Як же він влаштований, цей досить простий і дуже ефективний апарат пиловловлювання? Його металевий корпус складається з двох частин: верхньої, циліндричної і нижньої, конічної. Усередині циліндра знаходиться циліндрична вихлопна труба для очищених газів, меншого, ніж у циліндра, діаметра. Словом, щось на кшталт самовара. Головне завдання - надати потоку газів обертальний рух - вирішується за допомогою патрубка, зазвичай прямокутної форми, який мають у своєму розпорядженні по дотичній до циліндричної частини корпусу. У вершини нижнього конуса розміщують бункер для обложеної пилу.
Принципово таким був перший циклон. Мало що змінилося в ньому з тих пір: уточнені лише параметри конструкції, відпрацьовані режими експлуатації. Десятки років застосування цього апарату були роками пошуку шляхів його вдосконалення.
Їх головна мета - підвищення ефективності і продуктивності циклонів. Весь цей час експеримент і практика йшли рука об руку з теорією, бо тільки теоретично розрахувати оптимальну конструкцію апарату виявилося неможливо. Аеродинаміка уловлювання пилу в циклонах дуже складна, і при виведенні теоретичних формул, що характеризують процес, довелося прийняти багато припущень. Проте теоретики зуміли досить точно визначити вплив багатьох важливих чинників на роботу циклонів.
Які ж закономірності уловлювання пилу в циклонах були встановлені теоретично? Перш за все, значний вплив швидкості входу газового потоку в апарати. Чим більше ця швидкість, тим більше відцентрова сила і, отже, краще "ловиться" пил. Уловлювання пилинок прискорюється і при збільшенні їх маси, тобто їх розмірів і щільності, причому розміри апарату грають дуже велику роль: ефект осадження досягається тим швидше, чим менше шлях від вихлопної труби до стінок циклону, інакше кажучи, чим менше різниця між радіусами двох циліндрів .
Висновки напрошуються самі собою. Щоб підвищити ефективність роботи циклонів, потрібно збільшити швидкість газів при вході в апарат, а також масу пилинок, звести до мінімуму різницю між радіусами корпусу і вихлопної труби. Однак, на жаль, у всіх цих висновках, зроблених з теоретичних передумов, є багато "але". Почнемо з збільшення швидкості входу газів в циклон.
Здійснити це нескладно: потрібно лише встановити більш потужні вентилятори перед апаратом або позаду нього, і гази отримають достатній "розгін". Але. Але якщо швидкість перевищить певний межа, то завихрення будуть зривати вже пилюку і вона виявиться не в бункері, а а вихлопній трубі. Експеримент і практика уточнили теоретичні висновки, показавши, що найбільш ефективні швидкості уловлювання пилу в циклоні складають 20-25 метрів в секунду, тобто 70-90 кілометрів на годину.
Далі, проблема крупності частинок і щільності матеріалу пилу. Тут інше "але". Збільшити ці характеристики практично неможливо. Укрупнення частинок дає коагуляція, але щільність при цьому зменшується. Слідство одне: з достатньою ефективністю циклони можна використовувати лише для частинок, розмір яких більше 5 мікрометрів.
Це набагато краще в порівнянні з пиловими камерами, але не дозволяє "ловити" возгони.
Нарешті, співвідношення між радіусами корпусу і вихлопної труби. Тут "але" цілих два. По-перше, при занадто малій різниці між ними вхідний патрубок може виявитися забитим пилом, особливо якщо вона схильна до злипання або її концентрація дуже велика. По-друге, осадження пилу погіршується зі збільшенням діаметрів зовнішнього і внутрішнього циліндрів, навіть якщо різниця між ними залишається постійною. Тому для отримання високої ефективності уловлювання рекомендують застосовувати циклони діаметром не більше одного метра.
Навряд чи потрібно пояснювати, що при всій високій ефективності циклонів такого розміру продуктивність їх не могла задовольнити потреби металургії з її "достатком" пилу і газів. Та й не тільки металургії, а й інших галузей промисловості, де необхідне очищення газів від пилу. Тому потрібно нове конструктивне рішення. Циклони почали встановлювати групами, об'єднуючи їх скривдимо бункером. Неодмінна умова роботи таких груп - однотипність апаратів, однакові допуски при їх виготовленні і однакове гідравлічний опір, інакше гази будуть перетікати з одного циклону в інший, а це небажано.
До речі, про гідравлічному опорі. Його величина повинна неодмінно враховуватися при розрахунках циклонів. Однак дані для розрахунку отримують при випробуваннях апаратів на стендах або в промислових умовах і визначають так званий коефіцієнт гідравлічного опору. Він залежить від конструкції апарату, а для циклонів ряду конструкцій - також від діаметра і запиленості газів. Для обліку цих чинників вводять додаткові поправки. Ці-то експериментальні дані і служать для уточнення теоретичних розрахунків.