Методи розрахунку основних параметрів твердих дисперсних матеріалів (пилу, стружки) Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)

УДК 674:621.928.93 Article info

Received 20.03.2017 р.

I. М. Озарив, Г. В. Сомар, I. А. Соколовський, М. С. Кобринович,

Т. А. Сомар, О. Я. Данчiвська

НЛТУ Украши, м. Львiв, Украша

МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТР1В ТВЕРДИХ ДИСПЕРСНИХ МАТЕР1АЛ1В (ПИЛУ, СТРУЖКИ)

Ввдомо, що процес оброблення деревини супроводжуеться утворенням пилу, стружки та тирси, яш мають рiзну форму та яскраво виражену ашзотрошю. Наведено методи визначення розмiрiв дисперсних матерiалiв (частинок) та ТхньоТ форми. Виявлено, що на практиц розмiр частинок неправильно!' форми характеризують усередненим (еквiвалентним) дiаметром. Методолопя усереднення Тх розмiрiв грун-туеться на основi прямих або опосередковано визначених параметрiв цiеТ частинки. Для визначення усе-редненого дiаметра частинок дисперсного матерiалу iз розмiрами понад 2 мм використовують пряме ви-мiрювання у трьох взаемно перпендикулярних напрямках з допомогою штангенциркуля або мкромет-ра. Встановлено, що робота агрегапв, установок пiдприемств лiсопромислового комплексу тюно пов'язана iз виIцiленням газiв, подрiбнених частинок i газоподiбних компонент. В УкраТш дiють науко-во-обгрунтоваш санiтарнi норми гранично-допустимих концентрацiй (ГДК) шкiдливих речовин в атмосфер^ виражеш в масових концентрацiях на одиницю повiтря (мг/м3). За способом очищення (пиловлов-лювання) повiтря пристроТ дiлять на такi способи очищення: сухi механiчнi засоби та пристроТ знепи-лення газiв; мокрi методи знепилення; очищення вiд пилу за допомогою фiльтрiв; очищення вiд пилу в електрофшьтрах.

Ключоег слова: пил; тирса; гранично допустима концентрация.

Вступ. Ввдомо (Ozarkiv et al., 2009; Katrenko, Kit & Pistun, 2007; Apostoliuk et al., 2003), що процеси меха-шчного оброблення деревини супроводжуються знач-ними видиеннями пилу i тирси вiд технолопчного об-ладнання на виробництвах лкопромислового комплексу. Тому, для зменшення обсягу викидiв забруднюваль-них частинок в атмосферу розробляють вiдповiдно пи-лоочищувальнi пристро! та агрегати, враховуючи спе-цифiчнi ознаки виробництв галуи, де до 50 % енерге-тичних затрат витрачаеться на асшращю пилу, який е збудником алерпчних та онкологiчних захворювань (Zhydetskyi, Dzhyhyrei & Melnykov, 2000).

Зауважимо, що очищення повггря вiд пилу iз одно-часним зниженням гiдравлiчного опору повгтроочищу-вальних пристро!в потребуе проведения як теоретичного, так i експериментального дослiджень процесу очищення повгтря вiд деревного пилу (Stark, 1990).

Теоретичш дослщження. Робота агрегапв, установок шдприемств лiсопромислового комплексу ткно пов'язана iз видiлениям газгв, подрiбнених частинок i газоподiбних компонента. В Укра!ш встановлено на-уково обгрунтоваш санiтарнi норми гранично допусти-мих концентрацiй (ГДК) шкiдливих речовин в атмосфера ГДК виражеш в масових концентрацiях на одиницю повгтря (мг/м3) (Ozarkiv et al., 2009).

Для пилу i газгв iз загально-токсичною дiею встановлено максимальну середньодобову концентрацiю (ГДКсд), а для пилу iз подразнювальною дiею слизових оболонок i дихальних шляхiв - ГДКтахр, а також у робо-чих зонах - ГДКрз.

За сушжно! присутностi в атмосферi деяких шюдли-вих речовин !хня безрозмiрна концентрацiя ГДКЕ не повинна перевищувати одиницi, тобто (Ozarkiv et al., 2009)

n С

Zjj£ W. (1)

j=i1ДК i

За способом очищення (пиловловлювання) повiтря пристро! дшять на такi способи очищення:

• сухт механiчнi засоби та пристро'1 знепилення газiв;

• мо^ методи знепилення;

• очищення вщ пилу за допомогою фiльтрiв;

• очищення вщ пилу в електрофшьтрах. Послвдовшсть вибору певного очисного пристрою

зводяться до:

• визначення характеристики викиду (пилу, аерозол^ газiв вщ двигунiв внутрiшнього згорання транспортних засо-бiв та стацiонарних установок);

• встановлення параметрiв викидування (I, Ж, виду домш-ки, концентраций дисперсност тощо);

• вибору очисного пристрою чи фшьтра залежно вiд типу промислового газу, потрiбного ступеня очищення, мож-ливостей виробництва та шших факторi;

• визначення робочо! сили газiв;

• технiко-економiчного аналiзу можливих варiантiв очищення;

• розрахунку параметрiв очисного пристрою;

• проектування пристрою або фiльтра.

Установка для вловлювання шкiдливих речовин у повг^ складаеться iз таких основних конструктивних елементiв:

а) пилоприймального або вловлювального пристрою (мо-же мати один або калька приймачiв);

б) вентилятора (вщсмоктуе запилене або загазоване повiт-ря).

Сучасш апарати (пристро!) установки для знепилення газ1в умовно дiлять на чотири групи:

• механiчнi (сум) знепилювальш пристро!, в яких пил вщ-дшяеться пiд дieю статичних сил (сил гравiтацi! або земного тяжшня, iнерцi! та вщцентрових сил;

• мокрi (гiдравлiчнi) апарати, в яких твердi частинки влов-люються рiдинами;

• пористi фшьтри, на яких осiдае пил;

• електрофшьтри, в яких пил осщае внаслiдок iонiзацi! газу та зарядження частинок пилу, що знаходиться в ньому.

Цитування за ДСТУ: Гудз Г. С. Визначення закону статистичного розподту дефектiв автомобтьних деталей класу "диски" / Г. С. Гудз,

М. М. Борис, О.Й. Коцюмбас // Науковий вюник НЛТУ Украши. - 2017. - Вип. 27(3). - С. 174-176 Citation APA: Gudz, G. S., Borys, M. M., Kocyumbas, O. Yo. (2017). Determining the Law of Statistical Distribution of Defect Automotive Parts of "Disc" Class. Scientific Bulletin of UNFU, 27(3), 174-176. Retrieved from: http://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/477

Очищення (сепаращя) пилогазових промислових ви-кидiв мехашчним сухим способом вимагае використан-ня гравiтацiйних пристро!в (осаджувальних) камер, шерцшних пиловловлювач1в i вiдцентрових пристро!в (циклони), тканинних (рукавних), жалюзiйних (Беёг11, 1997; Ыеугук, 2003).

За дисперснiстю пил подшяють на 4 групи:

• I - надзвичайно крупнодисперсний (аекв>140 мкм);

• II - крупнодисперсний (4,,,,,= 40^ 140 мкм);

• III - середньодисперсний (аекв=10... 40 мкм);

• IV - дрiбнодисперсний (аекв =1.10 мкм).

Пиловловлювач^ залежно вiд розмiру часток пилу,

дшять на 5 клас1в. Осаджувальн камери призначенi для вловлювання грубодисперсних матерiалiв (ёеке>50 мкм). Оскiльки частинки пилу освдають пiд дiею сил гравгга-цн (земного тяжiння), то швидюсть газового потоку зменшують до рiвня, коли пил осiдае шд дiею сили земного тяжшня.

Процес оброблення деревини, як ввдомо, супрово-джуеться утворенням пилу, стружки та тирси, якi ма-ють рiзну форму та яскраво виражену ашзотрошю.

Вiзуальний аналiз подрiбнених матерiалiв (пилу, стружки, тирси тощо) показуе, що !х можна прийняти за рiзноманiтнi дисперснi матерiали i подшити на такi: кулястi, округлi, подовгасп, кутастi, призматичнi, дис-коподiбнi, пластинчасп, волоконнi.

На практицi найчастше частинку неправильно! фор-ми зашнюють равновеликою сферою, що вiдповiдае:

• найбшьшому або найменшому розмiру частинки;

• об'емнш частинщ неправильно!' форми;

• зовшшнш поверхнi частинки неправильно!' форми;

• однаковш швидкостi осадження.

Ефектившсть очищування у пилоосаджувальнiй ка-мерi залежить вiд розмiрiв самих частинок пилу, густи-ни частинок, в'язкосп та швидкостi газу, тобто

18 т-иг■ н

а =-

(р-Р2)'

а_ =

18 ■ ¿и и2

(2)

(3)

1 " а =— > а.

екв / . I

П ,=1

(5)

ристовують пряме вимiрювання у трьох взаемно пер-пендикулярних напрямках з допомогою штангенциркуля або мiкрометра, а коли розмiри частинок змiнюються вщ 1 мм до 1 мкм (1 мкм = 10-6 м), то використовують мiкроскопiчний метод вишрювання трьох розмiрiв.

Розмiр окремих частинок розраховують за формулою

йч = 3 аЬс, (6)

де а, в, с - розмiри частинок у трьох взаемно перпенди-кулярних площинах.

Усереднений дiаметр частинок кожно! форми визна-чають

1 N _

=—X 3 а ' ь

^ 1=1

(7)

або з врахуванням масово! частки кожно! фракцн Х1

а=£ х,ч,., (8)

¡=1

або

-=£ х.

< ¡=1 ач >'

(9)

Коли отримаш результати мiж окремими пробами рiзняться мiж собою не биьше нiж на 3.5 %, то вважа-ють, що отримане значения усередненого дiаметра можна використовувати в подальшому для розрахункiв.

Проведення ситового аналiзу зводиться до прось ювання дисперсного матерiалу через калька (5. 20) сит. Усереднений дiаметр частинок полвдисперсно! сумiшi розраховують iнколи без врахування !хнього кшьюсно-го складу, а саме: • як середньоарифметичне

4 = ^шах + ¿ш1П

2

• як середньогеометричне

а =. ¡а а

ч V шах ш

• як середньогармошчне

2■ а ■ а

1 __шах ш1п

а + а

шах ш1п

¡¿■■Б ■ р^ г

Габаритнi розмiри пилоосаджувальних камер визна-чають iз спiввiдношення

Ьх¥ч = Нх¥г , (4)

де Кг=0,20...0,80 м/с.

В окремих випадках порожнину камер роздшяють перегородками (полицями). Ступiнь очищення

К.,о„ = М,,о, / Мзаг становить <50 %.

Е^валентний дiаметр визначають

1 як середне Лашингера

а = _ ^шах 4ш1П

" 1П ( ¿шах )- 1П ( ¿ш1п )

• як середне Мелора

а =

(а + а ■ )■(а2 + а2.)

V шах ш1П / \ шах ш1П}

1 як середне за формулою

а =-■

4 а5 - а5

■ тпу т

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

де: п - загальна кiлькiсть частинок; п - кlлькiсть частинок г'-о! фракцп.

В iнерцiйних пиловловлювачах очищення ввд частинок газового потоку забезпечуеться одночасною дiею граштацшних та iнерцiйних сил частинок пилу, що ру-хаються в потощ (Уч = 9.10 м/с).

Методолопя усереднення розмiрiв частинок неправильно! форми грунтуеться на основi прямих або опосе-редковано визначених параметрiв цiе! частинки. Для визначення усередненого дiаметра частинок дисперсного матерiалу iз розмiрами частинок понад 2 мм вико-

5 а4 - а4. '

шах ш1п

де ашах, аш1П - максимальний i мiнiмальний розмiри частинок, що пройшли через отвори верхнього сита i не пройшли через отвори нижнього сита.

Висновок. Отож, окр1м зазначених вище формул, к-нуе ще багато залежностей, як1 дають змогу визначити усереднеш розмiри дисперсного матерiалу. Для точшшо-го визначення усередненого дiаметра використовують також статистичнi методи: середньозважений гармотч-ний, середньозважений арифметичний дiаметр за кiлькiс-тю частинок, поверхнею, об'емом, середньозважений квадратично чи кубiчний за кiлькiсним виходом тощо.

с

м

4

п

Перелж використаних джерел

Apostoliuk, S. O., Dzhyhyrei, V. S., Apostoliuk, A. S., Hrodzik, V.S., Somar, H. V., Sokolovskyi, I. A., Apostoliuk, B. O., & Rudyk, V. I. (2003). Okhorona pratsi v meblevomu vyrobnytstvi: navch. posibn. Kyiv: Osnova, 440 p. [in Ukrainian]. Bedrii, Ya. I. (1997). Okhorona pratsi: navch. posibn. Lviv: PTVF

"Afisha", 258 p. [in Ukrainian]. Hevryk, Ye. O. (2003). Okhorona pratsi: navch. posibn. Kyiv: "Elha";

Nika-Tsentr, 280 p. [in Ukrainian]. Katrenko, L. A., Kit, Yu. V., & Pistun, I. P. (2007). Okhorona pratsi: navch. posibn. Sumy: Universalna knyha, 496 p. [in Ukrainian].

Ozarkiv, I. M., Mysak, y. S., Kiryk, M. D., Sokolovskyi, I. A., Dzhyhyrei, V. S., & Miakush, I. I. (2009). Osnovy tekhnoekolohii: navch. posibn. Lviv: NVF "Ukrainski tekhnolohii", 336 p. [in Ukrainian].

Stark, S. B. (1990). Gazoochistnye apparaty i ustanovki v metallurgi-cheskom proizvodstve: uchebnik [dlja stud. VUZov]. Moscow: Me-tallurgija, 400 p. [in Russian].

Zhydetskyi, V. Ts., Dzhyhyrei, V. S., & Melnykov, O. V. (2000). Osnovy okhorony pratsi: navch. posibn. Lviv: PTVF "Afisha", 341 p. [in Ukrainian].

И. М. Озаркив, Г. В. Сомар, И. А. Соколовский, М. С. Кобринович, Т. А. Сомар, О. Я. Данчивская

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТВЕРДЫХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ПЫЛА, ОПИЛОК)

Известно, что процесс обработки древесины сопровождается образованием пыли, стружки и опилок, которые имеют различную форму и ярко выраженную анизотропию. Приведены методы определения размеров дисперсных материалов (частиц) и их формы. Выявлено, что на практике размер частиц неправильной формы характеризуют усредненным (эквивалентным) диаметром. Методология усреднения их размеров базируется на основе прямых или косвенно определенных параметров этих частиц. Для определения усредненного диаметра частиц дисперсного материала с размерами более 2 мм используют прямое измерение в трех взаимно перпендикулярных направлениях с помощью штангенциркуля или микрометра. Установлено, что работа агрегатов, установок предприятий лесопромышленного комплекса тесно связана с выделением газов, измельченных частиц и газообразных компонентов. В Украине действуют научно-обоснованные санитарные нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в атмосфере, выраженные в массовых концентрациях на единицу воздуха (мг/м3). По способу очистки (пылеулавливания) воздуха устройства делятся на такие способы очистки: сухие механические средства и устройства обеспыливания газов; мокрые методы обеспыливания; очистки от пыли с помощью фильтров; очистки от пыли в электрофильтрах. Выяснено, что пылеуловители в зависимости от размера частиц пыли делятся на 5 класив. Осадочные камеры предназначены для улавливания грубодисперсных материалов (deMJ>50 мкм). Поскольку частицы пыли оседают под действием сил гравитации (земного притяжения), то скорость газового потока уменьшается до уровня, когда пыль оседает под действием силы земного притяжения. Визуальный анализ измельченных материалов (пыли, стружки, опилок и т.д.) показывает, что их можно принять за различные дисперсные материалы и разделить на: шаровидные, округлые, продолговатые, угловатые, призматические, дискообразные, пластинчатые, волоконные.

Ключевые слова: пыль; опилки; граничная допустимая концентрация.

I. M. Ozarkiv, G. V. Somar, I. A. Sokolovsky, M. S. Kobrynovych, T. A. Somar, O. Ya. Danchivska

SOME METHODS OF CALCULATION OF MAIN PARAMETERS FOR SOLID DISPERSE

MATERIALS (DUST, SHAVINGS)

Operation of aggregates and business units of forestry complex is closely connected with the release of gases, fine particles and gaseous components. In order to reduce emissions of polluting particles in the atmosphere certain dust collection devices are being developed. Therefore, the study aims at experimental research of air purification process from wood dust. In course of our investigation we have revealed that Ukraine has set scientific health standards of maximum permissible concentration (MPC) of pollutants in the atmosphere. MPC concentrations are expressed in mass per unit volume of atmospheric air (mg / m3). Furthermore, according to the way of air purification (dust collection) the devices are divided into the following: dry mechanical tools and dust emission control devices; wet dust control methods; dust collection with filters; dust collection in electric filters. Dust catchers are divided into 5 classes depending on the size of dust particles. The precipitation chambers are designed to collect coarse disperse materials (deKe>50 microns). As the dust particles fall under the influence of the earth's gravity, the gas flow rate is reduced to the level where the dust particles fall under the force of gravity. Wood processing is accompanied by the formation of dust, shavings and sawdust, which have different shapes and a strong anisot-ropy. Visual analysis of the shredded material (dust, shavings, sawdust, etc.) shows that they can be considered as a variety of dispersed materials and divided into the following: spherical, rounded, oval, angular, prismatic, disc-shaped, plate, and fiber. Then we have defined that the methodology of averaging particle size of irregular shape is based on directly or indirectly defined parameters of the particle. To determine the average diameter of the particles of disperse material with a particle size of more than 2 mm they use direct measurements in three mutually perpendicular directions using calipers or a micrometer, and when the particle sizes vary from 1 mm to 1 micron (1 micron = 10-6 m) microscopic method of measuring three dimensions is used. Thus, we may conclude that besides the above-mentioned formulas there are many dependencies that allow determining the average size of disperse material. To improve the average diameter measurement statistical methods are also used. They are as follows: average harmonic; average arithmetic diameter according to the particle amount, surface, volume; average quadratic or cubic quantitative output etc.

Keywords: dust, sawdust, air purification, maximum permissible concentration.

1нформащя про aBTopiB:

Озаршв Irop Мирославович, д-р техн. наук, професор, НЛТУ Укра'ни, м. Львiв, Укра'ни. Email: bzd@nltu.edu.ua Сомар Галина Вoлoдимиpiвна, канд. техн. наук, доцент, НЛТУ Укра'ши, м. Львiв, Укра'ши. Email: bzd@nltu.edu.ua Соколовський Irop Андршович, канд. техн. наук, доцент, НЛТУ Укра'ши, м. Львiв, Укра'ши. Email: bzd@nltu.edu.ua Кобринович Михайло Степанович, канд. фiз.-мат. наук, доцент, НЛТУ Укра'ши, м. Львiв, Укра'ши. Email: bzd@nltu.edu.ua Сомар Тарас Андршович, астрант, НЛТУ Укра'ши, м. Львiв, Укра'ши. Email: bzd@nltu.edu.ua Данчiвська Ольга Яpoславiвна, пров. шженер, НЛТУ Укра'ни, м. Львiв, Укра'ши. Email: bzd@nltu.edu.ua