CC BY
15Сонечкин В. М., Панасевич Л. Т., Блесить Я.
СИСТЕМА АСПИРАЦИИ - ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОЖАРА
Приведён анализ особенностей процесса пылеудаления в системе аспирации. Рассмотрены факторы, которые должны быть учтены при конструировании систем принудительного удаления пыли из производственного помещения.
Ключевые слова: древесная пыль, пылевоздушная смесь, скорость воздушного потока.
П
омещения, где производится обработка древесины, интенсивно загрязняются мелкодисперсной древесной пылью, поэтому неотъемлемой частью оборудования деревообработки являются устройства для принудительного пылеудаления. Эти устройства обычно включают в себя систему трубопроводов различных конструкций и разного сечения. При проходе пылевоздушной смеси через систему аспирации древесная пыль, как правило, отлагаться на стенках трубопроводов. Отложившаяся древесная пыль может быть пожаровзрывоопасной, например, из-за накопления на ней зарядов статического электричества, вследствие этого важно конструировать оборудование принудительного пылеудаления так, чтобы такая возможность была минимизирована.
При конструировании систем пылеудаления следует учитывать тот факт, что древесная пыль состоит из частиц разного размера. Естественно, что при прочих равных условиях быстрее способны оседать на стенках трубопроводов наиболее крупные частицы. По этой причине важно знать закон распределения частиц древесной пыли по их размерам. Для древесной пыли можно ориентироваться на логарифмически нормальный закон распределения:
(1)
В формуле (1) 1п Б означает натуральный логарифм размера Б частицы древесной пыли (для дальнейших расчётов будем полагать, что древесная пыль имеет форму шара диаметром d), 1п БА - среднее значение этого лога-
рифма, с - среднеквадратичное отклонение логарифма размера размера Б частицы древесной пыли.
Приводимые формулы (2)-(4), описывающие динамику частицы древесной пыли в воздушном потоке внутри трубопровода, будут относиться к конкретному значению диаметра частиц d. Однако следующие из этих формул выводы надо будет модифицировать с учётом всего распределения частиц по размерам. Практически все виды пыли (древесная пыль не является исключением) обладают одним отличительным свойством: наиболее мелкие частицы способны слипаться друг с другом. Иногда это свойство называют аутогезией. Закон распределения частиц древесной пыли по размерам вследствие этого может меняться со временем таким образом, что в формуле (1) увеличивается среднее значение 1п БА и меняется среднеквадратичное отклонение с. Это особенно актуально, если длина используемых трубопроводов пылеудаления оказывается велика [1].
Удаляемая древесная пыль выносится из помещения деревообработки воздушным потоком, чья горизонтальная скорость обозначается V, а вертикальная скорость - м. Обе эти характеристики являются функциями времени, т. е. они могут быть записаны как v(t) и М/), соответственно. На входе трубопровода процесс вовлечения в него древесной пыли моно считать нестационарным. Однако из экспериментов с разными видами пыли было найдено, что уже в течение весьма небольшого периода времени и, следовательно, даже в начальном участке трубопровода поток пыли устанавливается: достигается баланс между вертикальной скоростью частиц пыли, создаваемой вдуваемым в трубопровод воздухом, и скоростью падения частицы, обусловленной её тяжестью, зависящей от размера частицы. Этот баланс можно представить в виде дифференциального уравнения
т— = та-с——п сН у ъ 2
V У
= 0,
(2)
Древесная пыль
где m - масса частицы пыли, g
свободного падения, c; = c;(Re) = c;
ускорение
А
где
р awd
Ц
^critic ■
/1 8|llv
stationary
/
Не - число Рейнольдса, характеризующее степень турбулентности воздушного потока внутри трубопровода; ро - плотность воздуха. При малых числах Рейнольдса эту зависимость можно представить в более простом виде закона Стокса Е = 24/Не. Массу частицы можно выразить через разность плотностей частиц пыли в воздухе в следующем виде:
/ Л3 т = {ра-р 0)у
В установившемся потоке частиц древесной пыли внутри трубопровода вертикальную скорость частицы пыли можно рассчитать по формуле
W stationary = 9{pd~Pa)
18ц
gLBpa
(4)
(3)
Видно, что эта скорость существенно (согласно квадратичному закону) зависит от диаметра частицы древесной пыли [2].
По мере продвижения частиц пыли внутри трубопровода (когда наиболее мелкие частицы начинают слипаться) эта скорость должна увеличиваться, чтобы условие баланса (2) было выполнено. Подобное условие вынуждает конструировать пылевыводящие трубопроводы наименее протяжёнными.
Ещё одним важным обстоятельством, которое надо учитывать при конструировании пылевыводящих трубопроводов, является ограниченная скорость создаваемого внутри трубопровода воздушного потока [3]. С одной стороны, она не может быть слишком велика, ибо большие скорости приводят к турбулиза-ции воздушного потока, из-за чего вышеприведённое балансное соотношение перестаёт быть применимым. С другой стороны, при очень малой горизонтальной скорости частицы древесной пыли успевают осесть на нижнюю стенку трубопровода. Для случая нетурбули-зованного воздушного потока, когда применим закон Стокса, при использовании трубопровода длиной ! и площадью поперечного сечения B, будет происходить оседание частиц древесной пыли следующего диаметра:
где v . .. - горизонтальная скорость перено-
stationary г г г
са частиц пыли внутри трубопровода при установившемся режиме (для вертикальной скорости должно быть выполнено условие (3)).
Указанные причины не исчерпывают всех обстоятельств, которые следует учитывать при конструировании трубопроводов для удаления древесной пыли из помещений деревообработки. Геометрия конструкций трубопроводов на практике оказывается довольно сложной, в результате создаются ещё более благоприятные условия для пылеотложения внутри них.
Всякое изменение расположения участка трубопровода относительно вертикали и горизонтали приводит к появлению так называемого инерционного пылеосаждения. Это происходит вследствие того, что частицы пыли по инерции продолжают сохранять вектор своей переносной скорости внутри трубопровода, изменившего своё направление. В результате частицы неизбежно «утыкаются» в стенки трубопровода, которые не являются идеально гладкими. Из-за этого вступает в действие эффект зацепления частиц пыли на неровностях этих стенок, что приводит к накапливанию частиц пыли. Интенсивность этого процесса зависит от свойства древесной пыли - адгезии, которая особенно велика при электризации древесной пыли статическим электричеством.
При конструировании систем принудительного удаления пыли из производственных помещений должны быть учтены все факторы, перечисленные в статье. Это означает, что геометрия пылевыводящих трубопроводов должна быть максимально простой, а создаваемый в трубопроводах воздушный поток должен оставаться нетурбулизованным [4].
ЛИТЕРАТУРА
1. Пирумов А. И. Обеспыливание воздуха. - М.: Строй-издат, 1974. - 207 с.
2. Штокман Е. А. Очистка воздуха. - М.: Ассоциация строительных вузов, 1999. - 319 с.
3. Голенев А. П., Самородов В. Г. Пылевой режим производственных помещений, связанных с обращением горючих пылей // Сборник трудов «Взрывобезопасность в строительстве». - М.: МИСИ, 1983. - С. 27-33.
4. Сонечкин В. М, Панасевич Л. Т., Рачкаускас А. Факторы пожарной процесса механической обработки древесных материалов // Вестник Академии Государственной противопожарной службы МЧС России. - 2007. - № 7. - С. 121-126.
Sonechkin V., Panasevich L., Blesit J.
ASPIRATION SYSTEM -A POTENTIAL SOURCE OF FIRE BREAK-OUT
ABSTRACT
Purpose. The analysis of wood dust waste removal process from the processing equipment by means of aspiration system.
Methods. Analytical factors which are taken into account during the designing of forced dust and waste removal system from the equipment have been considered.
Findings. It is shown that distribution of wood dust particles according to the sizes can change over time. Dust removal efficiency depends on the horizontal air rate and vertical air-flow rate. It is discovered that the balance between the vertical rate of dust particles and the rate of a falling particle is reached within a short period of time.
Research application field. Ensuring fire safety of technological process during wood materials machining.
Conclusions. The air flow created in aspiration system must remain nonturbulent. All the factors mentioned above (air-flow rate, wood dust particles autoadhesion, inertial dust precipitation, effect of dust particles gearing, etc.) must be considered during aspiration system designing.
Key words: wood dust, dust air mixture, airflow rate.
REFERENCES
1. Pirumov A.I. Obespylivanie vozdukha [Dedusting of air]. Moscow, Stroiizdat Publ., 1974. 207 p.
2. Shtokman E.A. Ochistka vozdukha [Air cleaning]. Moscow, Assotsiatsiya stroitel'nykh vuzov Publ.,1999. 319 p.
3. Golenev A.P., Samorodov V.G. Dust mode of production facilities related to the handling of combustible dusts. Sbornik trudov
"Vzryvobezopasnosf v stroitel'stve" [Proceedings of the "Explosion protection in construction"]. Moscow, MISI Publ., 1983. pp. 27-33.
4. Sonechkin V.M., Panasevich L.T., Rachkauskas A. Factors fire process of machining of wood materials. Bulletin of the State Fire Academy of EMERCOM of Russia, 2007, no. 7, pp. 121-126.
VLADiMiR SoNECHKiN LiUDMiLA PANASEViCH JANOS BLESZiTY
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Associate Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Candidate of Technical Sciences, Professor
National University of Public Service, Budapest, Hungary
