До питання ефективності очищення повітря у фільтрувальних циклонах Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

Отриманi результати дозволяють зробити такi висновки: Стшюсть цифрово! системи регулювання суттево залежить вiд часто-ти квантування (перюду квантування Г0).

При низькiй частой квантування (великий перiод квантування Г0) система може виявитись нестшкою.

Якщо система неперервного регулювання з об'ектом регулювання у виглядi аперюдично! ланки першого порядку i П1-регулятором завжди е стш-кою, то ця ж система з цифровим регулятором, що реашзуе аналогiчний П1-

2п п

регулятор, при частой квантування ю0 = — < — (Г0 > 2Г) стае нестшкою.

Го Г

При побудовi цифрових систем регулювання перюд квантування слiд приймати значно меншим, нiж стала часу об'екта регулювання.

УДК 674: 621.928.93 А.В. Ляшеник - Коломийський

noRÎm£XM4H^ коледж

ДО ПИТАННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 ОЧИЩЕННЯ ПОВ1ТРЯ У Ф1ЛЬТРУВАЛЬНИХ ЦИКЛОНАХ

Описано дослщження, якi проводилися з метою вивчення ефективностг цикло-нгв ЦН-15 та фiльтрувального циклону. Показано позитивний вплив фшьтрувально'1 стiнки на ефективнють сепараторiв. Виведено оптимальнi спiввiдношення геомет-ричних розмiрiв фiльтрувального циклона.

A.V. Liashenyk - Polytechnical college of Kolomiya

To the question of efficiency of clearing of air in filter cyclone

This article describes researches concerning the study of the efficiency of clearing of air in the cyclone ЦН-15 and filter cyclone. It shows positive filter wall influence on the efficiency of clearing of air.

Астрацшне повпря у сум1ш1 з матер1алами, що видаляються вщ тех-нолопчного обладнання, е одним Гз вид1в технолопчних викид1в в атмосферу на сучасних деревообробних шдприемствах. Деревний пил, що мютиться в цих викидах, забруднюе атмосферне повггря, що наносить значну шкоду нав-колишньому середовищу. Кр1м того, деревш в1дходи, що входять до складу асшрацшних викид1в, - тирса, пил, - будучи вщходами вщ одних технолопч-них процеЫв, можуть служити сировиною для шших. Тому на сьогодшшнш день гостро стопъ проблема ефективност пиловловлюючих пристро1в, як е частиною асшрацшних систем деревообробних шдприемств. Одночасно перед шдприемствами стопъ проблема зменшення енерговитрат на асшращю технолопчного обладнання. Основним пристроем сучасних асшрацшно-по-впроочисних систем е циклон. Створення нових бгльш ефективних конструк-цш стикаються з таким протир1ччям: Спроби мш1м1зувати спад тиску супере-чать спробам шдвищити ефектившсть вловлювання частинок. Будь-який кри-терш, спрямований на збгльшення ефективност пов'язаний з1 значним збшь-шенням енергетичних затрат. У ряд1 статей [1-3] вже було описано фгльтру-

Науковий вкчшк, 2003, вип. 13.4

вальш циклони, дослiдження яких проводиться в УкрДЛТУ. Таю пристро! володiють меншим гiдравлiчним опором, а значить й меншими енерговитра-тами на очистку асшрацшного повiтря порiвняно з традицшними циклонами. У цiй роботi описаш дослiдження, що проводилися з вивчення ефективност очищення аспiрацiйного повiтря у фшьтрувальних циклонах, проведено по-рiвняння фiльтрувальних циклонiв з циклонами ЦН-15 аналогiчних розмiрiв.

Для дослiдження ефективност сепараторiв був розроблений, вщповщ-но до [5], стенд для випробування сухих циклошв, як встановленi на нагш-тальнiй сторонi мережi. Дослщження проводились на штучно запиленому по-вiтрi. Для цього використовувався пил рiзноманiтного дисперсного складу, данi про який наведет в табл. 1. Вщповщно до [5] вiдбiр проб повпря на вмiст пилу до i пiсля циклону, з метою визначення його ефективностi, проводили одночасно за допомогою двох пиловiдбiрних трубок. Вiдбiр проб здшс-нювали методом зовшшньо! фшьтраци.

Для проведення порiвняльних дослiджень фiльтрувальний циклон створю-вався на базi циклона ЦН-15 замшою зовшшньо! меташчно! стшки фшьтруваль-ною [2]. Дослiдження проводились для обох конструкцш циклонiв паралельно.

Табл. 1.

Порода дерева Позначення Операщя Фракци, мкм

200-100 100-75 75-53 53-40 <40

Ясень А Шл1фування 2,8 10,71 14,11 12,81 59,66

В Пиляння 16,42 68,31 10,44 2,67 2,16

С Фрезерування 40,77 52,40 4,10 2,13 0,6

Б Свердлування 48,92 44,57 3,23 2,00 1,28

Е Фугування 56,04 36,66 3,93 1,96 1,41

Вивчалося питання залежностi ефективност циклону вiд швидкостi потоку повпря у вхщному патрубку. Для дослщження вибрано пил С.

100 п

95----------

.0 90 ---------ж--А--А-

н ■ *

А

Сй 85-----------

I -

1 80-----------

¡а ■

75-----------

70___А_________V, м/с

5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 А ЦН-15 вФтьтрувальний циклон

Рис. 1. Залежшсть ефективностi циклошв вiд швидкост1 потоку повтря у

вхiдному патрубку

При збшьшенш швидкост потоку повпря у вхщному патрубку V, шд-вишуеться ефектившсть роботи циклошв. При змш значення V в межах вщ

■ 1 ■

■ к ▲ А

i к

■

▲ V, м/<

0 до 18 м/с спостер^аеться рiзке шдвищення ефективностi фiльтрувального циклона. Подальше шдвищення швидкост економiчно не виправдано, оскшь-ки при цьому значно зростають енерговитрати на очистку повiтря, а ефектив-нiсть циклона практично не збшьшуеться. Тому для використання приймаеть-ся оптимальна швидюсть потоку у вхщному патрубку, тобто швидкiсть, за яко! ефективнiсть циклона росте незначно. Для циклона з металiчною стшкою (ЦН-15) така швидкiсть була визначена близько 20-22 м/с, що шдтверджуеться в лiтературi [6]; для фшьтрувального циклона - 18-19 м/с. Характерним е те, що вже при швидкост повпря 16-17 м/с ефектившсть фiльтрувального циклона е значно вищою за ефективнiсть циклона ЦН-15 при його оптимальнш швидкостi. Низьк енерговитрати [3], та висока ефектившсть при низьких швидкостях потоку повггря дае змогу рекомендувати використання повпро-очисних установок на базi фшьтрувальних циклонiв у поеднаннi з асшрацшни-ми системами з автономними вентиляторами [7].

На графжу (рис. 2) представлено ефектившсть базового (ЦН-15) i фь льтрувального циклонiв при очистщ повiтря вiд пилу рiзноманiтного дисперсного складу (табл. 1). Дослщження проводилися при оптимальнiй швидкост потоку повiтря у вхiдному патрубку: для циклона ЦН-15 - 21м/с, а для фшьтрувального циклона - 18 м/с.

100 п

95 90 ^ 85 -

п

80

75 - /

*

70 /

*

65 /

60 ♦ 55 50

я Ь С Н о Пил

о 'х

ш

ф

■& ш

- ■ Циклон ЦН-15

■Фтьтрувальний циклон

Рис. 2. Ефектившсть очищення пилу рiзноманiтного дисперсного складу при оптимальнш швидкостi потоку у вхiдному патрубку Дослщження шдтвердили, що традицшш циклони мають незадовшьно низьку ефективнiсть при роботi зi шлiфувальним пилом. Ефективнiсть фшьт-рувального циклона е вищою за ефектившсть циклона ЦН-15 для пилу рiзно-маштних фракцiй. Слiд зазначити значно вишу ефектившсть фшьтрувального циклона при очистщ повпря вщ пилу дрiбних фракцiй (пил А). Результати порiвняння ефективностi зведенi в табл. 2.

Науковий вкник, 2003, вип. 13.4

Табл. 2. Порiвняння ефективностi фтьтрувального циклона при очистц _повтгря вiд пилу дрiбних фракцш_

Пил Ефектившсть очищення в циклот, % Ефектившсть очищення у фшьтрувальному циклот, % Пзниця в ефек-тивност!

А 61 79 18

B 83 91,3 8,3

C 88 96,2 8,2

D 90 97 7

E 92 98,5 6,5

З метою визначення оптимальних сшввщношень геометричних розмь рiв фiльтрувального циклона, а також типу матерiалу для виготовлення зов-шшньо! стiнки циклона проводилися таю дослщження.

1. Ефективностi залежно вiд типу тканини зовшшньо! стшки фшьтру-вального циклона.

2. Ефективност вiд глибини занурення вихлопно! труби.

3. Ефективност вiд висоти цилшдрично! частини циклона.

Як тканину для виготовлення зовшшньо! стiнки циклона дослщжува-лися такi матерiали:

1. Тканина фшьтрувальна полiефiрна 3В4КТ. Густина поверхнева 450г/м2. ТУ242-37-96.

2. Тканина фшьтрувальна полiефiр-полiамiд 4В23КТ. Густина поверхнева 735г/м2. ТУ242-37-96.

3. Полотно неткане ФА5 (7В203-Н).

4. Полотно неткане ФА4 (7В203-Н6/6).

5. Сгтка меташчна саржевого переплетення. Результати дослiджень наведет на графжу (рис. 3.)

Рис. 3. Ефектившсть очищення повШря в циклонах при рiзноманiтних типах

фтьтрувальноХ сттки

З точки зору ефективносл, найбшьш доцшьно як фшьтрувальну стш-ку використовувати тканини 4В23КТ, а також меташчну сiтку. Дещо нижча ефектившсть тканин ФА5 пояснюеться слабшою саморегенеращею ще! тканини порiвняно з 4В23КТ i 3В4КТ. Це можна пояснити проникненням дрiб-

нодисперсних частинок пилу в товщину нетканого полотна, зменшенням ио-го пропускно! здатност^ i як наслiдок, зменшення кшькосл повiтря, що проходить через фшьтрувальну стiнку.

Встановленням рiзноманiтних фшьтрувальних стiнок дослiджувалася залежнiсть ефективностi очищення при рiзноманiтних значеннях q: вщно-шення кiлькостi повiтря, що припадае на фiльтрацiю до загально! продуктив-ностi циклона. Для запилення повпря використовували пил С. З графжа (рис. 4) видно, що при збшьшенш q вiд 0 до 0,13 ефектившсть фшьтруваль-ного циклона зростае. Подальше зниження ефективност можна пояснити зниженням вщцентрових сил, що ддать на частинку пилу. Слщ також зазна-чити вищу ефектившсть циклона при значенш q = 0,4 порiвняно з циклоном з металiчною стiнкою (q=0). Як оптимальне слiд вважати значення q ~ 0,08...0,13 [4].

Значення q залежить вiд дисперсного складу пилу, концентраци пило-повпряно! сумiшi, режиму протжання потоку повiтря та характеристик тка-нини. Так, при концентраци ^ = 0,2-0,3 (при такiИ концентраци працюють бь льшiсть аспiрацiИних систем у деревообробнш промисловостi), при дослщ-женнi рiзних матерiалiв фшьтрувально! стшки при iнших рiвних умовах значення q становило:

• 4В23КТ - 0,08-0,1

• 3В4КТ - 0,09-0,12

• ФА4, ФА5 - 0,03-0,04

• Сггка метал1чна - 0,07-0,12

Тому рекомендованими для використання е: тканини 3В4КТ, 4В23КТ та сггка металiчна саржевого переплетення.

100

35 95 .о

£ 90

х

ш

| 85 ш

¡&80

75

♦ ♦♦ ♦

100 95 *90

I 85

Ла 80

^5 75 о

&70

65 60

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Рис. 4. Ефектившсть фтьтрувально-го циклона при рiзноманiтних значеннях частки продуктивности що припадае на фтьтращю

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

и О

1,4

Рис. 5. Вплив глибини занурення вих-лопно'1 труби на ефектившсть фтьтрувального циклона

На рис. 5 представлено графж залежност ефективност фшьтруваль-ного циклона вщ вщношення глибини занурення до дiаметра циклона. У цик-лош з металiчною зовшшньою стшкою при збшьшенш занурення труби ефектившсть циклона зростае, проте зростае И Иого гiдравлiчниИ ошр, а значить И енерговитрати на очистку. У фшьтрувальному циклош при збшьшенш глибини занурення енерговитрати ростуть значно повшьшше порiвняно з ЦН-15. Оптимальна глибина занурення вихлопно! труби - 0,8 дiаметра, для порiв-няння в ЦН-15 -1,74 [8].

q

0

Науковий вкчшк, 2GG3, вип. 13.4

Доcлiджeння, що пpоводилиcя з вивчeння eфeктивноcтi фiльтpyвaльного циклонa у поeднaннi з опиcaними paнiшe peзyльтaтaми [1-4] дaють змогу визшчи-ти оптимaльнi cпiввiдношeння гeомeтpичниx pозмipiв фiльтpyвaльного циклонa.

Bиcокa eфeктивнicть фiльтpyвaльниx циклонiв поpiвняно з тpaди-цiйними можe бути пояcнeнa тaкими фaктоpaми:_

Нaймeиyвaиия Позиaчeиия Зиaчeиия

Bиyтpiшиiй дiaмeтp виxлопноï тpyби d 0,59D

Bиyтpiшиiй дiaмeтp отвоpy для видaлeння пилу d1 0,3-0,4D

Шиpииa вxiдиого пaтpyбкa в циклоиi (виyтpiшиiй pозмip) b 0,2D

Довжита вxiдиого пaтpyбкa l 0,6D

Bиcотa ycтaиовки флaнця hфл 0,1D

Кут иaxилy кpишки i вxiдного пaтpyбкa циклоиa а 15 о

Bиyтpiшиiй дiaмeтp циклота D -

Bиcотa вxiдиого пaтpyбкa (виyтpiшиiй pозмip) a 0,66D

Bиcотa виxлопиоï тpyби ht 1,76D

Bиcотa цилiидpичиоï чacтиии циклоиa Hn 1,2D

Bиcотa коиyca циклота H 2D

Bиcотa зовиiшиьоï чacтиии виxлопиоï тpyби hв 0,96D

Зaгaльиa виcотa циклоиa H 4,16D

Зaвдяки м'якш зовнiшнiй cтiнцi, чacтинa кiнeтичноï e^prii", якa виниле внacлiдок yдapy чacтинки пилу до cтiнки циклом, гacитьcя.

Турбулiзацiя приповерхневого шару, що зменшуе аеродинамiчнi сили, пов'язаш з захопленням частинки, що знаходиться у приповерхневому шарГ, швидюсть якого близька до нуля, наступними шарами потоку, як ближчi до ос циклона. Так, доведено [8, 9], що в циклот з метатчною зовшшньою стш-кою поблизу стшки iснуе вертикальна складова пульсацшних швидкостей, внаслiдок чого частинки, шдхоплеш масами повiтря, що пiдiймаеться, одержу -ють бiльший iмпульс, нiж частинки, що рухаються до стiнки. Встановлюеться закономiрний процес турбулентного переносу (дифузiя), в результатi якого певна частка частинок пилу перемщаеться вiд зовшшньо! стiнки.

Поблизу зовшшньо! стiнки фшьтрувального циклона виникае радГаль-ний потж, пов'язаний з вiдтоком частини повггря через фiльтрувальну стiнку, який утримуе частинки пилу поблизу стшки i протидiе 11 повторному захоп-ленню потоком повiтря.

Вiдсмоктування частини повпря через фiльтрувальну стiнку в област мiж вихлопною трубою i стшкою призводить до виникнення радiального потоку, спрямованого до стшки, який руйнуе вихровi потоки та турбулентш за-вихрення, якi е основною причиною низько! ефективностi циклонiв при очис-тцi повiтря вiд пилу дрiбних (до 5 мкм) фракцш пилу. Таким чином пил вщ-тягуються вiд областi початку вихлопно! труби.

Виток частини очищеного повггря в атмосферу зменшуе кшьюсть повггря, що викидаеться через вихлопну трубу в атмосферу, що призводить до зменшення швидкостг повгтря у вихлопнш трубг.

Вивчення фгльтрувальних циклошв, що проводилося на кафедрг прикладное' механгки УкрДЛТУ дозволяе робити висновок, що при значно нижчих (до 40 %) енерговитратах поргвняно з циклонами НЦ-15 фшьтрувальш цик-лони володгють значно вищою ефектившстю очищення повгтря вгд пилу.

Лггература

1. Ляшеник А.В. "Високоефективна повгтроочисна установка з фшьтрувальними циклонами". "Свгт меблгв i деревини" 2/99 - ст. 28-29.

2. До розподшу тангенщально'! складово'1 швидкосп потоку в циклош ЦН-15 i фшьт-руючому циклош. Лютий G.M., Нахаев П.П., Ляшеник А.В.// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. на-ук.-техн. праць. - ЛьвГв: УкрДЛТУ. - 2001, вип.11.4. - С. 190-195.

3. Лютий С.М., Нахаев П.П., Ляшеник А.В. Ефектившсть застосування циклошв Гз фшьтруючими зовшшшми стшками// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - ЛьвГв: УкрДЛТУ. - 2001, вип.12.2. - С. 121-125.

4. Лютий С.М., Тисовський Л.О., Нахаев П.П., Ляшеник А.В. Моделювання руху частинки в фшьтрувальному циклош.// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - ЛьвГв: УкрДЛТУ. - 2002, вип.12.8. - С. 131-137.

5. Единая методика сравнительных испытаний пылеуловителей для очищення вентиляционного воздуха// - Л.: ВНИИОТ ВЦСПС, 1967. - 103 с.

6. Александров А.Н., Козориз Г.Ф. Пневмотранспорт и пылеулавливающие сооружения деревообрабатывающих предприятий: Справочник/ Под. Ред. А.Н. Александров. - М.: Лесн. пром-сть, 1988.

7. Климаш Р.Ф., Ляшеник В.Й., Ляшеник А.В. "Енергоощадш асшрацшно-повГт-роочисш системи". "Свгт меблГв i деревини" № 4-98/1-99. - С. 31-32.

8. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха, 2-е изд. перераб. и доп. - М: Стройиздат, 1981. - 296 с.