CC BY
17
УДК 674:621.928.93 Викл. А.В. Ляшеник1, канд. техн. наук;
доц. Л.О. Тисовський2, канд. фiз.-маm наук; викл. Л.М. Дорундяк1; ст. викл. Ю.Р. Дадак2, канд. техн. наук
ВПЛИВ ВИСОТИ ЦИЛ1НДРИЧНО1 ЧАСТИНИ ТА ГЛИБИНИ ЗАНУРЕННЯ ВИХЛОПНО1 ТРУБИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИКЛОНА
Досдщжено вплив геометричних po3MipiB цилшдрично! частини циклона та глибини занурення вихлопно'1 труби на основы експлуатацшш характеристики апа-рата на основi теоретичних та експериментальних дослщжень. Порiвняно отримаш результати з вiдомими теорiями пиловловлення.
Постановка проблеми. Дослщженню процесу очищения повпряного потоку в сухих мехашчних сепараторах присвячено багато публжацш. У ль тератур1 описано р1зноман1тн1 конструкци циклошв, проте не проанал1зовано вплив сшввщношення розм1р1в окремих частин циклона на показники його роботи. Для глибокого розумшня процесу пилоочищення в циклош та роз-роблення нових конструкцш таких апара^в потр1бно знати, зокрема, як впли-вае величина вщношення окремих геометричних параметр1в до д1аметра ци-лшдрично! частини на основш експлуатацшш характеристики пиловловлю-вача (пдравл1чний отр та коефщент корисно! ди). Зважаючи на постшне шдвищення вимог до якост очищення асшрацшного повпря на деревооброб-них тдприемствах, питання вдосконалення вщомих конструкцш таких апа-рат1в е актуальним.
Ми проанал1зували, на основ1 низки теоретичних та експериментальних дослщжень, вплив висоти цилшдрично! частини циклона та глибини за-нурення його вихлопно1 труби на характеристики процесу очищення запиле-ного повпряного потоку в сепараторь Для досягнення поставлено! мети роз-глядали так шдходи: математична модель руху частинки пилу у циклош [1], модель руху пов1тряних потоюв у сепаратор1 на основ! р1внянь Нав'е-Стокса [2], вщом1 експериментальш дослщження [4-6] та дослщження, виконаш у [3].
Дослщжували роботу циклошв ЦН-15 (рис. 1, а) та УЦ-38 (рис. 1, б). Геометричш параметри апарат1в та швидкост потоку пов1тря у вхщному патрубку представлено у табл.
Табл. Геометричш розмьри циклона та рекомендован значення швидкость _повтряного потоку в циклонах_
Параметр Позна-чення Од. вим. Тип циклона
ЦН-15 УЦ-38
Д1аметр циклона D мм 400 500
Висота цилшдрично! частиии НЦ мм 650 (250-850) 395 (150-600)
Висота ко^чно! частиии Нк мм 800 1400
Д1аметр в^лоино! труби d мм 240 220
Глибина занурення вихлопно! труби h3 мм 316 (56-716) 200 (150-600)
Дiаметр пиловипускного отвору do мм 150 200
Швидкшть потоку повiтря у вхiдиому патрубку V м/с 20 16
1 Коломийський полтгехшчний коледж;
2 НЛТУ Укра!ни, м. Льв1в
Розглядали процес очищення аспiрацiйного повiтря в умовах дерево-обробного виробництва. Густина матерiалу частинок пилу - 700 кг/м3.
ЦН-15 належить до цилiндричних циклошв з гвинтовим вхiдним патрубком. УЦ-38 - конiчний циклон зi спiральним входом. Обидвi конструкци апара^в набули широкого застосування як у деревообробленш, так i в шших галузях промисловостi. Вплив висоти цилшдрично! частини циклона на ефективнiсть пиловловлення. Анашз ефективностi процесу очищення пов^я-ного потоку виконували, виходячи з рiвняння руху частинки пилу в цилшдрич-нiй частинi циклона [1]:
V2
Рч—---= 'Злйц^Угч - Vm),
6 г
(1)
де: рч - густина матерiалу частинок пилу, кг/м ; <ч - дiаметр частинки пилу, мм; г - вщстань вщ осi циклона до центра мас частинки пилу; VTч - тангенщ-альна складова швидкостi руху частинки пилу; Vгч - радiальна складова швидкостi руху частинки пилу; Vгп - радiальна складова швидкост руху потоку повiтря; ^ - динамiчна в,язкiсть повiтря.
Використовуючи пiдхiд, представлений в [1], визначимо дiаметр частинки пилу, яка буде вловлена в циклош:
<чк — 3 *
¡1 • В^й • ^а
(2)
(1 - к) рч • VTчНц
де: Нц - висота цилшдрично! частини циклона; а - кут нахилу вхщного патрубка; к - кшьюсть обер^в, як робить частинка пилу навколо ос циклона; Яа — (Б - <)/2 - радiальний зазор мiж вихлопною трубою та стiнкою циклона.
На основi спiввiдношення (2) графiчно представимо залежнiсть критичного дiаметра частинки, яка буде вловлена в циклош, вщ висоти цилш-дрично! частини циклона (рис. 2).
35
Е
¥
0 ---------1
С 0.5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 й 4,5 Висота цилждрцчно I частини Нц. мм
Рис. 2. Залежшсть дiаметра частинки пилу, яка буде вловленау циклош, вiд висоти цилтдричноЛ частини апарата
Можемо зробити висновок, що в разi збшьшення висоти цилшдрично! частини циклона вщ 0 до 0,6 м критичний дiаметр частинок, як будуть улов-ленi в циклош, рiзко зменшуеться. У дiапазонi вщ 0,6 до 2 м спостер^аемо повiльне зменшення значення дiаметра, а за висоти цилшдрично! частини бшьше нiж два метри значення критичного дiаметра практично не зменшуеться. Зменшення критичного дiаметра частинок, яю будуть уловленi в циклонi, вказуе на шдвищення ефективностi процесу очищення повiтряного потоку. Недолiком рiвняння (1) е те, що воно не дае змоги врахувати форму циклона, а розглядае тшьки рух частинки пилу у його цилшдричнш частит.
Залежшсть гiдравлiчного опору циклона вщ глибини занурення вих-лопно! труби та висоти цилшдрично! частини апарата.
Розглянемо вплив глибини занурення вихлопно! труби та висоти ци-лшдрично! частини циклона на гiдравлiчний ошр апарата на основi матема-тично! моделi, яку наведено у робот [2]. Числовий аналiз розв'язку задачi проводився за таких значень параметрiв: геометричнi розмiри циклона (рис. 1; а, б, табл. 1); густина пов^я рп=1,3 кг/м , густина твердо! частинки рч=700 кг/м ; початкова швидюсть повггряного потоку - вiдповiдно до моделi циклона; температура повiтряного потоку Т0 = 20 °С; статичний тиск на вихо-дi з вихлопно! труби циклона дорiвнюе атмосферному.
На рис. 3; а, б наведено залежшсть гiдравлiчного опору циклона вщ глибини занурення вихлопно! труби. Зi збiльшенням значення Нз гiдравлiчний ошр сепаратора зростае. Для циклона ЦН-15 характер залежност е квадра-тичним, а для УЦ-38 - лшшним.
Така змiна параметрiв циклона в разi змiни глибини занурення вих-лопно! труби вiдповiдае вiдомим результатам експерименлв [3-6]. При цьому для кожно! конструкци е свое оптимальне значення (Нзо) глибини занурення вихлопно! труби. За зростання значення Нз вщ 0 до Нзо ефектившсть процесу очищення повiтряного потоку вщ пилу зростае. У разi подальшого занурення вихлопно! труби к.к.д. апарата буде знижуватися. Залежшсть гiдравлiчного опору циклона вщ висоти цилшдрично! частини за рiзних значень глибини занурення вихлопно! труби представлено на рис. 4; а, б.
Рис. 3. Залежшсть гiдравлiчного опору циклона eid глибини занурення
вихлопноИ труби
Рис. 4. Залежшсть гiдравлiчного опору циклона eid висоти цилшдрично'1 частини
Глибина занурення вихлопног труби (мм): Глибина занурення вихлопног труби 56 (крива 1); 116 (крива 2); 216 (крива 3); (мм): 150 (крива1);200 (крива 2); 225 316 (крива 4); 416 (крива 5); 516 (крива 6) (крива 3); 300 (крива 4); 350 (крива 5)
Збшьшення висоти цилшдрично! частини циклона приводить до змен-шення його гiдравлiчного опору. На перший погляд, ми отримали дещо нес-подiваний результат. З одного боку, збшьшення значення Нц приводить до збшьшення аеродинамiчного шляху, який проходить повпряний потж у цик-лош, а значить - гiдравлiчний отр апарата мав би зростати. Результати роз-рахунюв свщчать про протилежне. Можна припустити, що причини тако! змши гiдравлiчного опору циклона можна пояснити змшою напряму руху по-вггря та наявнiстю вторинних потокiв у циклош. Перехiд зовнiшнього вихору циклона у внутршнш вщбуваеться не тшьки у конiчнiй частинi циклона, але й у цилiндричнiй. Тому зменшення простору, в якому проходить такий поворот, приводить до зростання гiдравлiчного опору апарата. Залежшсть значення АР циклона вщ вщстат HV (рис. 1) кшця вихлопно! труби до початку ко-шчно! частини на основi розроблено! моделi показано на рис. 5; а, б. Отрима-нi результати повшстю пiдтверджують висунуте припущення. Тому можна стверджувати, що визначальний вплив на гiдравлiчний опiр циклона мае
проспр, який розмщений нижче вiд вихлопно! труби. Збшьшення значення Ну приводить до зниження гiдравлiчного опору циклона. Для циклона ЦН-15 (рис. 5 а) значення АР знижуеться в разi зростання Ну вiд 0 до 600 мм, а дай залишаеться сталим. Для циклона УЦ-38 - вщ 0 до 400 мм. Для циклона ЦН-15 залежшсть гiдравлiчного опору циклона вiд геометричних характеристик апарата мае квадратичний характер, тодi як для УЦ-38 - лшшний.
Рис. 5. Залежшсть гiдравлiчного опору циклона вiд вiдстанi Ну
Графж залежност гiдравлiчного опору циклона УЦ-38 вщ глибини за-нурення вихлопно! труби за швидкостi потоку повггря у вхiдному патрубку 20 м/с (рис. 6). З рис. видно, що лшшний характер залежност збер^ся. Квад-ратичним вiн може стати тшьки в разi збшьшення висоти цилшдрично! час-тини, що для кошчного циклона е нехарактерним. На рис. 7 представлено залежшсть гiдравлiчного опору циклона вщ глибини занурення вихлопно! труби для циклона ЦН-15 за рiзних значень висоти цилшдрично! частини. Для значень Нц - 250, 350, 450 мм (рис. 7 кривi 1-3) характер залежност можна вважати лшшним. За подальшого зростання Нц вш стае квадратичним.
100 .200 300 400 500
Висота ЦИЛ1НДрИЧН01 частини циклона, мм Рис. 6. Залежшсть гiдравлiчного опору циклона УЦ-38 вiд висоти ци лЫдричноХ частини за швидкостi потоку повтря у вхiдному патрубку 20 м/с
0 100 200 300 400 500 600 700
Глибина занурення вихлопно'1 труби, мм Рис. 7. Залежшсть гiдравлiчного опору циклона вiд глибини занурення вихлопно'1 труби за таких значень висоти цилшдричноI частини циклона: крива 1 - 200 мм; 2 - 250 мм; 3 - 300 мм; 4 - 350 мм;
5 - 400 мм; 6 - 450 мм; 5 - 500 мм
Висновки. Отримаш результати розширюють бачення процесу очи-щення повггряного потоку в циклонах i дають змогу зробити таю висновки: 1. Збшьшення значення висоти цитидрично! частини циклона приводить до зниження пдравл1чного опору апарата. При цьому ефективтсть зрос-тае до певного значення, тсля чого починае дещо знижуватися.
2. Визначальний вплив на гiдравлiчний onip сепаратора мае npocTip, який poзмiщений нижче вiд вихлопно! труби.
3. Збшьшення значення глибини занурення вихлопно! труби циклона приводить до зростання його гiдpавлiчнoгo опору.
4. Ефективтсть процесу очищення noвiтpя в pазi зростання значення Ьз тдвишуеться до певного значення, характерного для кожно! окремо! конструкци апарата, niсля чого починае знижуватися.
Характер залежнoстi гiдpавлiчнoгo опору циклона вiд значень висоти цилшдрично! частини i глибини занурення вихлопно! туби залежить вiд конструкци циклона i може бути як лшшним, так i квадратичним. Вш не залежить вiд швидкост потоку noвiтpя у вхiднoму патрубку, але залежить вiд висоти цилшдрично! частини апарата.
Лггература
1. Лютий С.М. Моделювання руху частинки деревного пилу в циклонах з фшьтруваль-ною зовшшньою стшкою / С.М. Лютий, Л.О. Тисовський, А.В. Ляшеник // Машинознавство -Льв1в : Вид-во "Проба-Р", 2005. - № 8. - С. 42-44.
2. Побудова математично! модел1 для задач1 про рух пов1тря в циклош / Л.О Тисовський, Л.М. Дорундяк, А.В. Ляшеник та ш // Всеукра!нський науково-техшчний журнал ППП 2 (28), 2010. - С. 57-62.
3. Циклони в деревообробнш промисловосп : монограф1я / С.М. Лютий, Л.О. Тисовський, Ю.Р. Дадак, А.В. Ляшеник. - Льв1в : Редакщя журналу "Укра!нський паачник", 2009. - 148 с.
4. Банит М.И. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов / М.И. Банит, А.Д. Мальгин. - М. : Изд-во "Стройиздат", 1979. - 351 с.
5. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха / А.И. Пирумов. - М. : Изд-во "Стройиздат", 1981. - 296 с.
6. Ter Linden A. Investigation into cyclone Dust Collectors / A. Ter Linden // Proc. Inst. Mech. Eng., 1949. - P. 160-233.
Ляшеник А.В., Тисовский Л.О., Дорундяк Л.М., Дадак Ю.Р. Влияние высоты цилиндрической части и глубины погружения выхлопной трубы на характеристики циклона
Исследовано влияние геометрических размеров цилиндрической части циклона и глубины погружения выхлопной трубы на основные эксплуатационные характеристики аппарата на основе теоретических и экспериментальных исследований. Сравнены полученные результаты с известными теориями пиловловлення.
Lyashenyk A.V., Tysovskyy L.O., Dorundyak L.M., Dadak Yu.R. About influence of height of cylinder part and depth of immersion of an exhaust pipe on descriptions of cyclone
The basis of theoretical and experimental research of influence of geometric dimensions of the cylindrical cyclone and depth of immersion to the main exhaust pipe performance vehicle described in this paper. Comparison of results with known theories of dust collecting are shown in this paper. _
УДК 674.048 Доц. Ю.М. Губер, канд. техн. наук; асист Ж.Я. Гуменюк;
В.В. Стародуб - НЛТУ УкраХни, м. ЛьвЬв
ЗАКОНОМ1РНОСТ1 ЗМ1НИ Ф1ЗИКО-МЕХАН1ЧНИХ ВЛАСТИ-ВОСТЕЙ ДЕРЕВИНИ АКАЦП В ПРОЦЕС1 ПРОПАРЮВАННЯ
Наведено методику та результати експериментальних дослщжень змши фiзико-мехашчних властивостей деревини акацп в процеС пропарювання. Отримано мате-
