РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБЕСПЫЛИВАНИЯ ВОЗДУХА
РОТАЦИОННЫМ СПОСОБОМ
2.1. Движение воздушных потоков в ротационном пылеотделителе
Основными элементами проточной части ротационного пылеотделителя являются:
входной патрубок, рабочее колесо вращающегося направляющего аппарата,
непосредственно ротор и выходной диффузор (рис1.22 ). Входной патрубок служит
для подвода запыленного воздуха к рабочему колесу вращающегося направляющего
аппарата. Размеры патрубка характеризуются длиной и диаметром отверстия.
Рабочее колесо вращающегося направляющего аппарата осуществляет передачу
энергии от электропривода перемещаемому воздуху. Размеры рабочего колеса
характеризуются входным диаметром D1 и выходным диаметром D2. Меридиональное
сечение рабочего колеса характеризуется шириной лопатки на входе и выходе.
Рабочее колесо рабочего аппарата чаще всего выполняется по типу диагонального.
Выходной диффузор служит для отвода в определенном направлении воздуха,
выходящего из ротора и для частичного преобразования динамического движения
потока в статистическое. Выходной диффузор характеризуется входной площадью
сечения и площадью сечения на выходе, а также радиусами скруглений в случае
криволинейного диффузора. Ротор предназначен для перемещения воздуха в осевом
направлении и отделения частиц пыли, а также для частичной передачи энергии от
электропривода перемещаемому воздушному потоку. Размеры ротора характеризуются
длиной каналов l, радиусом основания R1 и радиусом наружной части R2.
При вращении ротора запыленный воздушный поток, находящийся в пространстве
между лопатками, движется по каналам параллельно оси вращения ротора и
приобретает скорость, которая может быть разложена на составляющие - окружную
переносную, относительную протекания потока в меридиональном сечении канала и
относительную в нормальном сечении ка-
нала. Если в перемещающемся таким образом воздушном потоке содержатся частицы
пыли, то они также будут вовлекаться в это сложное течение. Сложное течение в
межлопастном канале ротора можно разложить на простые [79, 80]: поступательное
(как в неподвижном канале), циркуляционное, обусловленное вращением канала, и
циркуляционное, вызываемое разностью давлений по обе стороны лопатки
(рис.2.1.).
Рис.2.1. График изменения относительной скорости воздушного потока при
вращении ротора
Поступательное течение I направлено от центра к периферии, скорости его
радиальны и, согласно уравнению неразрывности [82, 83] обратно пропорциональны
радиусу. Циркуляционное течение II обусловленное инерцией воздушного потока,
стремящегося сохранить в пределах каждого межлопаточного канала свое положение
в пространстве и поэтому вращающегося относительно ротора со скоростью
приблизительно равной угловой скорости ротора, но имеющего обратное направление
(рис.2.2.). Линейные скорости этого течения распределены прямо пропорционально
расстоянию от центра вращения и на входе в межлопаточные каналы совпадают с
направлением окружной скорости ротора, а на выходе противоположны (рис.2.1,
2.2.). Это обстоятельство вызывает явление скоса потока (отклонение скоростей
от радиального направления) в сторону вращения на входе и в обратном
направлении на выходе. Чем меньше лопаток, тем меньше закрутка потока ротором.
Циркуляционное течение III (рис.2.1), обусловленное разностью давлений на
рабочей и тыльной поверхности лопатки (рис.2.2, в), несколько уменьшает
скоростной эффект II течения.
Рис.2.2. Вихревые движения в межлопаточном пространстве:
а) возникновение вихря; б) наложение вращательного движения на основное; в)
образование зон повышенного и пониженного давления по обе стороны лопатки
Суммирование диаграмм скоростей этих трех видов течений приводит к диаграмме
указывающей на неравномерное распределение относительных скоростей как во
внешних сечениях каналов, так и на выходе из ротора.
Поскольку скорость вращательного движения у поверхностей лопаток значительно
превышает относительную скорость, поэтому частицы пыли мгновенно достигают
периферии лопаток. Если траектория движения частицы близка линиям тока
межлопаточного вихря, то частицы достигнув периферии лопаток, начинают
двигаться обратно к центру. В этом случае частицы либо выносятся с очищенным
воздухом или попадают в полость пылесборника. Поток, прилегающий к поверхности
ротора, под действием центробежных сил отбрасывается к поверхности
пылесборника. Возникшее течение возбуждает в соответствии с уравнением
неразрывности потока обратное течение от поверхности пылесборника к ротору. В
результате возникает ряд вихрей в меридиональной плоскости пылесборника (вихри
Тейлора), имеющие чередующееся противоположное вращение и занимающие все
пространство между поверхностями [84] (рис.2.3, а). Как отмечается в
литературных источниках вихри препятствуют возникновению турбулентных пульсаций
и поэтому критическое число Рейнольдса, соответствующее возникновению
турбулентности, увеличивается. При увеличении частоты вращения изменяется форма
поперечного сечения вихря - ось становится не симметричной относительно оси
вращения (рис.2.3, б). Дальнейшее увеличение частоты вращения приводит к
размыванию частиц между вихрями Тейлора [84].
Рис.2.3. Схемы образования вихрей Тейлора:
а) в ламинарном потоке; б) в турбулентном потоке
После возникновения вихрей Тейлора распределение окружных скоростей по радиусу
изменяется: в центральной части потока образуется область, в которой окружная
скорость практически не изменяется по радиусу и только вблизи поверхности
ротора и пылесборника можно наблюдать интенсивное изменение
- Київ+380960830922