РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ
ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО БЕЗНАПОРНОГО ДУГОВОГО СЕПАРАТОРА
2.1. Анализ рабочего процесса безнапорного дугового сепаратора
Дуговой сепаратор (рис. 2.1) состоит из корпуса 7, на котором крепятся фильтровальная перегородка 3, выполненная в виде криволинейного сита, и приемный бак 1. В нижней части корпуса дугового сепаратора предусмотрен патрубок отвода фильтрата 8. Для улучшения отвода фильтрата установлены отражатели 4.
Рис.2.1. Схема экспериментального дугового сепаратора для разделения жидкого навоза на твердую и жидкую фракции: 1 - приемный бак; 2 - заслонка; 3 - фильтровальная перегородка; 4 - отражатель; 5 - отжимное устройство; 6 - электродвигатель; 7 - корпус; 8 - патрубок отвода фильтрата.
Анализируя технологический процесс фильтрования дуговым сепаратором, можно сделать вывод, что для снижения влажности твердой фракции необходимо увеличить время пребывания навоза в зоне фильтрования и обезвоживающую силу, действующую на массу навоза.
Выше изложенное дает возможность совершенствования рабочего процесса за счет совмещения гравитационного фильтрования с механическим отжимом. С этой целью предлагается доукомплектовать дуговой сепаратор более совершенным отжимным устройством 5 с приводом от электродвигателя 6. Отжимное устройство (рис 2.2) состоит из пустотелого валика 1 и установленного с ним на одном валу чистика 2.
Рис. 2.2. Схема отжимного устройства: 1 - валик, 2 - чистик, 3 - кронштейн, 4 - пружина, 5 - штуцер, 6 - золотник,7 - приводная звездочка.
Валик, в свою очередь, может свободно вращаться вокруг своей оси благодаря подшипникам качения, установленным в кронштейнах 3. Он изготовлен в виде пустотелого цилиндра с мягкой оболочкой и оборудован штуцером с золотником для подачи внутрь воздуха. Такая конструкция позволяет увеличивать площадь контакта поверхности валика со слоем твердой фракции, копировать его рельеф и давить с одинаковым усилием во всех точках касания. Это позволит также увеличить время давления оболочки на слой твердой фракции и соответственно улучшить качество обезвоживания.
Чистик выполнен жестким, а его кромка, которая касается фильтрующей перегородки, изготовлена из эластичного материала и имеет щеткообразную
форму. Он расположен на кронштейне под углом к оси кронштейна валика.
Работает дуговой сепаратор следующим образом. Жидкий навоз (рис. 2.1) подается в приемный бак 1 до определенного уровня. При открывании заслонки 2 на заданный расход, он под действием силы тяжести вытекает из бака, равномерно распределяясь по ширине сепаратора и, двигаясь по перфорированной поверхности, фильтруется под действием гравитационных сил. Жидкая фракция, пройдя через фильтровальную перегородку 3, по отражателям 4 стекает в поддон и отводится через патрубок 8. Твердая фракция, попадая в зону действия валика (зона отжима), дообезвоживается за счет дополнительной силы давления, а движущийся следом за валиком чистик счищает осадок (твердую фракцию) с фильтровальной перегородки и сбрасывает его в приемный бункер.
Выступающая за пределы кромки чистика ворса щетки, соприкасающаяся с перфорированной поверхностью, полностью очищает ее от остатков твердой фракции.
Для анализа рабочего процесса дугового сепаратора условно разделим его на три участка: первый представляет собой дугу с центральным углом равным ?1 (зона фильтрования); второй - прямая, выполненная под углом ? к горизонту (зона обезвоживания на прямолинейном участке); третий - дуга с центральным углом ?3 (зона отжима).
Аналитический обзор показал, что у исследователей нет единой точки зрения на характер и движущие силы процесса выделения твердых частиц дуговым сепаратором. Изучение характера выделения твердых частиц безнапорным дуговым сепаратором и режима движения потока жидкого навоза позволило сделать нам ряд допущений, положенных в основу настоящих исследований:
1) рабочий процесс безнапорного дугового сепаратора следует рассматривать как непрерывное фильтрование с образованием подвижного слоя осадка;
2) движение потока жидкого навоза по фильтрующей поверхности дугового сепаратора установившееся, неравномерное и безнапорное;
3) глубина потока жидкого навоза, движущегося вдоль фильтрующей поверхности безнапорного дугового сепаратора, изменяется по экспоненте;
4) скорость движения потока жидкого навоза вдоль сепаратора постоянна и равна средней скорости ;
5) скорость фильтрования постоянна и зависит лишь от влажности жидкого навоза;
6) режим фильтрования имеет ламинарный характер.
Теория рассматриваемого нами процесса является частью общей теории фильтрования, которая базируется на эмпирическом законе Дарси. Используя его определим параметры рабочего процесса безнапорного дугового сепаратора. Основной параметр сепаратора - объемную производительность QС можно определить из уравнения материального баланса [43]
, (2.1)
где Qф - объемная производительность сепаратора по жидкой фракции, м3/с;
Qтф - объемная производительность сепаратора по твердой фракции, м3/с.
Согласно определению объемная производительность сепаратора по фильтрату равна
, (2.2)
где і - номер участка;
п - количество участков, п = 3.
Отсюда
, (2.3)
где Vф1, Vф2, Vф3 - объем жидкой фракции, выделенной из навоза за время ?ф1, ?ф2, ?ф3, с, соответственно на первом, втором и третьем участках сепаратора, м3.
Объемная производительность по твердой фракции определится по выражению
, (2.4)
где Vтф - объем твердой фракции, образовавшийся за время ?ф фильтрования, м3.
Объемы фильтратов определены на основе уравнения фильтрования с учетом принятого допущения, что скорость фильтрования не изменяется (= const) на каждом из участков и в единицу времени через любой элемент фильтрующей поверхности проходит свой одинаковый объем фильтрата.
Поэто