CC BY
54
УДК 621.928.9
НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ЦИКЛОННЫХ АППАРАТОВ
Агарков Александр Михайлович
Ассистент кафедры Подъемно-транспортные и дорожные машины Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова,
Россия, город Белгород
Аннотация: Развитие многих отраслей производства в сочетании с задачами рационального использования ресурсов часто оказываются тесно связанными с проблемой разделения пылесодержащих потоков. Актуальность ее решения возрастает с повышением территориальной концентрации промышленных предприятий и увеличением их единичных мощностей.
Ключевые слова: Центробежные аппараты, циклон, раскручивающее устройство, гидравлическое сопротивление.
DIRECTIONS PERFECTION OF THE CYCLONE APPARATUS
DESIGN
Aleksandr M. Agarkov
Assistant of the сhair" Hoist transport and road machines" Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov Russia, the city of Belgorod
Abstract: The development of many industries in conjunction with the objectives of sustainable use of resources are often closely linked with the problem of the separation of dusty flows. The urgency of its solution increases with increasing spatial concentration of industrial enterprises and an increase in their individual capacities.
Keywords: The centrifugal apparatus, cyclone swirling device, the flow resistance.
Производства строительных материалов (ПСМ) представляют собой сложные технологические процессы, сопровождающиеся выделением больших количеств полидисперсной пыли. Характерно, что в целом по ПСМ наибольшее количество выбросов пыли приходится на переделы и участки стадии подготовки и переработки сырьевых компонентов, что в свою очередь приводит к значительным материальным потерям.
ПСМ является одной из основных пылевыделяющих отраслей промышленности страны [1]. Пылеунос - это безвозвратные потери высококачественного сырья и готового продукта, которые отрицательно сказываются на себестоимости конечного продукта.
В результате анализа технической и патентной литературы выявлены основные направления совершенствования конструкций центробежных аппаратов, результаты представлены на рис. 1.
Процесс пылеочистки в циклоне можно разделить на следующие этапы: закрутка потока, концентрирование и вывод частиц из сепарационной зоны, формирование слоя в приемнике, удаление уловленного материала из приемника [2, 3, 4, 5]. Нарушение любого из этапов процесса приводит к нарушению работы аппарата в целом.
■ 1 ■ 2
■ 4
■ 5
3
Рис. 1. Распределение основных направлений совершенствования центробежных аппаратов
Центробежные процессы и аппараты развиваются в нескольких направлениях, одно из которых направлено на максимальное использование энергии закрученного потока или энергии вихря. Общие затраты энергии на преодоление сил гидравлического сопротивления потоку в циклоне условно можно представить как сумму затрат энергии на ввод потока, выход через разворот, трение и создание крутки [6]. Основная часть энергии в циклонной камере затрачивается для создания вихревого движения, т.е. крутки. Степень аэродинамического совершенства циклонной камеры принято характеризовать отношением удельной энергии крутки к разности давлений на входе и выходе из камеры.
В работе [7] потери полного давления определяются как сумма потерь в тангенциальном входном канале, потерь в основном объеме камеры и на выходе. «Входные» потери зависят от концентрации частиц и типа подвода потока. Сопротивление самой камеры зависит от размера входного канала, его конфигурации, схемы работы камеры (прямоток, противоток). По результатам обобщения экспериментальных исследований [7] сделан вывод о том, что сопротивление камеры в большей степени определяется потерями давления в ее выходной части. Так, например, уменьшение относительного диаметра выхода от 0,45 до 0,3 при прочих равных условиях дает почти двукратное увеличение сопротивления. Для противоточных циклонов сопротивление в два раза выше чем для прямоточных, т.к. в первых происходит и - образное движение, т.е. газы проходят поперечное сечение дважды с поворотом потока на 180 градусов и со скоростями, много большими, чем при однократном проходе через камеру прямоточного циклона.
Для снижения энергетических затрат на очистку газа в циклонах НИИОГаза типа ЦН-15, ЦН-15У и ЦП-24 применяют раскручивающие устройства, позволяющие перераспределить составляющие скорости потока и уменьшить поперечную циркуляцию в выходной трубе. Наиболее благоприятные результаты от применения раскручивающих устройств получаются при их использовании в циклонах типа ЦН-15 и ЦН-24. В последнем случае использование раскручивателей не только даст возможность снизить энергетические затраты, но и позволяет на 2—3% увеличить степень очистки. В высокоэффективных циклонах с малым диаметром выходной трубы использование раскручивающих устройств не дает эффекта. В этих аппаратах основные гидравлические потери на выходе связаны с высокой осевой скоростью потока. Использование раскручивателей, препятствующих движению потока, может вызвать увеличение гидравлического сопротивления.
В работе [8] дан достаточно подробный анализ использования раскручивающих устройств оригинальной конструкции. Исследования гидравлического сопротивления проводились в соответствии с рекомендованной НИИОГАЗом методикой [9] на не запыленном атмосферном
воздухе при температуре 20°С на циклоне ЦН-15, изготовленном из оргстекла, с внутренним диаметром 0,24 м.
Для одиночных циклонов и групповых используют винтолопастные раскручиватели, устанавливаемые внутри выхлопных труб без каких-либо изменений в конструкции аппарата. В цементной промышленности некоторое распространение получили циклоны Крейзеля. По эффективности такие циклоны приближаются к циклонам ЦН-11 и уступают коническим циклонам типа СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34. Для очистки больших объемов газа за рубежом некоторое распространение получили циклоны с осевыми вставками. Для снижения гидравлического сопротивления за счет уменьшения скорости вращения потока на выходе из выходной трубы используют винто-лопастной раскручиватель, а внутри вставки - диффузор.
Несмотря на известные исследования раскручивающих устройств, также существуют конструкции аппаратов, использующих устройства увеличивающие общую степень закрутки потока в циклоне. Так промышленные установки теплообменных циклонов фирмы "АТес"[10] показывают существенный рост эффективности, в результате модернизации выходного патрубка циклона путем установки внутри патрубка закручивающего устройства. Автор утверждает, что применение данной конструкции выходного патрубка позволяет снизить гидравлическое сопротивление на более чем 10%, а также повысить степень пылеулавливания.
Список литературы:
1. Коузов П.А., Мальгин А.Д., Скрябин Г.М. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности. - Л.: Химия, 1982. - 256 с.
2. Прокопенко В.С., Шарапов Р.Р., Агарков А.М., Шарапов Р.Р. Оптимизация работы оборудования для получения тонкодисперсных порошков // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. №1. С. 8083.
3. Харламов Е.В., Шарапов Р.Р., Шаптала В.Г., Шаптала В.В. Моделирование процесса разделения в магнитно-аэродинамическом сепараторе // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. №4. С. 9195.
4. Агарков А.М. Совершенствование аспирационных систем // Теоретические и прикладные вопросы науки и образования: сб. научн. трудов Междунар. науч.-практ. конф., (Тамбов 31 янв. 2015 г.), Тамбов: Изд-во ООО «Консалтинговая компания Юком», 2015. Ч.5. С. 14-15.
5. Романович А.А., Харламов Е.В.. Строительные машины и механизмы: лабораторный практикум. Белгород: Изд-во БГТУ, 2008. 145 с.
6. Агарков А.М., Шарапов Р.Р., Бойчук И.П., Прокопенко В.С. Гидравлическое сопротивление концентратора // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. №6. С. 160-163.
7. Чалов В.А. Патент на полезную модель 106147. РФ, МПК В04С 5/12. Циклон /В.А. Чалов, Л.А. Кущев, В.Г. Шаптала. Опубл. 10.07.2011. 5с.
8. Чалов В.А. Теоретическое обоснование конструктивного совершенствования центробежного пылеуловителя // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. №4. С. 68-70.
9. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1975. - 559 с.
10. Гупта А., Лили Д., Сайред Н. Закрученные потоки. - М.: Мир, 1987. - 588 с.
