РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКИ ЕКСПЕРИМЕНТІВ І МЕТОДОЛОГІЇ ОБРОБКИ ЕКСПЕРИМЕТАЛЬНИХ ДАНИХ
2.1.Напрями вдосконалення конструкцій циклонів
Одним із найважливіших чинників, які сформують екологічну безпеку є вміст в повітрі, яке викидається промисловими підприємствами, великої кількості дрібнодисперсного пилу вловити, який в існуючих пиловловлювачах неможливо, тому зупинимось на вдосконаленні існуючих конструкцій циклонів.
Об'єктом досліджень є процес очищення повітряного потоку від пилу деревини в вихрових пиловловлювачах. Для вивчення процесу очищення був вибраний циклон ЦН-11, який одержав широке застосування на підприємствах деревообробної галузі. Базовий циклон ЦН-11 був спроектований і виготовлений відповідно до рекомендацій "Циклоны НИИОГаз. Руководящие указания по проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации" [66]. Для зручності проведення досліджень всі елементи апарату продуктивністю від 1000 до 3000 м3/год виконано розбірними.
На роботу існуючих конструкцій циклонів впливають різноманітні фактори. Факторами, що позитивно впливають на ефективність та гідравлічний опір циклона є [2-37]:
* відведення очищеного повітря з корпусу циклона по всій довжині вихлопної труби;
* зниження швидкості руху потоку повітря у вихлопному патрубку;
* зниження радіального стоку в корпусі циклона;
* зменшення перепаду статичного та динамічного тиску в плоскому перерізі циклона.
Негативними факторами є:
* радіальний стік;
* вихрові потоки в просторі між вихлопною трубою та зовнішньою стінкою циклона;
* турбулентний режим руху повітряного потоку в циклоні;
* перепад тисків між бункером і корпусом апарата.
Основне технічне протиріччя, яке повинне бути вирішене при створенні нових конструкцій циклонів, можна сформулювати наступним чином. Для того, щоб підвищити ефективність очищення пилогазового потоку в циклоні, необхідно збільшити дію на частинку пилу відцентрових сил за рахунок зростання швидкості потоку повітря, яке спричинить підсилення радіального стоку, збільшить кількість вихрових потоків та турбулізацію потоку, а все це знизить ефективність роботи циклону. Будь-який критерій, спрямований на підвищення ефективності, пов'язаний зі зростанням енергетичних витрат [50-65].
Вказані явища визначають природу втрат в осесиметричному потоці: складаються з втрат на тертя; втрат, пов'язаних з виникненням парних вихорів; і втрат, викликаних наявністю місцевих відривів потоку. Останні мають найбільшу відносну величину, а втрати на тертя складають найменшу долю загальних втрат.
Якщо використати даний висновок для випадку руху потоку повітря в циклоні, то для зменшення втрат передусім необхідно усунути місцеві аеродинамічні дифузори, які часто призводять до відривів приповерхневого шару, що значно турбулізує потік. Наступним кроком повинно бути зменшення інтенсивності вторинних потоків і тільки після цього потрібно шукати засоби зменшення сил тертя, головна частина яких складається з втрати в середині циклона на енергетичне розсіювання у в'язкому турбулентному обертальному потоці (80%) і з втрат пов'язаних з розсіюванням потоку на виході, на вході і тертям до стінки циклона (20%).
Тому, зважаючи на зазначене, найбільш перспективною конструкцією циклона для подальших досліджень є циклон з поєднанням в одному корпусі двох ступенів очищення: відцентрове - аналогічне циклону й інерційне - при проходженні потоку через відокремлювач, що дає змогу створити радіальний потік в напрямі до осі циклона; зменшити швидкість проходження потоку через жалюзі відокремлювача та швидкість потоку у вихлопній трубі за рахунок відводу потоку через відокремлювач; зменшити вплив вторинних потоків на процес сепарації; вирівняти тиски в корпусі апарату; зменшити швидкість потоку в конічній частині циклона.
2.2. Опис експериментальної установки
Для того, щоб з'ясувати, яке місце займуть створені нами пиловловлювачі у загальному колосальному ряді існуючих сьогодні апаратів, їх необхідно дослідити, звівши шляхом порівняльних випробовувань до невеликого конкретного ряду за їх ефективністю, гідравлічним опором і металоємністю, при однакових енергетичних витратах.
З цією метою створена "Єдина методика порівняльних випробувань пиловловлювачів, яка охоплює питання приготування експериментального пилу, визначення фізико-хімічних і морфометричних його властивостей, методів запилення повітря, що подається у пиловловлювач, ступеня деагломерації пилу при штучному запиленні повітря, яка визнана обов'язковою при дослідженнях новостворених апаратів аналогічного призначення "[67].
Досліди проводилися на такому стандартному експериментальному стенді у Національному університеті "Львівська політехніка" [67], загальний вигляд якого представлений на рис. 2.1. і 2.2.
Експериментальний стенд складається з піддослідного апарата 1, вентилятора 2 для деагломерації пилу, пилоподавача 3 зі змішувачем 4, ежектора 5 і колектора 6, а також вентилятора (ВВД-9) 10 для виведення очищеного в апараті 1 повітря через рукавний фільтр 7 назовні. Перед рукавним фільтром встановлена вимірювальна шайба 8 з приладом зовнішньої фільтрації 9.
Рис. 2.1. Загальний вигляд експериментального стенду.
1 - пиловловлювач; 2, 10 - вентилятор; 3 - пилоподавач; 4 - змішувач; 5 - ежектор; 6 - колектор; 7 - рукавний фільтр; 8 - шайба; 9 - прилад зовнішньої фільтрації; 11, 13 - двигун; 12 - генератор; 14, 15 - шибери.
Рис. 2.2. Загальний вигляд експериментального стенду.
Рис. 2.3. Пилоподавач:
1 - корпус пилоподавача; 2 - обойма; 3 - гвинт; 4 - стойка; 5 - конічні шестерні; 6 - електродвигун; 7 - вертикальна трубка; 8 - ежектор; 9 - всмоктуючий отвір; 10 - щітка; 11 - шестерня; 12 - рукоятка обертання.
Вентилятор 10 має клиноремінний привід від електродвигуна постійного струму 11 потужністю 3,5 кВт. Для живлення двигуна встановлений генератор постійного струму 12 з двигуном змінного струму 13 потужністю 4,0 кВт. Така схема установки дозволяє плавно регулюват