Диссертация по предмету: Экология (Пример)
Содержание
В первой главе выполнен обзор проблемы пылеулавливания на промышленных предприятиях. Рассмотрены наиболее распространенные среди центробежных уловителей – циклонные аппараты, особенности аэродинамических процессов и особенности движения пылевой смеси внутри аппаратов. А так же приведены варианты размещения циклонных аппаратов в аспирационной системе.
Проанализировав существующие конструкции циклонных пылеуловителей, и варианты их установки можно сделать следующие выводы:
1. Постоянное совершенствование циклонных пылеуловителей привело к созданию весьма широкого ряда конструкций данных аппаратов, которые можно разделить на возвратнопоточные циклоны, прямоточные циклоны и вихревые пылеуловители.
2. Прямоточные циклоны рационально использовать при пониженных требованиях к эффективности очистки газов, для улавливания крупнодисперсной пыли и минимизации энергетических затрат на проведение процесса.
3. Вихревые пылеуловители имеют наиболее высокую эффективность улавливания тонкодисперсной пыли, однако они более сложны конструктивно. Их применение оправданно при улавливании пыли с большим содержанием мелкой фракции.
4. Наибольшее распространение в качестве сухих механических пылеуловителей получили циклоны, среди которых наиболее универсальными являются циклоны ЦН-15, обладающие достаточно высокой эффективностью очистки при умеренном гидравлическом сопротивлении, но все же для каждого конкретного цеха и типа улавливаемой пыли необходимо подбирать индивидуальный вид циклона и способ его включения в аспирационную систему.
Во второй главе приведены описание экспериментальной установки, методы исследования и техника эксперимента.
С целью исследования аэродинамических характеристик аппаратов были использованы высокоточные дифференциальные микроманометры Testo 521-1, карманный анемометр с крыльчаткой Testo 410-2 и трубки Пито.
В третьей главе представлены результаты проведенных экспериментов.
Для определения влияния формы циклона и бункера на эффективность пылеулавливания исследуемых циклонных аппаратов на установке был проведён следующий опыт. На вход циклонных аппаратов подавалась смесь воздуха с материалами различной грануляции — древесные опилки. Предварительно проба сушилась для удаления влаги. Размеры фракций определялись с помощью ситового анализа. В результате материал разделяется на фракции, в каждой из которых частицы незначительно различаются размерами. (Рис. 22, таблица
2. При просеивании часть материала, размеры частиц которого меньше размера отверстий d, проходит через сито, а остальная часть с более крупными частицами остается на сите.
Далее фракции взвешивались с помощью лабораторных электронных весов (погрешность измерения 0,001) и подавались в циклон через дозатор. Фиксировались моменты времени, когда происходил выброс сыпучего материала из выходного патрубка циклона при одинаковом значении расхода подаваемого воздуха Q= 27 м 3/ч (V=11 м/с).
Далее измерялась масса опилок в бункере и рассчитывался коэффициент пылеочистки:
η= (mвх – mвых)/mвх* 100%,
где mвх, mвых – концентрация пыли на входе и в бункере аппарата.
Для доказательства более высокой эффективности улавливания пыли коническим аппаратом по сравнению с цилиндрическим были проведены серии экспериментов (повторяемость опыта 10-15 раз) в широком диапазоне размеров частиц пыли от
4. мкм до 3000 при расходе 27м 3/ч. Эффект пылеулавливания чётче прослеживается при частицах размером от
7. до
31. мкм. Также были проведены эксперименты с электокорундом и песком, доказывающую лучшую эффективность конического циклона. Экспериментальные исследования показали, высокую эффективность улавливания электрокорунда и песка (от
6. мкм) по сравнению с древесной пылью.
Были проведены исследования высоты погружения патрубка на эффективность пылеулавливания в диапазоне частиц от
4. до
31. мкм, показавшие что с увеличением глубины погружения выхлопного патрубка, при одних и тех же значениях скоростей, значения изменения сопротивления циклона у конического аппарата больше чем у цилиндрического, наиболее четко данный эффект просматривается при скоростях 15-20 м/с.
Для измерения давлений и скоростей движения воздуха в воздуховодах (каналах) должны быть выбраны участки с расположением мерных сечений на расстояниях не менее шести гидравлических диаметров Dh, м за местом возмущения потока (отводы, шиберы, диафрагмы и т. п.) и не менее двух гидравлических диаметров перед ним.
В нашем случае диаметр патрубка составляет
5. мм, следовательно точки измерения будут находится на расстоянии 0,12D от стенки патрубка.
Из полученных данных сделан вывод, что в центре выходных патрубков образуется разряжение. Это явление объясняется вихреобразным потоком не только в теле циклона, но и на выходе, при котором давление распределяется по периферии вихря.
В четвертой главе описана инженерная методика расчёта ЦОК с регулируемыми параметрами, примерный расчет ЦОК для групповой системы очистки пыли в деревообрабатывающем цехе и компьютерное моделирование циклонных аппаратов.
По результатам расчетов была создана трехмерная модель циклона с обратным конусом вместе с бункером в среде SolidWorks.
Граничные условия:
На входе во впускной патрубок была задана скорость 20 м/с.
На выходе из выхлопного патрубка было задано значение атмосферного давления.
На стенках циклона была задана шероховатость поверхности, равная
1. мкм.
В пятой главе представлено описание патента полученного га циклон с обратным конусом и регулируемыми параметрами.
На данный момент получен патент РФ № 2506880 от 20.02.2014. Пылеулавливатель /Месхи Б.Ч., Михайлов А.Н., Булыгин Ю.И., Алексеенко Л.Н., Денисов О.В., Панченко О.С. в котором был предложен пылеулавливатель с обратным конусом и регулируемыми параметрами. Пылеулавливатель обладает существенными достоинствами по сравнению с аналогичными аппаратами, имеющими цилиндрический и конический корпус и пылесборники для удаления улавливаемой пыли.
Выдержка из текста
На машиностроительных и деревообрабатывающих предприятиях России инерционные центробежные пылеуловители являются основным оборудованием для отделения воздуха от пыли в аспирационных и пневмотранспортных системах. Весьма актуальными являются исследования, направленные на поиск методов и способов повышения эффективности работы систем аспирации, в том числе за счёт совершенствования самой системы очистки воздуха. При повышении степени предварительной очистки (циклонными аппаратами) становится более эффективной работа тканевых фильтров, осуществляющих окончательную доочистку газов.
В настоящее время нет единого критерия для выбора оптимальной формы циклонов, однако в конструкциях наиболее современных циклонов все четче проявляется тенденция развития конусной части. Между геометрической формой циклонов и их эффективностью существует целый ряд связей, которые проявляются через сложную аэродинамику течений, возникающих в этих аппаратах.
Выявление и исследование связи конструктивных параметров циклонных аппаратов c их аэродинамическими характеристиками и эффективностью пылеулавливания становится ключевой научной задачей.
Поэтому данная диссертация является весьма актуальной, особенно для последующего практического применения её результатов в технике обеспыливания.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности процесса пылеулавливания отходящих газов технологических процессов, за счёт создания усовершенствованных конструкций центробежных инерционных пылеуловителей, предусматривающих возможность регулирования конструктивных параметров в зависимости от свойств и характеристик пылевоздушной среды.
Для достижения поставленной цели предполагается решить следующие задачи:
1. Исследовать влияние конструктивных особенностей циклонных аппаратов на их аэродинамические характеристики и эффективность пылеулавливания с целью улучшения аэродинамических свойств циклонных аппаратов разной формы за счет оптимального подбора их конструктивных параметров на стадии проектирования.
2. На основе анализа конструкций циклонов разработать пылеуловитель не цилиндрической формы c регулируемыми параметрами и саморазгружаемым бункером.
3. Провести математическое и компьютерное моделирование аэродинамических процессов внутри аппарата и экспериментально исследовать эффективность пылеуловителя не цилиндрической формы, установить закономерности процесса пылеулавливания на основе аэродинамической структуры газового потока.
4. Разработать инженерную методику расчёта и выбора конструктивных параметров циклона с обратным конусом и с регулируемыми параметрами.
5. Наметить пути дальнейших исследований.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
- выявлены изменения давления и скорости движения воздуха в разных точках по сечениям входных и выходных патрубков циклонов исследуемых форм при различных отношениях диаметра выхлопного патрубка к диаметру всего аппарата при разной производительности;
- полученные поля скоростей и давлений позволят более корректно определить коэффициенты гидравлического сопротивления исследуемых циклонных аппаратов;
- предложена стандартная k- модель турбулентности, описывающая аэродинамические процессы в циклонных аппаратах, реализованная в программном обеспечении SolidWorks Flow Simulation (COSMOSFloWorks);
- установлено, что конструкция пылеуловителя не цилиндрической формы (циклон с обратным конусом (ЦОК)) с регулируемыми геометрическими параметрами позволяет более эффективно проводить процесс очистки пылевоздушного потока в сравнении с цилиндрическими традиционными циклонами.
- найдены оптимальные соотношения объёмов рабочей части ЦОК и бункера, а также отношения глубины погружения выхлопного патрубка к высоте рабочей части аппарата, при которых повышается эффективность пылеочистки до 99 %.
Практическая ценность работы:
- усовершенствована конструкция циклона как важного элемента аспирационной системы для обеспечения эффективности очистки от пыли;
- разработана инженерная методика расчёта циклона с обратным конусом и выбора его конструктивных параметров для последующего проектирования.
Список использованной литературы
Основные положения магистерской диссертации отражены в 5-ти работах:
1. Ю.И. Булыгин, Л.Н. Алексеенко, А.Н. Легконогих, А.А. Абузяров Исследование улучшения технологии обеспыливания воздуха, за счет усовершенствованных конструкций циклонных аппаратов // Материалы научно-практической конференции Южного федерального округа, 2014/ КубГМУ, г. Краснодар
2. Ю.И. Булыгин, А.А. Абузяров, А.Н. Ситников Улучшение технологии пылеулавливания инерционными аппаратами сухой очистки за счет совершенствования конструктивных решений // Материалы научно-практической конференции «Актуальные проблемы техники и технологии», 2014/ ИСОиП (филиала) ДГТУ, г. Шахты
3. Ю.И. Булыгин, А.Н. Легконогих, Д.А. Корончик, А.А. Абузяров Применение стандартной К-Ɛ модели турбулентности к описанию аэродинамических процессов внутри циклонных аппаратов // Материалы научно-практической конференции «Актуальные проблемы техники и технологии», 2014/ ИСОиП (филиала) ДГТУ, г. Шахты
4. Булыгин Ю. И., Абузяров А. А., Панченко О. С. Взаимосвязь конструктивных параметров циклонных аппаратов с их аэродинамическими свойствами и эффективностью пылеулавливания // ХХ Международная научно-практическая конференция “Экология и жизнь”: г. Пенза, май, 2012.
5. Булыгин Ю. И., Абузяров А. А. Панченко О. С. Зависимость между аэродинамическими свойствами циклонов и эффективностью улавливания пыли // Техносферная безопасность, надежность, качество, энерго- и ресурсосбережение: сб. ст./ РГСУ.- Ростов н/Д, 2012.
