرکز عمل مي نمايند. 

اين حالت دقيقا شبيه خروج آب از زير فاضلاب است.

گاز و غبار با زاويه، وارد جمع کننده استوانه اي شده و با سرعت زياد و در يک مسير گردابي به سمت پايين حرکت مي کنند. اين امر نيروي گريز از مرکز ايجاد مي نمايد. اين گردابه حرکت خود را به سمت پايين يا به انتهاي قسمت مخروطي ادامه مي دهد.

اکنون به علت اصل بقا، اندازه حرکت زاويه اي يک گردابه داخلي از محل انتهاي مخروط در جهت عکس گردابه اوليه آغاز مي شود و به سمت بالا ادامه مسير مي دهد در نهايت از مجراي خروجي، هوا عاري از غبار مي شود. ذرات غبار سنگين تر به دليل برخورد با ديواره ها، از جريان گاز جدا شده و به سمت پره ها مي لغزد.  بازده سيکلون ها  به عوامل زير وابسته است.

    سايز ذرات
    نيروي گريز از مرکز اعمال شده به ذرات
    مدت زمان اعمال نيرو به ذرات

در حقيقت هنر طراحي و ساخت سيکلون، کار با گردابه هاي داخلي و خارجي و چگونگي توليد تشکيل آن ها مي باشد. با يک طراحي علمي و دقيق که تجربه را نيز به همراه داشته باشد، مي توان سيکلون هايي با راندمان بسيار زياد توليد نمود که به عنوان رقيب ديگر روش هاي غبارگيري نظير بگ فيلتر مطرح شود.

جريان گاز حامل غبار از جدار بالايي بدنه سيکلون که عموما استوانه اي با قطر D است و به يک مخروط ناقص منتهي مي شود وارد سيکلون مي شود. کانال ورودي گاز که مقطع مستطيلي a*b  دارد، بر قسمت استوانه اي سيکلون مماس است. گاز از لوله اي به قطر 2d که محور آن بر محور سيکلون منطبق و در قسمت بالا گرفته است، خارج مي شود. در نهايت ذرات غبار ريز از مجراي d1 خارج مي شود.

گاز پس از ورود به سيکلون، به طرف پايين جريان مي يابد. ابتدا در فضاي حلقوي بين سطح جانبي لوله خروجي و سطح داخلي استوانه سيکلون و سپس در محفظه سيکلون به چرخش در مي آيد و به اين ترتيب يک گرداب محيطي به وجود مي آيد. اين عمل باعث ايجاد نيروي گريز از مرکز مي شود و ذرات غبار همراه گاز را به طرف جدار قسمت استوانه ها و مخروط به ارتفاع h مي راند. در قسمت مخروطي، جريان گاز جهت خود را عوض مي کند و به طرف بالا و لوله خروجي هدايت مي شود و باعث ايجاد گرداب در مرکز سيکلون مي شود.

ذرات غبارپس از تماس با جدار سيکلون، به قسمت پايين سيکلون منتقل شده و از سيکلون خارج مي شود.
 
تحليل جداکننده هاي سيکلوني
 
 روش صحيح محاسبه سيکلون عبارت از تعميم و استفاده از اطلاعاتي است که از تست سيکلون در شرايط کار با دستگاه به دست مي آيد. اين تست ها در مورد سيکلون هاي مختلف، اطلاعاتي درباره بازده جز به جز غبارگيري اجزاي مختلف غبار در محدوده تغييرات سرعت و چگالي ذرات و ضريب مقاومت آيروديناميکي به دست مي آورد. سيکلون ها را با توجه به اين معولات و با استفاده از معادلات مربوط طراحي و محاسبه مي کنند.

محاسبه يک سيکلون به معلومات زير وابسته است

    توزيع قطر ذرات غبار در واحد جرم
    دبي گاز
    چگالي گاز
    چگالي غبار
    چگالي توده اي غبار
    دماي گاز
    مقدار مجاز مقاومت آيروديناميکي ويژه سيکلون
    بازدهي مورد نظر بر ضحسب درصد
    مقدار بخار آب موجود در گاز

براي طراحي صحيح سيکلون دانستن معلومات زير الزامي است:

مقدار بخارهاي موجود در گاز که اثر خورندگي داشته باشد مانند KCL يا اسيدسولفوريک که بر نقطه شبنم گاز موثر بوده، تناوب تخليه غبار، چسبندگي ذرات غبار به جدار سيکلون و خواص خورندگي غبار يا ميزان سايش جداره هاي سيکلون.
 
راندمان جداسازي
 
در حقيقت جداسازي غبار از هوا به عنوان عامل و اساس فلسفه ي طراحي يک غبارگير مي باشد. غباري که توسط غبارگير مي باشد. غباري که توسط غبارگيرها از هوا جدا مي شود، از ديدگاه قوانين زيست محيطي و اثرات اقتصادي بازيافت غير قابل تامل است. سيکلون ها عموما براي جداسازي غبارهايي با قطر 20 ميکرون به بالا مورد استفاده قرار مي گيرند. طراحي و محاسبه راندمان جداسازي سيکلون باي يک غبار خاص و با تمام ويژگي هاي فيزيکي آن تعريف مي شود.

عوامل موثر بر راندمان سيکلون

طراحي سيکلون به منظور دست يابي به حداکثر راندمان جداسازي تلفيقي هوشمند از دانش مکانيک و تجربه است. بديهي است ميل به افزايش راندمان به علت ويژگي هاي بي دليل سيکلون همواره وجود دارد. ويژگي و مزاياي سيکلون عبارتند از:

    عدم وجود قطعات متحرک
    عدم وجود قطعات مصرفي
    عدم نياز به هواي فشرده

عوامل موثر بر راندمان عبارتند از:

    سرعت هواي ورودي
    هندسه بخش ها
    شرايط فيزيکي غبار
    شرايط فيزيکي هوا

انواع جدا کننده هاي سيليکوني

سيليکون ها را مي توان به دو گروه زير تقسيم بندي کرد:

    سيليکون با راندمان زياد
    سيليکون با دبي زياد

 عوامل موثر در بهره برداري مناسب از سيکلون ها
 
 عدم نفوذ هوا از قسمت پاييني سيکلون

حتي نفوذ مقادير جزيي هوا نيز غبار ته نشين شده را به هم زده و باعث مي شود غبار همراه با جريان گاز از لوله خروجي خارج شود و به اين ترتيب بازدهي غبارگيري کاهش مي يابد، نفوذ هوا به ميزان 10 الي 15 درصد حجم گاز مي تواند بازدهي غبارگيري سيکلون را به صفر کاهش دهد.

تخليه متناوب غبار جمع آوري شده در سيکلون

هرگاه غبار در قسمت مخروطي سيکلون انباشته شود جريان گاز داخل سيکلون مجددا غبار را به همراه  خود خواهد برد که آن نيز به نوبه خود بر بازدهي سيکلون اثر منفي خواهد داشت. در هيچ شرايطي نبايد از قسمت مخروطي به عنوان جمع آورنده غبار استفاده نمود. به اين علت در اکثر سيکلون هاقيف هاي تخليه غبار به کار برده مي شود. قيف هاي تخليه غبار را مي توان به ترتيبي ساخت که در مقابل جريان گاز در قسمت مخروطي سيکلون غيرقابل نفوذ باشند. بايد در فواصل معين يا به طور دايم با استفاده از دستگا هاي تخليه غبار که در زير سيکلون قرار داده شده و نسبت به جريان گاز غير قابل نفوذند، غبار جمع آوري شده را تخليه کرد. قيف تخليه نبايد پر از غبار شود.

استفاده از سيکلون ها در سيستم هاي مکش و دهش

سيکلون را مي توان هم در شرايط فشار هم در شرايط مکش به کار برد، اگر در شرايط مکش به کار رود، سايش دمنده کم خواهد بود که مزيت عمده اي است. هرگاه سيکلون در فشار پايين کار کند بايد قيف تخليه غبار را طوري ساخت که تا حد امکان از نفوذ هوا جلوگيري نمايد.

نحوه استفاده سيکلون ها در دماي زياد

اگر دماي گاز زياد باشد سطح داخلي سيکلون را بايد به وسيله آستري از آجر نسوز و قسمت هاي خروجي را به وسيله صفحات مقاوم در برابر گرما يا سراميک پوشاند. هرگاه گاز دمايي متوسط داشته باشد اين دما بايد حداقل 20 الي 25 درجه بيشتر از نقطه شبنم باشد و به اين منظور سطح خارجي سيکلون را به وسيله عايق گرمايي مي پوشانند. با توجه به اينکه نبايد هوا به داخل سيکلون و برعکس نفوذ کند دريچه هاي بازديد بايد در سرپوش قسمت خروجي تعبيه شوند و به هيچ وجه در روي بدنه سيکلون قرار نگيرند تا بدين ترتيب از ورود هوا جلوگيري شود.

نحوه لوله کشي و مسير گاز به سيکلون

مسير لوله هايي که گاز را به سيکلون آورده يا از آن دور مي کنند، بايد حتي الامکان مستقيم باشد. شير کشويي و شير پروانه اي نيز نبايد در قسمت هاي ورودي و خروجي گروه سيکلون ها قرار گيرندتا بدين ترتيب تعادلي که بين مقاومت هاي آيروديناميکي موجود است، از بين نرود.

نحوه طراحي سيکلون هاي موازي

در سيکلون هاي موازي که قيف تخليه مشترک دارند، گاز از يک سيکلون به سيکلون ديگر رفته و به اين ترتيب به بازده غبار گيري لطمه مي زند. براي رفع اين مشکل بايد سيکلون ها داراي يک طرح بوده و با يک خطاي مجاز ساخته و نصب شوند و مقاومت آيروديناميکي يکساني داشته باشند. ضمنا گاز را بايد به طور يکنواخت بين قسمت هاي ورودي و خروجي گروه سيکلون ها توزيع شود.

لازم به ذکر است در بعضي موارد که گاز اوليه حامل غبار زيادي است، مي توان از دو سيکلون متوالي استفاده کرد. سيکلون اول عموما بزرگ تر است و بازدهي کمتري دارد. منتها از لحاظ بسته شدن مسير و عدم ايجاد مقاومت در مقابل جريان گاز داراي کيفيت بهتري است. دومي براي حداکثر طراحي مي شود. يعني اندازه آن بايد مطلوب باشد. نصب دو سيکلون مشابه به طور متوالي لزومي ندارد.

اگر دو سيکلون به طور متوالي قرار مي گيرند، نبايد داراي قيف تخليه مشترک باشند. در صورتي که کانال هاي جداگانه زير هر سيکلون به قيف تخليه مشترکي مربوط شوند، بايد کانال داراي دريچه هايي باشد که از نفوذ هوا جلوگيري نمايد.

اگر گاز داراي سايش زياد باشد جداره هاي سيکلون را مي توان با استفاده از مواد ضد سايش نظير آجرهاي بازالتي در سايش مقاوم ساخت.  

هوا ؛ این عنصر حیاتی زندگی را آلوده نکنیم