LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Легка промисловість → Обгрунтування параметрів фільтрувального циклона для очищення аспіраційного повітря від деревного пилу

розділі наведено огляд літератури, в якому проаналізовано сучасний стан в області пиловловлювання, зроблено критичний огляд відомих конструкцій циклонів та описано процеси, що відбуваються в циклоні при очищенні повітря від пилу. На основі проведеного огляду проаналізовані основні причини високого гідравлічного опору та низької ефективності очищення повітря від дрібнодисперсного деревного пилу. Описано вплив технологічних і конструктивних параметрів на процес очищення повітря в циклонах. Обґрунтовано необхідність проведення теоретичних та експериментальних досліджень і розроблення нової конструкції пиловловлювача для очищення аспіраційного повітря від деревного пилу.

У другому розділі сформульовано основне технічне протиріччя, яке повинно бути розв'язане при розробленні нових конструкцій пиловловлювачів. А саме: для того, щоб підвищити ефективність очищення пилогазового потоку в циклоні необхідно збільшити швидкість потоку повітря, що приводить до зростання відцентрових сил, які діють на частинку пилу. Одночасно зростання швидкості потоку повітря приводить до підсилення радіального стоку, збільшує кількість вихрових потоків та турбулізації потоку повітря, що знижує ефективність циклона. Крім того, при цьому зростають й енерговитрати на очищення повітря. Тому спроби мінімізувати спад тиску суперечать намаганням підвищити ефективність вловлювання частинок.

На основі розгляду переміщення потоку повітря у криволінійному каналі та теорії приповерхневого шару висунуто припущення про значний вплив приповерхневого шару потоку повітря поблизу зовнішньої стінки циклона на аеродинаміку процесу переміщення повітря у сепараторах циклонного типу. Запропоновано метод відсмоктування для керування приповерхневим шаром. На основі цього висунуто гіпотезу про доцільність заміни зовнішньої металевої стінки в циклоні на фільтрувальну.

а б

Рис. 1 Зовнішній вигляд циклона ЦН-15
до (а) і після (б) заміни зовнішньої стінки

Для дослідження процесу очищення повітря від деревного пилу обрано циклон ЦН-15 (рис. 1, а), який спроектовано і виготовлено відповідно до рекомендацій по проектуванню, виготовленню та монтажу циклонів НИИОГаз. Для зручності проведення досліджень всі його елементи виконано розбірними. Конструкція передбачала можливість швидкої заміни зовнішньої металевої стінки на фільтрувальну (рис. 1, б).

Експериментальний стенд для випробування циклона (рис. 2) розроблявся відповідно до єдиної методики порівняльних досліджень пиловловлювачів для очищення вентиляційного повітря. За основу прийнятий стенд для випробування сухих циклонів, що встановлені на нагнітальній стороні мережі.

У цьому ж розділі описані методики досліджень конструктивних, технологічних та експлуатаційних характеристик циклонів та статистичного оброблення результатів експерименту.

Третій розділ присвячений математичному моделюванню руху частинки деревного пилу в циклоні з фільтрувальною зовнішньою стінкою.

При розробленні математичної моделі припускають, що:

  • частинки пилу не взаємодіють між собою;

  • частинки пилу мають сфероїдальну форму;

  • вловленою в циклоні вважається та частинка, яка за час перебування в циклоні досягла зовнішньої стінки;

  • рух потоку повітря в циклоні є ламінарним;

  • тангенціальна складова швидкості потоку повітря вважається близькою до постійної й не залежить від радіуса циклона;

  • відношення продуктивності фільтрації (Qф) до загальної продуктивності (Q) циклона (q=Qф/Q) є характеристикою конструкції циклона і не залежить від навантаження на циклон.

    Рис. 2. Схема стенду для випробування циклонів: 1– сепаратор; 2 – вентилятор ВРП-118 43.1 3.15.1; 3 – шнековий живильник; 4 –бункер для пилу; 5 – вакуум-насос ВН-461; 6 – ротаметр; 7 – вентилі; 8 – фільтрувальні патрони з ковпачками; 9 – місце відбору пилових проб; 10 – шибер; 11 – трубка Піто-Прандтля; 12 – мікроманометр; 13 – прилад TESTOVENT; 14 – мікротермоанемометр; 15 – пристрій К50

    Поле швидкостей потоку повітря в циклоні розглядається як накладання поля швидкостей джерела та плоского вихору.

    Диференціальне рівняння руху частинки пилу у криволінійному потоці має такий вигляд

    , (1)

    де – швидкість руху частинки пилу; – відносна швидкість руху частинки пилу; – аеродинамічна сила, яка діє на частинку внаслідок існування потоку фільтрації; m – маса частинки; и – час релаксації частинки.

    Враховуючи те, що переносний рух частинки пилу є обертальним, то, на підставі теореми Кореоліса про абсолютне прискорення точки при складному русі, рівняння (1) переписується наступним чином

    , (2)

    де – миттєва кутова швидкість частинки пилу, яка співпадає з кутовою швидкістю обертання повітряного потоку навколо осі циклона.

    При проектуванні рівняння (2) на осі координат отримали систему двох звичайних диференціальних рівнянь другого порядку

    (3)

    де – сталі, що характеризують фізико-механічні властивості частинки пилу.

    Після перетворень системи (3) одержимо рівняння руху частинки пилу в циклоні з фільтрувальною зовнішньою стінкою у полярній системі координат:

    на початковій ділянці руху

    , (4)

    та за її межами: , (5)

    , (6)

    де ; R – відстань від осі циклона до центра мас частинки пилу;
    Vф – тангенціальна складова швидкості потоку повітря в циклоні; Vф0 – тангенціальна складова швидкості потоку повітря в момент входу частинки пилу в циклон; R0 – відстань від осі циклона до центра мас частинки пилу в момент входу частинки пилу в циклон.

    Для розв'язання диференціального рівняння (5) застосовується числовий метод Рунге-Кутта четвертого порядку, внаслідок чого одержується залежність радіуса орбіти руху частинки пилу від часу перебування в циклоні. Далі з рівняння (6) за допомогою числового інтегрування методом Ньютона-Котеса одержується залежність кута  повороту частинки пилу відносно осі циклона від часу перебування частинки в циклоні.

    За відомими значеннями R i  встановлюється траєкторія руху частинок деревного пилу в циклоні (рис. 3).

    Оскільки для того, щоб бути вловленою, частинка пилу діаметром 6∙10-6 м повинна зробити чотири оберти у звичайному циклоні (рис. 3, крива 3) і 0,8 оберту в циклоні з фільтрувальною зовнішньою стінкою (крива 1), то можна вважати, що ККД циклона внаслідок заміни зовнішньої металевої стінки на фільтрувальну значно зростає.

    а б

    Рис. 3. Траєкторії руху частинок у циклонах для частинок пилу d=610-6


  •