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

иый продольными лопатками. Отделяющаяся при этом пыль ска­ пливается в бункере.

Существенным недостатком противоточных пылеотделителей является большой расход энергии. Эти аппараты представляют собой центробежный нагнетатель. Полный напор очищаемого га­ за при прохождении через пылеотделитель уменьшается на ве­ личину напора, создаваемого самим пылеотделителем.

Противоточные пылеуловители не получили широкого распро­ странения, однако в .последние годы большую популярность при­ обрели приборы БАКО для анализа дисперсного состава пыли, построенные по принципу противоточных пылеотделителей.

6. РОТАЦИОННЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ СО СТЕРТЫМ ПОГРАНИЧНЫМ СЛОЕМ

Примером таких пылеуловителей служит пылеуловитель Вер­ текс, представляющий собой вращающуюся газовую центрифугу непрерывного действия. Аппарат выполняется в виде нескольких концентрически установленных барабанов длиной около 3 м, вра­ щающихся вокруг общей оси. Диаметр наружного барабана ра­ вен 2 м. Запыленный воздух подводится по касательной к распре­ делительной камере, закручивается в ней и, вращаясь, проходит в кольцевые полости, образуемые барабанами. Движение стенок барабанов поддерживает вращение воздуха, а возникающее тре­ ние уравнивает скорость его вращения со скоростью барабана. Под влиянием центробежных сил пылевые частипы осаждаются на внутренних поверхностях барабанов. При этом мелкие части­ цы комкующейся пыли могут налипать на них.

Пылеуловители Вертекс устанавливаются параллельно в ко­ личестве не менее двух агрегатов и работают .попеременно.

Можно полагать, что высокая эффективность пылеуловите­ лей Вертекс в значительной мере обусловлена отсутствием или незначительным выражением пограничного слоя. В пылеулови­ телях Вертекс тангенциальные составляющие скорости воздуха мало отличаются от скоростей движения стенок барабанов. Вследствие этого частицы, осевшие на их поверхности, не отры­ ваются, а остаются прижатыми или налипшими к ним. В пыле­ уловителях Микроплекс в отличие от описанного пылеуловителя вращаются плоские верхнее и нижнее днища. Для предотвра­ щения торможения воздуха у днища и возникновения циркуля­ ционных течений скорость вращения днища должна быть равна тангенциальной составляющей скорости потока воздуха.

7. ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ

Общие принципы устройства вентиляторных пылеуловителей

Движение запыленного воздуха в рабочем колесе вентилято­ ра и его направляющем аппарате происходит в условиях, благо­ приятствующих сепарации пылевых частиц. Идея использования

124

центробежных вентиляторов в качестве своего рода обогатитель­ ных аппаратов для попутного выделения из перемещаемого ими воздуха пылевого концентрата осуществлена в ряде пылеотделителей. Неоспоримым преимуществом этих аппаратов является их компактность.

В наиболее простых конструкциях пылеуловителей этой груп­ пы выделение пыли из воздушного потока происходит в кожухе вентилятора. Значительно больший интерес представляют венти­ ляторные пылеуловители, в которых используются инерционные процессы, происходящие в каналах лопаточных рабочих колес центробежных вентиляторов.

Известно, что лопатки центробежных вентиляторов, переме­ щающих газы, содержащие твердые частицы, подвержены силь­ ному износу. При мелкодисперсных аэрозолях, способных к на­ липанию, на поверхностях лопаток образуются корки. Так, при перекачке коксового газа на коксохимических заводах наблюда­ лось выпадение из него смолы, скапливающейся в кожухе эксга­ устеров, что сильно затрудняло их эксплуатацию [II].

При вращении рабочего колеса воздух, находящийся в прост­ ранстве между лопатками, закручивается, а затем вытекает из рабочего колеса в кожух и далее в атмосферу; на его место че­ рез всасывающее отверстие вентилятора поступают новые объе­ мы воздуха — вентилятор «подает» воздух. Закручивание возду­ ха происходит в результате прео­ доления его давления на поверх­ ность лопаток и определяется в основном кориолисовыми силами инерции [84]. При этом воздух приобретает скорость, которая может быть разложена на две со­ ставляющие: переносную ско­ рость вращения, равную скорости вращения рабочего колеса со, и относительную скорость протека­

ния воздуха в рабочем колесе w Рис. III.18. Схема движения пы­

(рис. III.18). Если в перемещаю­ левой частицы в межлопаточном

щемся таким образом воздухе пространстве рабочего колеса

содержатся пылевые частицы, то центробежного вентилятора они вовлекаются в это движение,

причем прямолинейность движения частицы, входящей в меж­ лопаточный канал, нарушается аэродинамической силой, при­ ложенной к ней со стороны потока, уже получившего враща­ тельное движение. Так как инерция пылевых частиц значитель­ но больше инерции воздуха, скорость вращения частиц несколько меньше скорости воздуха. Отставание частиц от потока в его вращательном движении приводит к тому, что они как бы отжи­ маются к набегающей поверхности лопатки.

Сепарация пылевых частиц из потока всегда происходит при

125

перемещении вентилятором запыленного воздуха. Эффектив­ ность сепарации определяется размером наименьших частиц, ус­ певающих достичь поверхности лопатки при самых неблагопри­ ятных условиях их входа в межлопаточный канал. Более круп­ ные частицы отделяются полностью, менее крупные— только ча­ стично, пропорционально их размеру и плотности.

Движение частицы в криволинейном канале, образуемом ло­ патками колеса, в случае, когда оно не вращается, определяется уравнением (1Л6).

Представим теперь, что колесо начало вращаться с окружной скоростью u=o)KRK, где юк— угловая скорость вращения рабо­ чего колеса; RK— расстояние от центра вращения колеса до про­ извольной точки в плоскости вращения. Очевидно, что рассмат­ риваемая частица будет вращаться со скоростью, незначительно отличающейся от и. Примем для упрощения, что эти скорости равны. При этом условии инерция частицывозрастаетна величи­ ну равнодействующей центробежной и кориолисовой сил, свя­ занных е вращением колеса. Сохраняя для изменившейся скоро­ сти потока обозначение w, примем, что скорость vc достигается частицей мгновенно и сохраняется постоянной все короткое вре­ мя ее движения. Опустим также член уравнения (1.16), отража­ ющий влияние кориолисовой силы, связанной с движением час­ тицы относительно лопаток колеса, значительно меньший, чем член, отражающий вращение колеса. Тогда относительное дви­ жение частицы в межлопаточном канале определяется уравне­ нием

Обозначим абсолютную скорость воздушного потока в кана- -ле через c=w -)-u. Скорость частицы в тех же условиях вследст­ вие ее большей плотности будет равна: са—w -)-u+vc.

В системе координат, вращающейся вместе с колесом, отно­ сительная скорость частицы приближенно равна v = w + v c или в координатной форме с учетом уравнения (III.13)

Исследования показали, что криволинейный диффузор, обра­ зуемый лопатками колеса, не заполняется полностью воздуш­ ным потоком; активное сечение потока при работе колеса на оп­ тимальном режиме остается более или менее постоянным [84].

В вентиляторах с прямыми радиальными лопатками, кроме того, является постоянной величиной угол а (см. рис. III.18) и из уравнений (III.14) легко получить траектории пылевых частиц. Практически лопатки профилируются по различным кривым. Ре­

126

шение уравнений в этом случае может быть достигнуто путем не­ которых упрощений.

Зависимость между минимальным размером частиц, полно­ стью осаждающихся из потока на поверхностях лопаток, и гео­ метрическими и кинематическими параметрами рабочего колеса вентилятора была получена в виде [73]

\°лоп /

Если в уравнении (III.15) значения z меняются в интервале O^zssTzo, то оно выражает собой зависимость т = /(z ) или при соответствующем изменении масштаба т= f( z /z Q).

В момент входа в межлопаточный канал частицы распределе­ ны по сечению .потока равномерно. Вследствие этого отношение z/z0 определяет долю частиц любого размера, содержащуюся в части потока, ширина которого определяется углом г. Поэтому, если указанную зависимость решить относительно z/zo, то полу­

[74].

При движении осевших твердых пылевых частиц по поверх­ ности лопаток последние изнашиваютсяИз этого следует, что при прочих равных условиях небольшие вентиляторы изнашива­ ются скорее, чем большие. Этот вывод подтверждается практи­ кой.

Из уравнения (III.15) следует также, что, уменьшая число ло­ паток-, теоретически можно получить колесо такой конструкции, в котором вообще не будет происходить осаждение частиц. Таким образом, 'подтверждается давно установленная практикой целе­ сообразность применения в аспирационных системах колес с не­ большим числом лопаток.

Представляет интерес также исследование влияния радиаль­ ной протяженности лопаток на эффективность сепарации. Диф­ ференциальные уравнения движения частиц при радиальных ло­ патках имеют вид

Уравнение траектории пограничной частицы представляет со­ бой прямую, а уравнение эффективности имеет вид

_____________w R i sin г _________

(III. 16)

2 со ш (R2— Ri cos z) — со2 Ri R 2 sin z

Из этого уравнения видно, что с увеличением длины лопаток количество осаждающейся пыли возрастает. Отсюда следует, что

127

центробежные вентиляторы высокого давления с протяженным»' лопатками больше подвержены износу, чем вентиляторы низкого давления, имеющие короткие лопатки.

Для плоских наклонных лопаток (г0=Ф ) уравнение эффек­

в сторону вращения колеса, тем выше эффективность осаждения. Исследования, кроме того, показывают, что при цилиндричес­ ких круто загнутых вперед лопатках эффективность осаждения и износ значительно больше, чем при плоских лопатках, особенно радиальных. В самом деле, разрушение криволинейных лопаток,

вособенности их выходных кромок,— явление, хорошо известное

впрактике эксплуатации дымососов.

Очень велико влияние направления отгиба лопаток. При ло­ патках, отогнутых назад, направления действия кориолисовых и центробежных сил относительного движения не совпадают. В ре­ зультате этого уменьшается сила, под влиянием которой частица приближается к набегающей поверхности лопатки. Таким обра­ зом, колеса с лопатками, загнутыми назад, являются оптималь­ ными в отношении абразивного износа.

В обычных центробежных вентиляторах пыль, отделившаяся на лопатках, в дальнейшем вновь диспергируется в потоке. Как будет показано далее, соответствующим устройством колеса и кожуха вентилятора можно добиться отделения этой пыли от по­ тока. При пыли, не обладающей высокой абразивностью, дости­ гаемый при этом эффект компенсирует небольшой износ лопаток.

Простейшие вентиляторные пылеуловители

Аппараты, описываемые в этом разделе, только в редких слу­ чаях могут сравниться по эффективности с циклонами, однако простота очистных установок, которая достигается при их при­ менении, вынуждает иногда обращаться к ним.

Общим признаком простейших вентиляторов-пылеотделите- лей является использование инерционных сил, возникающих в результате воздействия на поток неподвижных элементов вен­ тилятора-

На рис. III.19 показан пылеуловитель Турбокаптер фирмы «Прат-Даниель» (Франция). По своему устройству этот пыле­ уловитель мало отличается от циклона. Отделение пыли здесь происходит под влиянием центробежных сил, вызванных искривлением траектории воздуха, следующего профилю спиралевид­ ного кожуха 1, на торцевых стенках которого она сепарируется. Выделившиеся таким образом твердые частицы вместе с обога­ щенным ими слоем воздуха направляются шибером 2 в неболь­ шой циклон 3, где и происходит их окончательное осаждение.

128