Файл: Пирумов, А. И. Обеспыливание воздуха.pdf

влиянием сил инерции; при R*<R 1 частица выносится в осевой поток.

Рассмотрим вход частицы в циклон ( t= 0, R=Ro). Как видно из рис. III.8, радиальная составляющая скорости d R /d t= 0. Тог­ да из уравнения (III.6) следует, что в зависимости от размера

частицы могут двигаться к наружной стенке (т>Ф/ш? , см. рис. Ш.8,а) или, наоборот, сноситься к оси вращения (т<Ф /шо, см. рис. Ш.8,б). Из рис. III.8, где схематично показаны также контуры циклона, видно, что для соприкосновения частицы со стенкой в обоих случаях необходимо соблюдение условия R

>Ri.

На рис. III.8 показана также качественная картина изменения первых трех производных радиуса R, из которой следует, что значению R * соответствуют dR/dt=d3R/dt3— О,

Рис. II 1.8. Качественная картина изменения величины R и ее производ­

ных

Продифференцировав уравнение (III.в) и введя в него и в по­ лученное дифференциальное уравнение третьего порядка эти зна­ чения, получим:

Если принять R*=R2 >получим связь между аэродинамичес­ кими и геометрическими параметрами циклона и размером час­ тиц, улавливаемых с эффективностью 100%:

109

Если частица оказывается на расстоянии R* в начальный пе­ риод движения, т. е. при (* <Ст, например в случае крупных час­ тиц и Ro> R m, то kt — WoRo (3w0Ro—2k), а при /*>т, например

При определении стока Ф следует учитывать, что он неодина­ ков в цилиндрической и конической частях циклона.

Влияние стока Фц сказывается на всей протяженности траек­ тории частиц в циклоне, поэтому основное дифференциальное уравнение движения частиц (III.6) несколько меняет свой вид. Пользуясь интегралом Дирихле, его можно представить следу­ ющим образом:

Учитывая, что на входе в цилиндрическую часть циклона часстицы распределены по сечению равномерно, фракционную эф­ фективность можно выразить формулой

полученный в результате экспериментального исследования, приведен в ра­ боте [ill 5].

В цилиндрической части циклона со спиральным закручивающим аппа­ ратом, где периферийная часть течения отделена от ядра стенкой выхлопной

110

трубы, сток обусловлен ,воздействием на -поток стенки закручивающегоаппа­ рата. Как видно -из схемы «а -рис. ШЛИ, за один -оборот поток полностью оттесняется на расстояние от Яг+б до /%. В соответствии с этим сток в ци­ линдрической части циклона равен:

Определим размер частиц, достаточно полно, например «а 99,5%, до­ стигающих стенки циклона в его цилиндрической части.

Из выражения (И1Л2) следует, что в данном случае радиус стационар­ ной орбиты таких частиц должен быть не менее величины

R* = Яг + 0,995 Ъ та 23 см.

Подставляя -в формулу (III.9) значение D — 2R., получим:

онной эффективности циклона E$(d), которая в вероятностно-логарифмиче­

111

тальных графиков в области малых значений Еф, где получить достоверные данные чрезвычайно сложно, обычно исходят из предположения, что нача­ ло функции Еф (й) совпадает с началам координат. Как видно из приведен­ ного анализа, существуют частицы, которые вследствие своей малости со­ вершенно не улавливаются циклонами.

В приведенном анализе йе учитывалось возможное влияние упругого отскока от стенок циклона и влияние турбулентности потока. Влияние первого фактора смягчается быстрым затухани­ ем vR и большой концентрацией частиц вблизи стенок, в особен­ ности в конической части циклонов с возратным течением. Тур­ булентные пульсации могут оказывать определенное влияние на движение частиц по стационарной орбите в опасной зоне, вблизи R 1. Исследования В. Ю. Падва дают основание полагать, что оно может быть положительным, так как уменьшает долю частиц, сносимых к центру течения [65].

£,%

Ряс. III.9. Фракционная эффективность циклонов НИИОГаза

На основании изложенного сепарационный процесс, происхо­ дящий в циклонных аппаратах, можно представить следующим образом. При входе в циклон пылевые частицы в силу инерции вначале движутся по прямолинейным траекториям. Затем увле­ кающее воздействие вращающегося воздушного потока искрив­ ляет их траектории, причем тем больше, чем больше расстояние от места входа частиц до наружной стенки циклона. Начальный

112

участок движения характеризуется энергичной сепарацией наи­ более крупных частиц из периферийной части потока. При даль­ нейшем движении частиц тангенциальная составляющая их ско­ рости приближается к скорости потока воздуха. Здесь сепарация частиц определяется непрерывным изменением вектора тангенци­ альной составляющей скорости воздуха и, вследствие этого, на­ личием радиальной составляющей скорости частицы относи­ тельно среды. При достаточной продолжительности движе­ ния из .потока могли бы быть выделены частицы любого размера. Этому, однако, препятствуют некоторые факторы. В циклонах с возвратным движением потока сепарация частиц закономерно ограничивается радиальным стоком, который препятствует цент­ робежному движению крупных частиц и увлекает мелкие части­ цы в направлении восходящего потока. Те из частиц, для которых увлекающая сила стока уравновешивается силой инерции на ста­ ционарной орбите вращения в пределах нисходящего потока, вступают в соприкосновение со стенками циклона и могут быть уловлены, а более мелкие выносятся в восходящий поток и по­ кидают циклон с осевым течением.

В результате сепарационного процесса периферийные слои циклонного течения обогащаются пылевыми частицами. Чем больше концентрация частиц в очищаемом воздухе, тем больше плотность частиц в периферийном слое и тем больше вероятность их столкновений. В результате этих столкновений неупорядочен­ ные движения одиночных частиц, в частности при их отскоке, з некоторой мере амортизируются другими частицами. Таким об­ разом, с повышением начальной концентрации эффективность сепарации должна возрастать, как это и наблюдается на прак­ тике.

Конструкции циклонов

Подразделение циклонов на аппараты большой производи­ тельности и аппараты повышенной эффективности возникло срав­ нительно недавно и носит качественный характер- К циклонам большой производительности принято относить аппараты с диа­ метром более 600 мм, а к высокоэффективным — аппараты с меньшим диаметром и, как правило, с более развитой коничес­ кой частью, иногда объединяемые для получения нужной про­ пускной способности в групповые установки.

Результаты многочисленных испытаний циклонов показали наличие связи между эффективностью циклонов и их сопротивле­ нием, а именно: эффективные циклоны обладают большим сопро­ тивлением.

Циклоны НИИОГаза. Различают две группы циклонов НИИОГаза: цилиндрические и конические1.

1 Описание циклонов НИИОГаза дается в соответствии с работой [115].

113