автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.11, диссертация на тему:Разработка и исследование центробежных сепараторов

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

САПРЫКИН Иван Сидорович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СЕПАРАТОРОВ

Специальность — 05.04.11 «Атомное реакторостроение, машины, агрегаты, технология материалов атомной промышленности»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1992

Работа выполнена на Ордена Трудового Красного Знамени научно-производственном предприятии «Наука».

Научный руководитель-—доктор технических наук,

профессор Дейч М. Е.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Кузнецов В. И. кандидат технических наук Леонов В. М.

Ведущее предприятие — Авиационный научно-технический

комплекс им. А. Н. Туполева

Защита диссертации состоится « 06 » янёаря 1993 г. час. на заседании Специализированного Совета Д-145-02.01 Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструк-торского института атомного энергетического машиностроения (ВНИИАМ) по адресу: 125171, Москва, ул. Космонавта Волкова, дом 6а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИАМ.

Автореферат разослан «.

¿7/ » декабря 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета канд. техн. наук

/V /Назаров О. И./

.АЯ

г с. , . .. •••• VI

¿',;ДЩАЯ характеристика работы .

Актуальность темы. Атомная энергетика,авиация и космонавтика, многие другие отрасли народного хозяйства предъявляют высокие требования к осушке рабочих тел (пара,газа) для обеспечения надежной работы оборудования,приборов или нормальных условий систем жизнеобеспечения летательных аппаратов.

Специфической особенностью эксплуатации агрегатов в системах кондиционирования воздуха (СКВ) на летательных аппаратах,является необходимость приготовления осушенного воздуха, часто с начальным влагосодержанием, достигающим более 25 г водяных паров на I кг сухого воздуха. Непрерывное совершенствование технологических процессов, многорежимность эксплуатационных условий.жесткие требования к средствам осушки воздуха по надежности,массе,компоновке,ресурсу и ряду других характеристик.привели к необходимости дальнейшего повышения эффективности различных видов механических влагоотделителей. Не менее важной является задача сепарации влаги в элементах теплоэнергетического оборудования АХ и, в частности, в проточной части влажнопаровых турбин. Решение задач выбора оптимальных параметров влагоотделителей как теоретическим путем, так и путем экспериментальных исследований является весьма актуальной проблемой, имеющей большое практическое значение.

Цель работы. Целью работы являлось комплексное исследование процессов повышения эффективности влагоотделения путем экспериментальных обобщений и конструктивных разработок изделий применительно к использованию их в теплоэнергетических установках и на летательных аппаратах различного назначения.

Достижению поставленной цели способствовало создание экспериментальной установки для исследования влагоотделителей, что позволило получить для промышленных влагоотделителей требуемые параметры с наименьшими трудовыми и экономическими затратами.

Научная новизна.Разработаны новые образцы экспериментальных влагоотделителей и исследованы их гидродинамические характеристики. Исследовано влияние различных параметров рабочей среды и режимов работы установки на эффективность осушки воздуха. Проведено исследование дисперсности газожидкостного потока за турбохолодильными установками СКВ на режимах их реальной эксплуатации, уточнены и обоснованы расчетные параметры для проектирования влагоотделителей на различные объекты народного хозяйства. Выполнен теоретический анализ процессов в центробежном влагоотделителе-сепараторе и получены математические зависимости процессов сепарации капельной влаги

Получены новые данные по размерам и распределению капель влаги на входе во влагоотделитель,определены поля скоростей,давлений и температур в рабочем канале аппарата.

Практическая ценность^ Разработаны метода инженерных расчетов для проектирования влагоотделителей, что сокращает сроки и объем исследовательских й "опытно-конструкторских работРезультаты исследований легли в основу'разработки ряда новых конструкций влагоотделителей. Наиболее рациональная конструкция признана изобретением, на которую выдано авторское свидетельство № 940530.

Реализация работы. Практическая реализация заключается в проведенных исследованиях как отдельных конструкций различных типов влагоотделителей, так и всей установки в целом. Большой комплекс исследований позволил приступить к разработке новых высокоэффективных влагоотделителей для атомной энергетики, авиационной техники и других нужд народного хозяйства.

Накоплены экспериментальные данные, которые позволят осуществить перспективные разработки влагоотделителей для атомной энергетики, СКВ ДА и других объектов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на НТС предприятия, использовались при разработке отраслевых нормалей и стандартов предприятия, новые конструктивные решения защищены рядом авторских свидетельств.

По теме диссертации опубликовано 2 статьи в журналах "Авиационная промышленность" № 5 и № 7 за 1983г. и статья в технологическом сборнике предприятия, М. "Наука" 1988г.

Объем работа. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов и списка литературы, включающего 37 наименований. Текст содержит 130 страниц описательного и расчетного материалов, 73 рисунка и 7 таблиц.

СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность разработки и необходимость удаления влаги в турбинах АЭС, СКВ, в системах радиоэлектронного оборудования с целью обеспечения надежного и нормального их функционирования. Приводится общая характеристика работы.

В первом разделе представлен обзор литературы по центробежным и другим конструкциям влагоотделителей, рассмотрены области их применения.

На основании анализа существующих методов сепарации и конструктивных особенностей многообразных форм изделий сделг вывод о.том, ч>-т для современного уровня проектирования центробежных влагоотделителей наибольший интерес представляют такие метода конструктивного расчета, которые позволяют выбирать необходимне характеристики устрой' ства применительно к конкретным условиям работы турбин АХ, СКВ ЛА и друг"х объектов. Анализ механизма сепарационного процесса привел к выводу о том, что наиболее перспективными являются влагоотделктели, 4.

работающие на принципе цннтробемюк сепарации, При этом проблема их совершенствования и повышении эффективности связана, в основном, с необходимостью укрупнения частиц дискретной фазы, находящихся в поле центробежных сил циклонной ступени подбором оптимальных законов закрутки сепарируемого потока и конструкции соответствующих ступеней. Задачи исследования процессов;выполненный анализ расчетных параметров авиационных и других влагоотделителей открывают большие возможности для проведения исследования, необходимых для проектирования перспективных центробежных изделий различного типа и назначения.

Во втором разделе.выполнено экспериментальное исследование ряда нодификаций роторных влагоотделителей с улиточным корпу-ом с целью определения размеров капель влаги и их распределения, исследованы основные режимные параметры с учетом коэффициента влагоотделения, определены поля скоростей, давлений и температур в рабочем канале ступени.

В качестве базовой конструкции влагоотделителя для исследований использовался влагоотделитель, конструкция которого представлена на рис. I.

Лопаточный ротор 3 на подшипниковых опорах 2 установлен в корпусе 1,Вал 4 лопаточного ротора - полый и имеет отверстия (щели 5, расположенные между лопатками б). Лопатки удерживаются дисками 7. Псдводящий патрубок 8 служит для тангенциальной подачи влажного воздуха во влагоотделитель. Влагоотделитель имеет влагосборник 9 с дренажнкм штуцером 10 и жалюзийную решетку II, присоединенную к корпусу и образующую с лопаточным колесом рабочий конал 12. Ротор влагоотделителя имеет привод от турбины, монтируемой на фланге 2. Турбинный привод позволял менять обороты ротора от 0 до ЭОСХ' об/мин.

На экспериментальной установке обеспечивались натурные параметры среды и устанавливался реальный турбохолодильник СКВ самолета, в связи с чем выполненные исследования являются

' максимально приближенными к эксплуатационным. Принципиальная схема установки для исследования влагоотделителей приведена на рис. 2.

Процессы подготовки воздуха и выделения влаги во влагоотдели-теле для переменного давления воздуха представлены на рис. 3 диаграммы ¿-¡I , а процесс увлажнении определялся из соотношении:

1х ~1/ - /> ■ / = I «<

¿л -.1,

где ^ - энтальпия воды, подаваемой на форсунку;

- температура и теплоемкость этой же вод»,у;

- массовое Елагосодержание в точках 0 и 2.

С/гиб Шы

Рис. I. Устройство центробежного влагоотделителя 1-корпус сепе^атора; 2-подшипниковая опора; 3-ротор; 4-вал ротора; 5-щель; 6-лопатка; 7-диск; 8-подводкщий патрубок£ З-алагос ^рник; 10-дрв1 жный штуцер; П-жалюзи1!ная решетка; 12-рабочий канал; 13-крышка.

влагоотделителе на диаграмме ¿ -Л.

Количество воды для увлажнения исходной массы сухого Воздуха, приходящейся на I кг диспергированной влаги и относительная влажность воздуха в точке 3 определялись из соотношений;

г> /ССР

' ¿Г7Г <г>

где /у - параметр воздуха в точке 3.

Исследованием процесса влагоотделения установлено, что независимо от особенностей протекания процесса в турбохолодильнике (расширение равновесное или с переохлаждением пара)^ количество сконденсировавшейся в турбохолодильнике влаги составляет (¿± кг на кг сухого воздуха.

Коэффициент влагоотделения рассчитывался -с помощью диаграммы ( рис. 3 ), где процесс осушки воздуха изображается отрезкам1 4'-К линии 4^-4, а точка "К" делит линию 4'-4 в соотношении:

_ ¿(л -а< __ £

(4)

Увлажнение воздуха до заданного количества определялось из соотношения:

■ * <»

где {(е = 0,622 р' ^ - массовое отношение влаги в воздухе, пос-

~ <)* Я" тупающем от компрессора, кг влаги/ кг сухого воздуха

(2 а ¿1, _ массОБЫ{» расход воздуха, поступающего в

испарительный участок турбопровода,кг/с, Здесь ¿V - расход воздуха через мерное устройство

0-х - расход воздуха, подаваемого на форсунку 8, кг/с (рис.2 ■Г" - продолжительность эксперимента, с. Величины Р и другие параметры определялись по извест-

ным формулам и с помощью приборов, которыми был оснащен стенд.

Значения г(л -- , а Л? - 0,622 (6)

где - давление насыщенного водяного пара при температуре ¿V К— входе во влагоотделитель; 4 - давление влажного воздуха также на входе сю

влагоотделитель; /7^ - заданное отношение жидкой влаги в воздухе (в СКВ ЛА оно

составляет ^5*15 г/кг сухого воздуха). Погрешность измерения величины / зависит от точности поддержан] на входе в сепаратор, расхода воздуха и НлО. Эти параметра в

процессе эксперимента поддерживались постоянными с помощью электроприводной задвижки 10 и электрозаслонки 20, ¿и,^ поддерживалась за счет изменения расхода воды, подаваемой через теплообменники 12 и 13 (рис.2). Некоторую погрешность измерения в расчеты вносили утечки воздуха через уплотнения турбохолодильника 14. Исключение этой погрешности проводили корректировкой величины {{-л1с умножением её на поправочный коэффициент

и* 7ф- (7) .

Более точные результат при выполнении эксперимента получены при использовании автоматической регистрации входных параметров воздуха. Расход воздуха (уу и его влагосодержание Лу принимались усредненными и подсчитывались по формулам:

.4 г>

-Г--(8)

¿V -

(к - ■ (9)

Применение такой методики выполнения эксперимента позволило снизить погрешность до минимума, которая не превышала - 10$. Аэродинамические характеристики влагоотделител.ч проверялись экспериментально по специально разработанной методике и аппаратном оформлении. Схема размещения точек замера давлений, температур и распределения скоростей представлена на рис. 4. Наиболее полная информация о полях скоростей трехмерного течения получена с помощью пятиточечного зонда.

По углу вертикального скоса и значениям перепадов и Akc-t по тарировочным кривым определялся угол горизонтального скоса §> , статическое давление и динамический напор. Перепады давлений измерялись U - образным дифманометрон и спиртовыми микроманометрами. ¡1ри тарировке угол tft изменяли от -40 до 40° с шагом 1° и для каждого значения угла поворотом зонда вокруг оси^ устанавливали л/t,^ =0, а затем фиксировали показания остальных приборов.

Значения полного давления Ал., статического давления Лег и динамического напора J ij измеряли образцовой трубкой Пито в сечении, в котором был установлен насадок.

Результаты измерений позволили установить следующие зависимости от уГла

1. Коэффициент радиального (горизонтального) скоса

Л » *

¿.А,., (10)

2, Коэффициент полного давления

(Ш

Ал/

Рис. 4. Схема установки зондов для измерения статического и полного давлений в сечениях

3. Коэффициент динамического напора

У-/?

А е-/■/*)

(12)

1

(13)

4. Коэффициент статического давления

Агт

где ^«¿"Л*' - коэффициент поля труби;

б - барометрическое давление.

Совпадение полученных данных (зависимостей) на всех режимах тарировки указывает на возможность использования их ьо всем диапазоне измеряемых скоростей.

По динамическому напору вычислялся полный вектор^ , а затем его составляющие: осевая Л * p-siri.fi ; радиальная * ■ са £г

и тангенциальная = ■ ¿'¿'/г ££ . Температуры на входе и

выходе из влагсотделителя колебались в пределах -О,5°С независимо от режима испытаний

Структуры двухфазных потоков среды ьо влагоотделитвяе изучались

оценки работы его эффективности и распределения капель по раз-«ерам и концентрации. Изучение проводилось по двум методикам: [. Контактным, основанным на улавливании капель различными ловушками; I, Бесконтактным, оптическим методом, основанном на анализе рассеян-юго света плоскопараллельного пучка через двухфазный поток.

По формуле Релея интенсивность света, рассеянного /I частицами раз 1ичных размеров в объеме 1Г двухфазной среды под различными углами^ к направлению падающего луча равна:

¿"Г/Ш/Г'"»''")

где 7- - расстояние от частицы до регистрирующего прибора;

1С - интенсивность падающего света. Измерение радиусов капель в двухфазном ■ потоке по методу ассимет-рии индикатрисы рассеяния проводилось гелий-неоновым оптическим,квнн-говым генератором (ОКГ) пучком монохроматического излучения с длиной волны Л = 0,63 мкм.

Концентрация капель определялась по степени ослабления проходящего света.

Интенсивность излучения на выходе из дисперсной среды связана г величиной I* по закону Бучера:

где /С - фактор эффективности ослабления: К = К^ + Кл ,

А - фактор эффективности поглощения. При*/ = 0,63 мкм КР,

поэтому можно принять К = Кр.

Фактор эффективности рассеяния частиц К р = J (?) ^щт массе I = I,33 определяется таблично в зависимости от £ = . Так

цля 0,1 мкм КР= 0,093 ошибка от неучета поглощения света составляет меньше 2%, а для 0,2 мкм К р = 0,705 ошибка равняется уже « 0,24^. Но при известном радиусе частиц их концентрацию в единице эбъема двухфазной среды можно определить из выражения:

п - ~ (16)

Таким образом два независимых метода диагностики - ассиметрии индикатрисы рассеяния и ослабления света - дают возможность определять средний размер частиц влаги и их концентрацию в единице исследуемого объема пропорционально влажности по оси, т.е.

/•^«¿ДЛ (17)

Дисперсионный состав двухфазного потока методом инерционного осаждения -капель позволил исследовать и крупнодисперсную часть спектра ( Лл * 7т10 мкм). С помощью фотоаппаратуры и соответствующего увеличения подсчитывалось количество капель по фракциям, а число фракций определялось по формуле:

£ ш . (18)

где У- общее число капель в исследуемом объеме.

Используя метод трапеций^ плотность распределения массы капель по размерам устанавливалась нами путем нормирования по следующим зависимостям: '

У А/1 ■ __~ -

где rJÏ - количество капель t -ой фракции размером i: .

Функциям/Сбудет тем точнее, чем больше число фракций К. Погрешность метода находится в пределах 4*17$, суммарная величина составляла в среднем ¿10^.

В третьей главе проведено исследование процесса сепарации жидкой фазы, т.к. при расширении влажного воздуха в турбине происходит насыщение воздуха до некоторого предельного значения/ZÍ-. При дальнейшем расширении водяной пар переохлаждается и относительная влажность может достигать (Çs I. Происходит спонтанная конденсация влаги, процесс которой показан на диаграмме на рис. 5.

Состояние воздуха на входе в турбину определяется температурой и массовым содержанием влаги (точка I), а относительная влажность

где ( P/tf )/ - значение параметра ^/f в точке I. На рис. 7 отрезок Aj-Aj характеризует процесс спонтанной конденсации, протекающий по линии t « çr.ïSt . Количество сконденснровалной влаги составляет У/ * общее количество сконденсированной жидкости составит

¿ cùt « d; - с/mi- . Если влажный воздух на входа в турбину перенасыщен ( If? I точка В), то состояние насыщенного воздуха будет отражено точкой В, лежащей на пересечении линий ¿л --ttnitf и /r/'/ífJA

Массовое отношение насыщенного водяного пара в в-здухе составляв ííffé » содерж 'ше жидкой фазы - , процесс расширения показан lía диаграмме (рис.5).

В pi.Лоте исследован тшеле. процесс гшм.шчюния жидкой фазы в сопловом аппарате при умеренных сверхзвуковых скоростях.

В рамках квазистационарной задачи впервые разработаны методы расчета для определения положения и интенсивности скачков конденсации в соплах, которые были применены для анализа конденсационной неста-12.

« < < < <1

"г \ 1 "в в

Рис. 5 диаграмма для пзременного начального давления

ционаркости в ре сетках турбины с сухиваюаршися межлопаточ>гьши каналами.

Экспериментально доказано, что нестационарные (автоколебательные) реуи«ы течения переохлажденного пара в соплах Лаваля устраняется специальным профилированием, например, выполнением углового излома в минимальном сечении, т.е. организацией центрированных волн разреяения, скорость расширения в которых весьма валика.

Тахжо установлено„ что в пределах первичной я атразешой зодн разреяения скорость расширения Р - ~ "р" ^ ~ ВР9МЛ^

является основным фактором, изменяющимся в широких пределах (при стремлении к угловой точке Р — ). С ростом величиш Р максимальное переохлаждение пара л Тс перед скачком конденсации увеличивается, а размеры капель, выпавших в скачке конденсации, уменьшаются.

Экспериментально определялась дисперсность и концентрация жидкой фазы водовоздушной смеси за турбохолодильником на входе в сепа-.ратор на различных режимах работы по сечениям трубопровода. Было установлено, что количество сепарируемой влаги при её достаточно низком уровне (< 1%) уменьшается с ростом расхода воздуха через турбину из-за интенсификации процесса срыва жидкой пленки.

Для оценки дисперсности двухфазного потока в ядре было проведено траверсирование сечения с помощью метода ассш^етрии индикатрису, а результаты измерений показаны на рис. 6.

м

Ш 500 ТОО £¡££1

Рис. 6.Влияние расхода воздуха проходящего через ТХУ Па дисперсность двухфазного потока перед центробежным сепаратором

Результатом эксперимента установлено, что размер частиц составляет 0,14-0,06 мкм. Впервые установлено, что размеры частиц за ТХУ составляют десятые и сотые доли микрона, а не единицы и десятки микрон, как это считалось до сих пор. Кроме того, увеличение перепада давлений в сопловом аппарате приводит к увеличению скорости расширения газа, а это обусловливает уменьшение размеров капель влаги за скачком конденсации.

Результаты измерений концентрации капель влаги в ядре потока, выполненного с помощью метода спектрального поглощения, показада на рис. 7.

Рис. 7. Влияние расхода воздуха проходящего через ТХУ на концянтрлдию двухфазного потока перед центробежным сепаратором

Концентрация мелких частиц здесь также зависит от расхода воздуха. Зная размеры частиц и их концентрацию можно определять содержание влаги в ядре воздушного потока:

* ¿л >

' Та.

Так как общее количество сконденсированной жидкости составляет ¿d*. - d/ - dm. , то количество влаги в жидкой пленке и в крупных фракциях над ней составит Л - A d< - Л d.t- %

Этот результат согласуется с данными измерений расхода пленки через щелевую камеру и ошибка составляет всего 1*1,3%, по сравнению с замерами оптическими методами.

Проведенный анализ поля скростей закрученного газового потока позволил выделить две стадии осаждения частиц влаги: вблизи цилиндрической стенки корпуса аппарата, где осаждаются наиболее крупные частицы и часть мелких частиц взаимодействующих с крупными вследствие коагуляции. Мелкие капли после первой ступени аэродинамическими силами увлекаются к ротору, где они коагулируются в более крупные и из-за увеличения центробежных сил, действующих на частицы, происходит их выброс из полости ротора, что дополнительно повышает эффективность эпарации воздуха.

Процесс влагоотделения в сепараторе типа улитки на различных режимах работы и параметрах воздушных потоков позволил получить ряд важных зависимостей, на основе которых была разработана программа для расчета поля скоростей. Численная реализация описанного метода выполнена на ЭВМ EC-I022. . ..ализ характера изменения давлений при различных скоростях ротора и расходах воздуха позволил сделать швод о том, что влияние на поле давлений обеих ступеней сепаратора (циклонной и роторной) взаимосвязано так, что каждому значению расхода воздуха . соответствует вполне определенное оптимальное значение скорости вращения ротора. С этими выводами достаточно точно согласуются и расчетные значения углов потока с.выполненными экспериментами на различных режимах.

Траектории движения капель влаги в канале центробежного реактивного сепаратора были учтены нами при действии на них только трех сил:

а) сил инерции - et Л?

F*. - -р— Jh Л \ .

б) сил аэродинамического сопротивления (воздуха) /

в)

массовой силы \

Ъ --j>*),

где d.. - диаметр капли, м; рс= 102 - плотность капли; кг-с^/м^; д - вектор'ускорения, м/с :

р

- коэффициент динамической вязкости воздуха, м /с; ZL, - вектор относительной скорости частицы влаги;

0,125 кг-с^/м^ - плотность воздуха.

Тангенциальные, кориолисовы, гравитационные и др. силы нами

опущены, т.к. абсолютные значения скоростей газа достаточно малы и двухфазный водовоздушный поток является диспергированным.

Расчет траектория движения капель влаги в циклонной ступени сепаратора проводился для размеров капель с tic. = 1,6,9,20,50 и 100 на режимах по расходу воздуха 300+760 кг/ч и Я = 1000-9000 об/мин ротора.

Анализ результатов расчетно-параметрического исследования свидетельствует о том, что циклонная ступень влагоотделителя может сепарировать лишь достаточно крупные фракции (частицы с Л--? 20 мкм полностью, а при lix, - 1+20 мкм - частично). При выборе оптимальной геометрии конструкции сепаратора целесообразно учитыва. полученные нами экспериментальные данные.

В четверясм раздела __ представлены экспериментальные данные влияния режимных параметров и конструктивных факторов центробежного сепаратора на эффективность влагоотделения.

С целью экспериментального уточнения влияния расхода воздуха и скорости вращения ротора на эффективность работы аппарата были совмещены две ступени сепарации, • , " При повы-

шении расходов воздуха эффективно работает циклонная ступень, роторная же дополняет её работу, при пониженных расходах эффективно работает ступень, а снижение эффективности работы циклонной ступени компенсируется вводом в циклонную ступень подкрученного ротором циркуляционного потока.

Двухступенчатая сепарация в центробежном влагоотделитело позволяет обеспечить более стабильную и достаточно эффективную его работу в широком диапазоне расходов за счет рационально!» организации аэродинамического процесса в корпусе. Результаты испытаний центробежного влагоотделителя с двумя ступенями сепарации показаны на рис. 8.

Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что снижение расхода воздуха приводит к увеличению максимального влагоотделения от i = 40 % при (?- * 760 кг/ч до / = &3S при <?- =» 200 кг/ч. Подсчитаны так-ка н значения чисел Рейнольдса по газовой фазе на входе в циклонную ступень, которые соответственно равны: при £ = 200 кг/ч - Лс = 4,9 . I04; при <?- => 300 кг/ч -4С = 7,37.Ю4; при £ = 540 кг/ч - .4,= 13,3-104; при Р = 760 кг/ч - Не* 18,7-Ю4,

При заданных геометрических размерах влагоотделителл увеличение угловой скорости вращения ротора приводит к росту эффективности сепарации от I = ЗЦо до 2 - при Л- = 100Ст9000 об/мин и = = 600 кг/ч. Ко ото происходит до определенных режимов работы.

с*' />/гш

Рис. В. Влияние расхода осушаемого воздуха на эффективность влагоотделения

Дальнейшее увеличение числа оборотов ротора приводит к снижению / . При этом замечено, что качество осушаемого воздуха изменяется: густой обильный туман при малых числах оборотов ротора рассеивается вплоть до полного исчезновения при дальнейшем увеличении скорости вращения ротора. Это объясняется тем, что сепаратор приносит в осушаемую среду энергию, расходуемую частично на совершение механической работы и подвод тепла к водовоздушному потоку.

В результате происходит изменение давления и температуры потока и при превышении некоторого критического числа оборотов ротора сепаратора, состояние среды переходит точку росы, жидкие капли при этом ( в первую очередь очень мелкие) испаряются и сепарация их прекращается. Нами исследован процесс испарения одиночной капли воды в диапазоне размеров от = Ю'^м до = 3'10~°ы при её движении в корпусе сепаратора.

Для наших режимов были получены следующие значения временных интервалов полного испарения капель таких размеров: ¿к. = О-7 м <г = 3,М0"7 с;

= 10"^ м = 3,1-Ю"5 с;

3,1-КГ3 с;

{¿с = 3-Ю"5 м 2,8-Ю"2 с.

При постановке специального опыта нами было экспериментально доказано, что частицы ¿к* 30 мкм успевают полностью испариться.

Результаты приведены в таблице 4.1 диссертационной работы.

Исследования подтверждают, что для каждого варианта конструкции сепаратора имеется свое предельное число оборотов ротора, выше которого интенсивность сепарации будет снижаться. Габариты сепаратора, диапазоны расходов осушаемого воздуха определяют оптимальное соотношение геометрических размеров как циклонной и роторной ступеней, так и зазоров между ними и специальных конструктивных дополнений ( отбойные экраны, жалюзийныЭ решетки, высота лопаток, шероховатость их, форма и углы установки и др.). Результаты многочисленшх экспериментальных исследований влияния различных режимных факторов и конструктивных изменений позволили создать оптимальную конструкцию двухступенчатого центробежного ротационного сепаратора»;, I СКВ ЛА: Коэффициент сепарации удалось поднять до уровня 87 % при сохранении габаритных и весовых характеристик, удовлетворяющих основные параметр С&0 различных объектов • техники.

ОСНОВШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведено комплексное экспериментальное и теоретическое исследование сепарационных процессов по эффективности влагоотделения в системах СйО ЛА и агрегатах атомной энаргетики.

Доказано, что эффективность влагоотделения однозначно связана с укрупнением капель влаги и оптимальности режимов работы сепаратора в зависимости от области использования сепарационных устройств.

2. Разработаны инженерные рэ:<о:пида ,ик для интенсификации влагоотделения в циклонной ступени сепаратора и задержания влаги на стенках рабочего канала. Показано, что наибольшее влияние на величину^ оказывают такие конструктивные разработки и до^лнения как отбойный экран внутри полого вала роторной ступени, защитный козырек на входном участке ступени, а также жалюзийная решетка и гидрофильный экран, установленные по периферии корпуса сепаратора.

3. Анализ особенностей рабочих процессов влагоотделителей и расчетно-теоретические решения явились основой для следующих рекомендаций :

- определенное снижение удельного расхода осушаемого воздуха приводит к существенному повышению эффективности сепарации, что было бы равносильно увеличению габаритов и веса сепаратора при увеличении расхода воздуха;

- увеличение частоты вращения ротора должно бы приводить к росту сепарации, однако превышение оптимального уровня оборотов ротора приводит к повышению температуры воздуха, испарению влаги и снижении эффекта сепарации;

- форма и высота лопаток в значительной степени определяют угловую скорость вращения ротора, а значит и эффективность влаго-отделения. ' . Установке лопаток должна соответствовать меньшая скорость вращения роторной ступени при пропорциональной эффективности выделения влаги из воздуха;

- увеличению эффективности работы центробежного сепаратора способствует изготовление профилированных канавок на стенках лопаток с шероховатостью поверхностей в пределах р 1,5* 7 2.

4. На основании разработанных методик расчета центробежных сепараторов создана новая, более рациональная конструкция влаго-отделителя.

5. Разработанная методика расчета центробежных сепараторов позволяет с удовлетворительной точностью определить оптимальность конструктивных узлов изделия, все необходимые характеристики и проанализировать особенности структуры потока в элементах влаго-отделителя.

Содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Сапрыкин И.С., Попов П.С., Трубкин В.Е. "Определение эффективности влагоотделителя в сепараторах систем кондиционирования воздуха". М., Авиационная промышленность № 5, 1983.

2. Попов П.С., Сапрыкин И.С., Гальперин Р.З. "О выборе оптимальных характеристик влагоотделителей в системах кондиционирования воздуха летательных аппаратов". М., Авиационная промышленность № 7,1983.

3. Сапрыкин И.С. и др. "Центробежный пылевлагоотделитель", а.с. № 940530 от 23.02.82 г.

4. Сапрыкин И.С. "Расчет скоростных полей центробежного сепаратора для технологических целей очистки и осушки газа. Новые технологические процессы в опытном £.грегатостроекии" Кн. 2. Москва, Наука 1985.

Подписало к печати 03.II.92г. Зак.б?9,тлр.80