авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Повышение технологической эффективности аппаратов вихревого типа в системах газоочистки

-- [ Страница 3 ] --

Отсутствие расслоения в данных эксперимента указывает на то, что в заданных пределах зависимость достаточно корректно описывает реальную обстановку и влияние других факторов является не ощутимым с практической точки зрения.

Рис.6 Обобщенные характеристики вихревой трубы в критериальном виде

(нагретый и холодный потоки)

Соотношение (21) получено на основе измерений температуры холод-ной части потока газа. Аналогичные расчеты по параметрам нагретой части потока подтвердили возможность применения равенства (21) и в этом случае. Расхождения результатов не выходят за пределы точности измерений. Для искусственного запыления потока в эксперименте использовался таль-комагнезит молотый ТМП, ГОСТ 19728.474. Медианный диаметр талька ра-вен 50=10 мкм. Экспериментальные исследования по определению влияния запыленности начинались с опытов, в которых осуществлялся импульсный ввод пыли в поток сжатого воздуха. Следует отметить, что импульсный ввод является наиболее неблагоприятным режимом работы для пылеуловителей. В результате эксперимента, установлено, что после ввода пыли в поток сжатого газа отклика на кривых температур потоков охлажденного и нагретого воздуха не наблюдается. Эксперименты проведены как на режиме максимальной холодопроизводительности, так и при максимальной производительности по теплу. Во второй серии экспериментов подача пыли в вихревой аппарат осуществлялась шнековым питателем. Время импульсного ввода отмечено вертикальными линиями на графике рис.7. Как видно из представленных данных характер температурных кривых при этом не изменился.

Обобщение результатов по исследованию влияния постоянной исходной запыленности Z на степень сепарирования сеп ВТНН представлено на рис.8. Отклонение экспериментальных данных от среднего значения = ± 1 % яв-ляется удовлетворительным. Снижение значения сеп = 95 % можно объяснить вторичным уносом из пылесборника, поскольку при степени закрутки, характерной для вихревой трубы и ее размеров следует ожидать сеп 100 %.

Рис.7 Влияние импульсного ввода пыли на температуру нагревого Тг и охлажденного Тх потоков По результатам эксперимента предложена принципиальная схема комбинированной системы очист-ки, нагрева и охлаждения воздуха на базе вихревой трубы(КСОНО) (рис.9). При этом в зависимости от превалирующих требований поль-зователя возможно акцентировать функциональность установки на пылеулавливании или поддержке определенного температурном ре-жиме.

Рис.8. Оценка эффективности пылеулавливания вихревой трубы

Расширение диапазона применения вихревых труб в промышлен-ности, как было показано, достигается путем придания им дополнитель-ных функций очистки воздуха от пыли.

 Принципиальная схема КСОНО-44

Рис. 9. Принципиальная схема

КСОНО воздуха на базе вихре-

рого аппарата: ВТ вихревая

труба; КМ воздушный ком-

прессор; ТО теплообменник;

3 с сжатый воздух; 3 г го-

рячий поток воздуха; 3 х ох-

лажденный поток воздуха.

Эффективность вихревого

аппарата как пылеуловите-

ля оценивали из баланса

сил, действующих на час-

тицу пыли. Граничное зер-

но разделения на радиусе

диафрагмы по параметрам

эксперимента d = 1 мкм.

Полученные данные указывают на высокую пылеудерживающую способность вихревых труб. В особо чистых производствах, например, электронных, микробиологических технологиях требуется не только чистый, но и сухой воздух. В соответствии с зависимостью (20) введем в анализ переменную Ет как . Полученный безразмерный параметр Ет представляет собой отношение затрачен­ной потенциальной энергии давления к реализованной тепловой.

Экспериментальные данные показывают, что на влагосодержание выходного горячего потока г и холодного х оказывают влияние как влажность на входе вх, так и относительная доля холодного потока m. В результате окончательная обработка результатов эксперимента предполагается в виде

. (22)

Проводились серии опытов, в каждой из которых исходное влагосо-держание воздушного потока вх оставалось неизменным, а варьировалась величина m. Влагосодержание на входе вх затем изменялось от 40% до 90%. Аналогичные серии экспериментов осуществлялись при различных давлениях на входе в вихревую трубу Pвх, но при неизменной температуре Tвх. В целом можно заключить, что исходная влажность воздушного потока не оказывает существенного влияния на температурную эффективность вихревой трубы.

Более наглядно полученный вывод иллюстрируют данные, графически представленные на рис.10. Как видно, величины T и падают с увеличением влажности вх, но весьма незначительно в пределах 23%.

Таким образом, в практических расчётах с точностью до 3% влияние относительной влажности входного потока на тепловые характеристики вихревой трубы можно не учитывать.

Рис.10. Влияние исходной от-носительной влажности сжа-того воздуха вх, на макси-мальные значения коэффи-циента температурной эффек-тивности T и адиабатичес-кого КПД , при температуре воздуха на входе Tвх = 13°C, давлении Pвх = 1,6105 Па и массовой доли холодного потока m = 0,53.

Окончательная обработка результатов наблюдений осуществлялась в безразмерном виде. Обобщающие графики в соответствии с зависимостью (21) при Prt=1 представлены на рис.11. Разброс данных вызван, главным образом, проблемами стабилизации и измерения влагосодержания потоков.

, (23)

, (24)

где параметры варьировались вх = 0,38...0,92, m =0,44...0,61, безразмерное число ET, по характеристиками горячего ETг и холодного ETх потоков изменялись в пределах ETх=1,62..5,36; ETг=4,25..9,67.

 Обобщение результатов по-49

Рис. 11. Обобщение результатов по исследованию влияния режимов эксплуа-

тации вихревой трубы на влагосодержание охлаждённого и горячего потока.

В указанных пределах относительная влажность нагретого и охлаж-дённого воздуха достигала значений г = 0,10...0,32, х = 0,39...0,66, Pвх=1,2.. 1,8105Па, Tвх = 13°C.Методика определения влагосодержания выходных потоков может выглядеть следующим образом. В зависимости от пос-тавленной задачи формулируются исходные данные. Например, при исходном влагосодержание вх, заданном перепаде давления Р, расходе газа Q, с известными параметрами сp, требуется определить влагосодержание г и х.

Геометрия вихревой трубы полагается известной: 1.Определяется окружная скорость газа на входе в вихревую трубу . 2. По соотношению (24) вычисляется разность температур на горячем и холодном концах камеры разделения вихревой трубы Тг, Тх. 3. Вычисляется число Ет. 4. Задаёмся

отношением расходов холодного и горячего потоков m. Поскольку максимальный КПД вихревой трубы во всех случаях лежит в области m = 0,5, принимаем эту величину как расчётную. 5. По соотношениям (24), (25) вычисляются искомые значения г, х.

В производственных условиях, как правило, геометрические и режимные параметры вихревой трубы, например, работающей в системе конди-ционирования зафиксированы. Однако параметры потока на входе меняются, например влажность вх, температура и возникает необходимость пересчета. Следует заметить, что комплекс полученных соотношений позволяет решать задачи самого разнообразного характера и, в зависимости от поставленной цели, уже на стадии проектирования, задать эксплуатационные параметры вихревой трубе.

В заключении следует заметить, что основная задача экспериментальной части исследований выполнена. Установлено, что входные параметры воздушного потока, запыленность, влагосодержание практически не влияет на термодинамическую эффективность вихревой трубы, работающей при пониженных давлениях на входе Рс < 0,3 МПа. При этом, температура выход-ных потоков, главным образом охлажденного Тх 0оС, вполне приемлема для промышленного использования. Если рассматривать ВТНН как пылеуло-витель, т.е. циклон, фракционную сепарирующую способность аппарата следует устанавливать по хорошо разработанным и известным методикам, имеющимся в технической литературе.

В четвертой главе рассмотрена возможность использования вихревого компрессора в системе газоочистки.

Известно, что при очистке воздуха от пыли, необходимой в системах кондиционирования, вентиляции, особенно помещений электронной, фарма-цевтической и многих других высокотехнологических производств, наиболее трудно улавливаются мелкие частицы. Применение циклонов позволяет отде-лить большую, но сравнительно крупную фракцию. Наиболее мелкие частицы, обладающие малой скоростью витания, в поле центробежных сил не сепа-рируются, что по существу определяет предел применимости инерционных пылеуловителей.

Проблема может быть решена применением двухступенчатой газоочист-ки, например, реализованной в орошаемых циклонах. Перспективным пред-ставляется сочетание инерционного пылеуловителя и вихревого водоколь-цевого компрессора (ВВК), которому придаются дополнительные функции сепаратора мелкой фракции. Последнее предложение может быть реализовано по следующей принципиальной схеме (рис.12)

ОГ 1 5 3 ЗГ ЧЖ 4 2 сброс Рис.12 Схема комбиниро- ванной системы очистки газа:1.Водокольцевая воз- духодувка; 2. Дегазатор; 3. Циклон; 4. Бункер; 5. Охлаждающее устрой- ство;ЗГ загрязненный газ; ОГ очищенный газ; ЧЖчистая жидкость

При организации очистки газа по предлагаемой схеме необходимо осу-ществить отвод загрязненной запирающей жидкости из полости машины 1 в систему регенерации 2 или на сброс. Равное количество осветленной или чис-той рабочей среды следует направить в вакуумную зону газодувки.

В соответствии с целями исследования создана экспериментальная установка, включающая ВВК, систему регенерации циркулирующей жидкости, аналитический аэрозольный фильтр АФА ВП20, регулирующие вентили, шнековый питатель пыли, привод электродвигателя, а также необходимый комплекс контрольноизмерительных приборов. Основным блоком экспериментального стенда является опытный образец водокольцевой воздуходувки, который был изготовлен на базе серийной установки ВВН8. Для визуализации процессов происходящих в рабочей полости водокольцевого компрессора опытная установка была изготовлена с узким рабочим колесом, передняя лобовая крышка была выполнена из органического стекла.

Степень рециркуляции запирающей жидкости , где Q (м3/с) объемный расход циркулирующей жидкости, V(м3) объем рабочей зоны во-докольцевого компрессора, изменялась в пределах =0,015; 0,03; 0,045;0,06 с-1. Для искусственного запыления потока в эксперименте использовался талькомагнезит молотый ТМП, ГОСТ 19728.474. Медианный диаметр талька равен 50 =25 мкм. В экспериментальных исследованиях по определению влияния запыленности на характеристики водокольцевой воздуходувки подача пыли осуществлялась шнековым питателем.

На рис. 13 показано влияние степени рециркуляции рабочей жидкости (воды) =0,015; 0,030; 0,045; 0,060, с-1 на коэффициент полезного действия при различных запыленностях Z1 =0; Z2= 65; Z3 = 120; Z4 =180; Z5 = 250 г/м3.

 Влияние запыленности газа на КПД-53

Рис.13. Влияние запыленности газа на КПД опытного водокольце-

вого компрессора

Рис.14. Оценка эффективности пылеулавливания ВВК

Характер кривой = f(Q) совпадает с данными измерений, проведен-ными на чистой жидкости. Таким образом, несмотря на широкий спектр изменения запыленностей от 0 до 250 г/м3, можно утверждать, что запы-ленность не оказывает влияние на рабочую характеристику машины. Влияние Z г/м3 запыленности на степень сепарирования сеп, при различных режимах рециркуляции представлено на рис. 14. Опытами установлено, что степень улавливание загрязняющих твердых примесей сеп достаточно высока и при определенных режимах достигает 100% в пределах точности измерений. Полученные графические зависимости имеют характерный перегиб в области Z0, когда сеп начинает отличаться от максимальной сеп. Однако эти уменьшения значения сеп не существенны.

Водокольцевой компрессор должен создавать достаточное давление на периферии жидкостного кольца для преодоления гидравлического сопро-тивления сети рециркуляции. Давление на входе в рециркуляционную сеть Рм находилось суммированием давлений, создаваемых жидкостным кольцом на участке от радиуса рабочего колеса Rк до свободной поверхности жидкости Rо(Рко) и на интервале от внутреннего радиуса рабочей полости Rк, до Rм(Рмк) (рис.15).

Рис. 15. Расчетная схема: Rм, Rк, Rо радиусы корпуса машины, рабочего колеса, свободной поверхности жидкости кольца; Н – ширина ра-бочего колеса;Qр–интенсивность рециркуляции Для решения задачи использо-валась абсолютная цилиндри-ческая система координат. Дви-жение жидкости считается уста-новившимся и осесимметрич-ным. Радиальные течения обра-зованы рециркулирующим по-током с объемным расходом , который равномерно рас-пределен по ширине рабочего колеса . Считается, что жид-кость между лопатками рабочего колеса вращается без прос-кальзывания как квазитвердое тело . В этом случае давление вычислится по хорошо известному соотношению (25) Радиус свободной поверхности жидкостного кольца Rо опреде-ляется из того положения, что при эксплуатации машины запи-

рающая среда не должна попадать в газовые полости (рис. 15). В качестве граничных условий общего решения (3) для данного случая принято: при , ; при , .

Давление определяется из первого уравнения системы (1) в предположении, что определяющую роль в создании напора на периферии жидкостного кольца играет центробежная сила. Тогда

. (26)

Избыточное давление, вычисленное по соотношениям (25), (26), является максимально возможным при данных геометрических и режимных параметров водокольцевого компрессора, при котором жидкость не попадает в воздушные окна. В противном случае, происходит «захлебывание» и эксплуатационные характеристики машины резко падают. Было проведено сопоставление данных непосредственных измерений с величиной расчетного предельного давления Рр при одних и тех же условиях. Избыточное давление, определенное по показаниям приборов Рп = 0,8 105 Па хорошо согласуется с вычисленным Рр = =0,83 105 Па.

Экспериментально установлено, что наличие твердой фазы в исходном газовом потоке до величины z 250 г/м3 не приводит к изменению рабочей характеристики ВВК. Степень рециркуляции запирающей жидкости , как оказалось, мало влияет на общий КПД машины и, в первом приближении, может не учитываться в расчетах. Таким образом, вычисление геометрических и режимных параметров ВВК может производиться без учета этих двух факторов. При этом, рассмотрим два возможных варианта параметры сети (требуемый напор Нс и расход Qc) известны или нет.

В первом случае: 1.По известным параметрам сети Нс, Qc подбирается ВВК с использованием, например, каталога Бессоновского компрессорного завода (ЗАО «Беском»), который выпускает машины рассматриваемого типа.

2. По каталогам, например, НИИОГАЗ выбирается тип циклона, удовлетво-ряющий входным характеристикам водокольцевого компрессора. 3. Вы-числяется гидравлическое сопротивление контура рециркуляции. 4. По фор-мулам (25), (26), (27) и геометриическим параметрам ВВК определяется предельно допустимое Рм на периферии рабочей полости водокольцевой машины. 5. Вводятся коэффициенты запаса nз =1,2 1,3. 6. Вычисляется до-пустимое давление Рд =Рм / nз. 7. Делается вывод о целесообразности исполь-зования дополнительных источников напора. Если Рм > Рд, водокольцевой компрессор в состоянии обеспечить рециркуляцию запирающей жидкости, в противном случае, т.е. Рм < Рд, необходимо использовать дополнительный источник давления.

Во втором варианте предварительно рассчитываются параметры воздушной сети по величине требуемого напора Н и заданному расходу Q, подбирают ВВК и затем ведут расчет по ранее описанной схеме.

В некоторых производствах приходится эксплуатировать оборудование в условиях запыленности, что значительно ухудшает условия труда и приводит к увеличению риска профессиональных заболеваний обслуживающего персонала. Это, прежде всего, складские помещения хранения сыпучих, по-рошковых материалов, их транспортировка, расфасовка, производства керами-ческих изделий, некоторых видов катализаторов, адсорбентов и многих дру-гих. Вопрос снижения запыленности в рассматриваемых случаях стоит крайне остро. Широко применяемые в промышленности циклоны в отдельных случаях не удовлетворяют повышенным требованиям к чистоте окружающей среды.

Разработана система очистки воздуха в запыленных помещениях на базе ВВК и ВТНН, базирующаяся на комплексе проведенных исследований (рис.16).

ВТНН ВВК ЦИКЛОН БУНКЕР РЕГЕНЕРАЦИЯ Рис.16. Система очистки воздуха в запыленных про- изводственных помещениях на базе ВВК и ВТНН Применение ВТНН в рассматриваемой схеме позволяет существенно снизить габариты уста-новки, обеспечить осуш-ку выходных потоков, осуществить сепарацию капель жидкости и вер-нуть конденсат в линию ВВК. Обобщая комп-лекс проведенных ис-следований разработан алгоритм расчета дан-ной системы.


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.