Промислова екологія - Апостолюк C.O. - 3.6.3. Аеродинамічний розрахунок пиловловлювачів

Аеродинамічний розрахунок зводиться до визначення: опору тертя АРТ , що виникає в колекторах і повітроходах; місцевих опорів АРМ; опору фільтрувальної перегородки АРп.

Опір тертя або гідравлічні втрати на тертя, спричинене в'язкістю пилоповітряного середовища, є результатом обміну кількості руху між окремими частинками сусідніх шарів пилоповітряної суміші, що рухається з різною швидкістю.

Опір, спричинений тертям, визначається за формулою

Де £гр ~ коефіцієнт опору тертя, для повітроходів; о)вя — швидкість пилоповітряного потоку у вхідному патрубку, м/с; рв — густина запиленого повітря, г/см3.

Коефіцієнт опору тертя для повітроходів визначається за формулою

де X — коефіцієнт місцевого опору тертя, залежить від числа Рейнольда та ступеня шорсткості стінок повітроходів; / — довжина дільниці, м; ЭГ — гідравлічний діаметр повітроходу, для прямокутного перерізу визначається за формулою

де а, Ь — довжини та ширина прямокутного повітроходу, м.

Коефіцієнт місцевого опору тертя визначається за формулою [19]

де д — відношення середньої висоти виступів на стінах труб до діаметра зварювальних вживаних труб (висота виступів 0,15— 0,20 мм).

Втрати тиску на подолання місцевих опорів розраховують за формулою

де § — коефіцієнт місцевого опору.

Слід зазначити, що місцеві гідравлічні втрати тиску виникають на вході потоку в камеру запиленого повітря і на виході з камери очищеного повітря у збірний колектор, а також при проході повітряного потоку через запірні пристрої. Найбільш поширені варіанти вхідних патрубків наведені на рис. 3.43.

При вільному виході з прямої труби та рівномірному розподілі швидкостей потоку (рис. 3.43, а) коефіцієнт опору %м = 1,0. При несиметричному розподілі потоку, спричиненого особливостями входу повітряного потоку (рис. 3.43, б), коефіцієнт опору збільшується до 1,6—3,6. При виході повітряного потоку з дифузора

Рис. 3.43. Основні варіанти вхідних патрубків рукавних пиловловлювачів: а — циліндричний патрубок; б — патрубок з несиметричним виходом струменя; в — патрубок-дифузор

прямокутного або квадратного поперечного перерізу (рис. 3.43, в) значення коефіцієнта опору визначають із табл. 3.12.

При відведенні повітряного потоку з камери очищеного повітря створюється гідравлічний тиск. Коефіцієнт §м на вході для круглих і квадратних патрубків, встановлених на рівні стінок камери, становить 0,5—0,55. У випадку, коли патрубок входить у середину камери більше, ніж на 0,5 2), коефіцієнт ^м збільшується до 1. Суттєвий вплив на гідравлічний тиск фільтрувальних установок мають запірні пристрої.

Таблиця 3.12. Значення коефіцієнта місцевого опору при виході повітряного струменя із патрубка-дифузора

Гідравлічний тиск тарілчастих клапанів при 0,125 < Н/й < 0,4 можна визначити за формулою [19]

де Л — висота підіймання клапана, м; В0 — діаметр тарілки клапана, м.

Для забезпечення мінімального опору підняття тарілки клапана повинне відповідати відношенню Л/і)0 > 0,36-—0,4. Гідравлічний опір дросельних заслонок значно менший. При розрахунках кут відхилення заслонки приймають до 5°. В цих умовах коефіцієнт опору для круглих заслонок досягає %м = 0,24, для прямокутних ^м = 0,28.

Повну втрату тиску (Па) в корпусі пиловловлювача без урахування впливу фільтрувальної перегородки розраховують сумуванням втрат на окремих ділянках

У круглих пиловловлювачах для рівномірного розподілу повітряного потоку на секції, відведення очищеного повітря використовують роздавальні та накопичувальні колектори, з яких подається повітря в розгалужені гілки.

Ступінь рівномірності розподілу потоку повітря в бічні розгалуження залежить від так званого узагальнюючого критерію характеристики колектора А, запропонованого I.E. Ідельчиком [19]:

де у = 2^5р(м /^Іпах ~" відношення сумарної площі перерізів усіх бічних розгалужень до максимальної площі перерізу колектора; ц — коефіцієнт витрати повітряного потоку через колектор, що є функцією загального коефіцієнта опору бічного розгалуження; £ — коефіцієнт опору всього розгалуження, що включає опір всіх прилеглих до нього дільниць, апаратів та інших пристроїв, приведених до середньої швидкості в бічному розгалуженні и>б; коя — коефіцієнт опору колектора, приведений до початкової швидкості колектора (визначається за формулою (3.53)).

Величину узагальнюючого критерію визначають за графіком (рис. 3.44).

Рис. 3.44. Залежність роботи колектора А від величини допустимої швидкості відхилення роздавального і збирального колекторів

Послідовність розрахунку розмірів роздавальних і збиральних колекторів. Задають допустимі відхилення швидкості течії повітряного потоку із бічних розгалужень:

— для роздавального колектора:

— для збирального колектора:

За значеннями АШтах і Дй^,- з графіка рис. 3.44 знаходять значення: А1 — для роздавального колектора; А2— для збирального колектора; А3 — для спареного П-подібного колектора; А4 — для спареного Z-пoдiбнoгo колектора.

Знаючи кількість і розмір розгалужень, коефіцієнт опору пиловловлювача £оп, приведений до швидкості в боковому розгалуженні, а також величину узагальнюючого критерію А, можна розрахувати сумарну площу перерізів всіх бічних розгалужень:

— для роздавального колектора:

Де ^роз. ~ площа бічних розгалужень, м2; Рн — номінальна площа бічних розгалужень, м2;

— для збирального колектора:

— для спареного П-подібного колектора (напрям потоків в обох колекторах протилежний):

— для спареного г-подібного колектора (напрям потоків в обох колекторах однаковий):

де к2 і /г3 — поправні коефіцієнти (для роздавального колектора з п'ятьма і більше розгалуженнями приймають 1,12; для збирального — 1,02; при кількості розгалужень менше п'яти — відповідно 1,3 і 1,22).

Е % ^ — коефіцієнти опорів бічних розгалужень, що включають безпосередньо опір пиловловлювача ^ап, визначають за формулами:

де уа — площа поперечного перерізу вихідної дільниці за очисною установкою, м2, £ — коефіцієнт опору всієї дільниці розгалуження, крім очисної установки (пиловловлювача).

Встановлено, що найбільш рівномірний розподіл витрат повітряних потоків досягається роздавальними колекторами змінного перерізу, яким і слід надавати перевагу.

Для розрахунку гідравлічного опору пиловловлювача зі збиральним колектором рекомендують користуватися схемою, наведеною на рис. 3.45.

Рис. 3.45. Розрахункова схема збирального колектора рукавного пиловловлювача

Коефіцієнт гідравлічного опору пиловловлювача £оп, приведеного до швидкості на вході із колектора, прирівнюється до коефіцієнта гідравлічного опору системи зі збиральним колектором

оа розрахунковими значеннями А2 і к' з табл. 3.13 визначають коефіцієнт гідравлічного опору системи із збиральним колектором.

Таблиця 3.13. Значення коефіцієнта гідравлічного опору системи зі збиральним колектором при відношенні його перерізів

Коефіцієнт гідравлічного опору пиловловлювача з роздавальним колектором прирівнюється до коефіцієнта гідравлічного опору системи з роздавальним колектором який при відношенні к = 1 - ЯкІ1?н від 0 до 0,3 визначається:

На гідравлічний опір пилоочисних установок суттєво впливає швидкість повітряного потоку, від якої залежить ефективність осідання пилу на стінках повітроходів. Зазвичай швидкість потоку приймають у межах до 13—15 м/с. За наявності дуже крупного пилу з медіанними діаметром частинок 25 мкм і більше швидкість приймають 18—20 м/с. Для транспортування очищеного повітря, що містить не більше 10 мг/м3 пилу, швидкість у збиральних колекторах і відвідних патрубках з гідравлічним діаметром до 800 мм приймають у межах 7—8 м/с. При збільшенні гідравлічного діаметра до понад 1000 мм швидкість запиленого повітря зростає до 10—13 м/с [19].

При проектуванні нових пиловловлювачів з тарілчастими клапанами, що працюють на пневмоприводі, важливим є визначення розмірів пневмоциліндрів. Діаметр пневмоциліндрів залежить від зусиль, що прикладають для підняття клапанів. Найбільше зусилля необхідно прикладати під час відривання тарілки клапана від сідла. При цьому на тарілку клапана діє різниця тисків повітря в камері очищеного повітря і в збиральному колекторі або у роздавальному колекторі продувального повітря.

Величину зусиль при підійманні клапанів визначають за формулами:

— для випускного клапана:

— для продувального клапана, при закритому випускному:

де І)в, 2)п — внутрішні діаметри сідел відповідно випускного і продувального клапанів, м; &РКоУ &Рдх, &Рд/і — гідравлічні опори відповідно випускного клапана, вхідної дільниці та зовнішньої мережі перед пиловловлювачем, Па; &РКМ, &Рдх, ДРвн — надлишковий тиск або розрідження в роздавальному колекторі продувального запиленого повітря Па; Ск, Ск — маса рухомих частинок відповідно випускного та продувального клапанів; к" — коефіцієнт, що враховує опір тертя (приймають залежно від якості виконання клапанів — 1,2—1,3); g — прискорення земного тяжіння, м/с2.

Діаметр пневмоциліндрів визначають за формулами: — для випускного клапана:

— для продувального клапана:

де Рст — надлишковий тиск стиснутого повітря, МПа; д, — діаметр потоку, м.

Хід поршня в пневмоциліндрі визначають за формулою

де Ио — внутрішній діаметр сідла клапана, м.