Исследование эффективности пылеулавливания циклона с обратным конусом и регулируемыми параметрами

В первой главе выполнен обзор проблемы пылеулавливания на промышленных предприятиях. Рассмотрены наиболее распространенные среди центробежных уловителей – циклонные аппараты, особенности аэродинамических процессов и особенности движения пылевой смеси внутри аппаратов. А так же приведены варианты размещения циклонных аппаратов в аспирационной системе.
Проанализировав существующие конструкции циклонных пылеуловителей, и варианты их установки можно сделать следующие выводы:
1. Постоянное совершенствование циклонных пылеуловителей привело к созданию весьма широкого ряда конструкций данных аппаратов, которые можно разделить на возвратнопоточные циклоны, прямоточные циклоны и вихревые пылеуловители.
2. Прямоточные циклоны рационально использовать при пониженных требованиях к эффективности очистки газов, для улавливания крупнодисперсной пыли и минимизации энергетических затрат на проведение процесса.
3. Вихревые пылеуловители имеют наиболее высокую эффективность улавливания тонкодисперсной пыли, однако они более сложны конструктивно. Их применение оправданно при улавливании пыли с большим содержанием мелкой фракции.
4. Наибольшее распространение в качестве сухих механических пылеуловителей получили циклоны, среди которых наиболее универсальными являются циклоны ЦН-15, обладающие достаточно высокой эффективностью очистки при умеренном гидравлическом сопротивлении, но все же для каждого конкретного цеха и типа улавливаемой пыли необходимо подбирать индивидуальный вид циклона и способ его включения в аспирационную систему.
Во второй главе приведены описание экспериментальной установки, методы исследования и техника эксперимента.
С целью исследования аэродинамических характеристик аппаратов были использованы высокоточные дифференциальные микроманометры Testo 521-1, карманный анемометр с крыльчаткой Testo 410-2 и трубки Пито.
В третьей главе представлены результаты проведенных экспериментов.
Для определения влияния формы циклона и бункера на эффективность пылеулавливания исследуемых циклонных аппаратов на установке был проведён следующий опыт. На вход циклонных аппаратов подавалась смесь воздуха с материалами различной грануляции – древесные опилки. Предварительно проба сушилась для удаления влаги. Размеры фракций определялись с помощью ситового анализа. В результате материал разделяется на фракции, в каждой из которых частицы незначительно различаются размерами. (Рис. 22, таблица 2) При просеивании часть материала, размеры частиц которого меньше размера отверстий d, проходит через сито, а остальная часть с более крупными частицами остается на сите.
Далее фракции взвешивались с помощью лабораторных электронных весов (погрешность измерения 0,001) и подавались в циклон через дозатор. Фиксировались моменты времени, когда происходил выброс сыпучего материала из выходного патрубка циклона при одинаковом значении расхода подаваемого воздуха Q= 27 м3/ч (V=11 м/с).
Далее измерялась масса опилок в бункере и рассчитывался коэффициент пылеочистки:
η= (mвх – mвых)/mвх* 100%,
где mвх, mвых – концентрация пыли на входе и в бункере аппарата.
Для доказательства более высокой эффективности улавливания пыли коническим аппаратом по сравнению с цилиндрическим были проведены серии экспериментов (повторяемость опыта 10-15 раз) в широком диапазоне размеров частиц пыли от 40 мкм до 3000 при расходе 27м3/ч. Эффект пылеулавливания чётче прослеживается при частицах размером от 71 до 315 мкм. Также были проведены эксперименты с электокорундом и песком, доказывающую лучшую эффективность конического циклона. Экспериментальные исследования показали, высокую эффективность улавливания электрокорунда и песка (от 63 мкм) по сравнению с древесной пылью.
Были проведены исследования высоты погружения патрубка на эффективность пылеулавливания в диапазоне частиц от 40 до 315 мкм, показавшие что с увеличением глубины погружения выхлопного патрубка, при одних и тех же значениях скоростей, значения изменения сопротивления циклона у конического аппарата больше чем у цилиндрического, наиболее четко данный эффект просматривается при скоростях 15-20 м/с.
Для измерения давлений и скоростей движения воздуха в воздуховодах (каналах) должны быть выбраны участки с расположением мерных сечений на расстояниях не менее шести гидравлических диаметров Dh, м за местом возмущения потока (отводы, шиберы, диафрагмы и т. п.) и не менее двух гидравлических диаметров перед ним.
В нашем случае диаметр патрубка составляет 50 мм, следовательно точки измерения будут находится на расстоянии 0,12D от стенки патрубка.
Из полученных данных сделан вывод, что в центре выходных патрубков образуется разряжение. Это явление объясняется вихреобразным потоком не только в теле циклона, но и на выходе, при котором давление распределяется по периферии вихря.
В четвертой главе описана инженерная методика расчёта ЦОК с регулируемыми параметрами, примерный расчет ЦОК для групповой системы очистки пыли в деревообрабатывающем цехе и компьютерное моделирование циклонных аппаратов.
По результатам расчетов была создана трехмерная модель циклона с обратным конусом вместе с бункером в среде SolidWorks.
Граничные условия:
На входе во впускной патрубок была задана скорость 20 м/с.
На выходе из выхлопного патрубка было задано значение атмосферного давления.
На стенках циклона была задана шероховатость поверхности, равная 10 мкм.
В пятой главе представлено описание патента полученного га циклон с обратным конусом и регулируемыми параметрами.
На данный момент получен патент РФ № 2506880 от 20.02.2014. Пылеулавливатель /Месхи Б.Ч., Михайлов А.Н., Булыгин Ю.И., Алексеенко Л.Н., Денисов О.В., Панченко О.С. в котором был предложен пылеулавливатель с обратным конусом и регулируемыми параметрами. Пылеулавливатель обладает существенными достоинствами по сравнению с аналогичными аппаратами, имеющими цилиндрический и конический корпус и пылесборники для удаления улавливаемой пыли.

Основные положения магистерской диссертации отражены в 5-ти работах:
1. Ю.И. Булыгин, Л.Н. Алексеенко, А.Н. Легконогих, А.А. Абузяров Исследование улучшения технологии обеспыливания воздуха, за счет усовершенствованных конструкций циклонных аппаратов // Материалы научно-практической конференции Южного федерального округа, 2014/ КубГМУ, г. Краснодар
2. Ю.И. Булыгин, А.А. Абузяров, А.Н. Ситников Улучшение технологии пылеулавливания инерционными аппаратами сухой очистки за счет совершенствования конструктивных решений // Материалы научно-практической конференции «Актуальные проблемы техники и технологии», 2014/ ИСОиП (филиала) ДГТУ, г. Шахты
3. Ю.И. Булыгин, А.Н. Легконогих, Д.А. Корончик, А.А. Абузяров Применение стандартной К-Ɛ модели турбулентности к описанию аэродинамических процессов внутри циклонных аппаратов // Материалы научно-практической конференции «Актуальные проблемы техники и технологии», 2014/ ИСОиП (филиала) ДГТУ, г. Шахты
4. Булыгин Ю. И., Абузяров А. А., Панченко О. С. Взаимосвязь конструктивных параметров циклонных аппаратов с их аэродинамическими свойствами и эффективностью пылеулавливания // ХХ Международная научно-практическая конференция “Экология и жизнь”: г. Пенза, май, 2012.
5. Булыгин Ю. И., Абузяров А. А. Панченко О. С. Зависимость между аэродинамическими свойствами циклонов и эффективностью улавливания пыли // Техносферная безопасность, надежность, качество, энерго- и ресурсосбережение: сб. ст./ РГСУ.- Ростов н/Д, 2012.