автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Разработка и исследование вихревых воздухоохладителей для средств индивидуальной теплозащиты

Условные обозначения •*•••••••••*•.••••••••.

Введение

1, Влияние на человека отрицательных климатических факторов, обзор публикаций по средствам теплозащиты и вихревым воздухоохладителям

1.1. Санитарно-гигиенический и экономический аспекты проблемы защиты рабочего персонала от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды

1.2. Современные способы тепловой защиты рабочих горячих цехов ••••••••.

1*2Л• Средства индивидуальной защиты .».

1.2,2. Средства коллективной защиты ••••»•••.

1.3. Постановка задач исследования • •••.

1.4. Выводы

2. Типоразмерный ряд вихревых воздухоохладителей. Планирование эксперимента и экспериментальные стенды •••••••••••••••••••••••••.

2.1. Разработка схем теплозащиты и вихревых воздухоохладителей .•*.

2.1 Л. Средства индивидуальной защиты

2.1.2. Средства коллективной защиты ••••••••.•••

2.2. Типоразмерный ряд воздухоохладителей.

Планирование экспериментального исследования.

2.3. Экспериментальные стенда и методика исследования

2.4. Выводы

3. Исследование вихревых воздухоохладителей для средств индивидуальной теплозащиты

3.1. Работа вихревой трубы при дозвуковой скорости потока в сопловой вводе. Методы активного воздействия на вихревой цроцесс

3.1.1. Исследование воздухоохладителя ВВ-0,5/1,5

3.1.2. Отвод пограничного слоя от стенок камеры энергоразделения

3.1.3. Ццув дополнительного потока

3.2. Ступенчатое соединение вихревых труб как метод повышения эффективности вихревых аппаратов. Исследование двухступенчатого воздухоохладителя ВВ-0,5/1,5

3.3. Влияние конструктивных факторов на эффективность вихревой трубы; приемы интенсификации вихревого энергоразделения •••.•••. •

3.3.1. Длина и форма камеры энергоразделения

3.3.2. Применение развихрителя горячего потока

3.3.3. Выпуск горячего потока под углом 90°.

3.3.4. Ограждение отверстия диафрагмы ••••••••••

3.3.5. Шероховатость внутренней поверхности камеры энергоразделения .••••••••••.

3.4. Исследование воздухоохладителей: КВ9 ВВ-0,5/1,5--25К, КВЖ

3.5. Выводы

4. Исследование вихревых воздухоохладителей для средств коллективной теплозащиты

4.1. Внутреннее оребрение камеры энергоразделения как метод повышения энергетической эффективности неадиабатных вихревых труб

4.2. Универсальный многоцелевой воздухоохладитель

4.3. Изучение влияния на характеристики КВК конструктивных и эксплуатационных факторов ••••••

4.4. Исследование специальных режимов работы КВК.

4.5. Приемы и методы интенсификации вихревого энергоразделения

4.5.1. Хвостовик и решетка на горячем конце камеры энергоразделения .*.

4.5.2. Развихритель холодного потока и теплоизолирование патрубка холодного потока •.

4.5.3. Щелевой диффузор для раскрутки холодного потока

4.5.4. Интенсификация движения воздуха в межреберных зазорах .•.

4.5.5. Вторичное энергоразделение горячего потока в дополнительных вихревых камерах

4.6. Характеристики промышленного образца воздухоохладителя КВК

4.7. Выводы

5. Экономическая эффективность разработанных аппаратов .•••••••.

5.1. Сравнение парокомцрессионного и вихревого кондиционеров .•••••••••.

Дальнейшее оздоровление и облегчение условий труда, устранение причин производственного травматизма и профессиональных заболеваний персонала горячих производств - вазкная государственная задача /I/. Решить эту задачу можно, например, снабдив работаю1цих эффективными средствами защиты от повышенной температуры окружающей среды с применением генераторов холода. В ряду последних, вихревые генераторы холода занимают одно из центральных мест, как обладающие важными эксплуатационными достоинствами: небольшими габаритами и массой, надежностью и простотой в обслуживании» Вихревую трубу можно непосредственно прикрепить к защитной одежде, разместить в кабине практически любого транспортного объекта. Энергоноситель - сжатый воздух является доступным практически на любом предприятии* Однако в большинстве случаев сжатый воздух содержит пары влаги, а его осушка либо нерентабельна, либо недоцустима по гигиеническим соображениям. С другой стороны, до настоящего времени не разработаны однозначные рекомендации по конструктивномог выполнению как отдельных вихревых труб, так и многоступенчатых вихревых установок, работающих на неосушенном сжатом воздухе. Не изучены возможности и прегаогщества вихревых труб с внутренним и внешним оребрением камеры энергоразделения. Не разработаны схемные и конструктивные решения воздухоохладителей для средств ивдивидуальной защиты при parботе от источника сжатого воздуха высокого давления и для средств коллективной защиты при питании от высоконапорных газодувок и от пневмосети завода.Поэтому разработка конструкций вихревых воздухоохладителей для средств теплозащиты, поиск и изучение приемов повышения их термодинамической эффективности при работе на неосушенном сжатом воздухе является актуальной задачей.В работе защищается следующее научное положение: При работе на неосушенном сжатом воздухе для увеличения удельной холодопроизводительности вихревой трубы необходимо использовать - центростремительный радиальный вдув дополнительного потока в цилиндрическую камеру энергоразделения; - ступенчатое расширение воздуха с неравномерным распределением давления во ступеням - большим на первой ступени и уменьшающимся на последующих; - перфорированное внутреннее оребрение камеры энергоразделения с дополнительными каналами для реализации явления вторичного вихревого эффекта.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ состояния существующих методов индивидуальной тепловой защиты позволил сформулировать их основные недостатки и обосновать целесообразность использования вихревых труб в средствах теплозащиты.

2. Разработан типоразмерный ряд новых конструкций вихревых воздухоохладителей для средств теплозащиты, особенностью которых является применение вихревых труб четырех базовых диаметров.

3. Созданы и исследованы новые конструкции адиабатных вихревых труб, отличающиеся от известных применением радиального вдува дополнительного потока, отсечкой пограничного слоя диафрагмы, оригинальной геометрией вихревой зоны. Это позволило повысить их энергетическую эффективность, в среднем, в два раза при /А < 0,4 и на 16% при /И > 0,5.

4. Разработаны и исследованы ступенчатые и комбинированные схемы вихревых воздухоохладителей, обеспечивающие рациональное использование энергии сжатого неосушенного воздуха за счет оптимальной разбивки суммарной степени расширения по ступеням и утилизации горячего потока вихревой трубы последующей ступени для охлаждения камеры энергоразделения предыдущей. Это привело к увеличению их энергетической эффективности примерно на 25%.

5. Разработана и оптимизирована конструкция кондиционера на основе совмещенной воэдухоохлаждаемой вихревой трубы с полным оребрением камеры энергоразделения, позволяющего создать нормальные микроклиматические условия в кабине передвижного производственного объекта при Т0с ^ Введение в конструкцию вихревой трубы камер вторичного вихревого эффекта для утилизации энергии горячего потока, увеличило ее эффективность на 8.21 %, В результате, энергетическая эффективность кондиционера повышена до величины Я Л = 30%, что характерно для

L 9 вихревых труб с водяным охлаждением камеры энергоразделения.

6. Экономическое сравнение парокомпрессионного кондиционера КТ 1,0-4,IA и созданного вихревого показало преимущество последнего при числе часов работы в году не менее 2000.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС.- М.: Политиздат, 1978.- 256 с,

2. Азаров А.И. Разработка и исследование холодильников для транспорта: Автореф. дис. .. канд. техн. наук. - Одесса, 1974,29 с.

3. Азаров А.И., Цуратов CO., Олейников B.C. Энергетическая эффективность вихревых труб с центростремительным вводом дополнительного потока.- Холод.техника и технология: Респ. межвед. науч.-техн. сб., 1979, вып.29, с.57-60

4. Алексеев В.П. Исследование эффекта вихревого температурногоразделения газов и паров: Автореф. дис. .. канд. техн.наук, - Одесса, 1954,- 25 с,

5. Алексеев В.П,, Азаров А.И., Кротов П.Е. Температурно-энергетические характеристики сребренной вихревой трубы с жидкостным охлаждением.- Холодильная техника и технология: Респ. межвед. науч.-техн. сб., 1980, вып. 31, с.3-5

6. Андргощенко В,Н, Исследование влияния микроклимата напроизводительность труда рабочих угольных шахт, - М.: ЩИИЗуголь, 1972, - 52 с.

7. А.с. 204342 (СССР). Вихревая холодильная установка / Н.С.Николаев, Ю.В.Антонов, М.М.Сергеев, Р.Е.Окунев. - Опубл. в Б.й., 1967, № 9

8. А.с. 257301 (СССР). Газотеплозащитный костюм / Н.С.Диденко.- Опубл. в Б.й., 1969, № 35

9. А.с. 291075 (СССР), ^«хревая труба / Г.И.Воронин и др.Опубл. в В.И., I97I, № 3 10. А.с. 299712 (СССР), Способ получения холода / А.И.Азаров,В.А.Семенюк, - Опубл. в Б.И., I97I, № 12

11. А.о. 299713 (СССР). Переносной кондиционер / Г.И.Воронин,И.Д.Грушенков, Р.С.Тер-Ионесян и др. - Опубл. в Б.И., I97I, № 12

12. А.с. 316903 (СССР). Кондиционер /Я.Я.Якименко, В.Т.Осламенко, Б.Т.Нитенев. - Опубл. в Б.И., 1968, № 30

13. А.с. 435419 (СССР). Вихревая труба / А.И.Азаров и др.Опубл. в Б.И., 1974, № 25

14. А.с. 450058 (СССР). Вихревой энергоразделитель / В,В.Бирюк,А.П.Меркулов. - Опубл. в Б.И., 1974, № 42

15. А.с. 470684 (СССР). Шхревая труба/ А.И.Азаров. - Опубл. вБ.И., 1975, № 18

16. А.с. 456II8 (СССР). Вихревая труба / А.И.Азаров. - Опубл. вБ.И., 1975, № I

17. А.с. 556285 (СССР). Регулируемый щелевой диффузор вихревойтрубы / В.П.Алексеев, А.И.Азаров, - Опубл. в Б.И., 1977, № 16

18. А.с. 567906 (СССР). Вихревая труба / А.Й.Азаров и др.Опубл. в Б.И., 1977, № 29

19. А.с. 640093 (СССР). Способ работы вихревой трубы / А.И.Азаров. - Опубл. в Б.И., 1978, № 48

20. А.с. 641245 (СССР). Шхревая холодильная установка / А.И.Азаров, О.Муратов, Ю.М.Симоненко, Ю.В.Чижиков, Опубл. в Б.И., 1979, № I

21. А.с. 1002755 (СССР). Способ охлаждения воздуха / В.П.Алексеев, А.И.Азаров, П.Е.Кротов, - Опубл. в Б.И,, 1983, № 9

22. Бабалов А.Ф. Промьшленная защита в металлургии. - М. : Металлургия, I97I, - 359 с,

23. Бирюк В.В., Вилякин В.Б. Экспериментальное исследование охлаждаемой вихревой трубы. - В кн.: Вихревой эффект и его применение в технике : Материалы II Всесоюз. науч.-техн. конф. Куйбышев, йуАИ, 1976, с,90-96

24. Бобровников Г.Н,, Поляков А.А., Лепявко А.П. Современноесостояние и возможности применения вихревых труб в холодильной технике и в системах кондиционирования. - М. : даТИХимнефтемаш, 1978. - 53 с.

25. Бобровников Г.Н., Поляков А.А., Ильина Н,И, Исследованиеработы вихревых труб на влажном воздухе, - Холод, техника, 1976, № II, с, 25-27

26. Бродянский В,М, Эксергетический метод термодинамическогоанализа. - М, : Энергия, 1973, - 273 с.

27. Бычков Ю.А. Эксплуатация кондиционеров в кабинах кранов горячих цехов, - Металлург, 1979, № II, с, 44-45

28. Вихревые трубы с внутренним оребрением горячего конца /В,П,Алексеев, А,й.Азаров, А,В,Анисимов, Ю,М,Симоненко, - В кн,: Вихревой эффект и его применение в технике : Материалы

29. Всесоюз, науч,-техн, конф, Куйбышев, %АИ, 1976, с, 113- 119

30. Тетерников В.Н.» Куксинская Т.В,, Павлухин Л,В, Методические рекомендации по выбору параметров воздуха в помещениях и способов их обеспечения. - Науч. тр. / ВНИИ охраны трудаI 1976, вып.7, с. 68

31. Технико-экономическое обоснование проведения ОКР по теме"Проектирование установки кондиционирования воздуха для кабин электромостовых кранов цеха обжига окатышей фабрики окомкования ЦГОКа", - Кривой Рог : В.и,, 1980. - 7 с.

32. Технико-экономич(Вское обоснование разработки и внедрениясистемы охлаждения кабин завалочных кранов мартеновского цеха даз им, В.И.Ленина, разрабатываемой Донецким отд. КНИИ ГТ и ПЗ. - Донецк : В.и., 1979. - 5 с.

33. Черниченко В.К,, Гришин А,А, Исследование генератора холода для неавтономной индивидуальной системы охлаждения горнорабочих. - В кн.: Борьба с высокими температурами в угольных шахтах и рудниках : Тез, докл. Донецк, Б,и,, 1974, с. 212

36. Nevins Ralph. G. Temperature comfort and sense of localskin cooling. - J. Physiol, 1971, 65, H '^ 5, p. 556-558

37. Nevins Ralph G., Gagge A. P. The New ASHRAB Comfort Chart.- ASIffiAE J., 1972, t. 5, p. 41-45

38. Otten E.H. Vortex Tube. - Engineering, 1958, N « 4821

39. Pat. 2895215 ( USA ). Vortex Tube with Divergent Hot End /V/. P. Hendal. - Publ. 07.07.1959

40. Pat. 5105104 ( USA ). Portable Gas Conditioning Apparatus /R. H. Shackson. - Publ. 10.09.1965

41. Pat. 5192728 ( USA ). Protective Suits / T. Walter. - Publ.906.1964

42. Pat. 3291126 ( USA ).Air Cooling Unit for ProtectiveClothing and the Lake :/ R. R. Messick, - Publ. 02.07. 1963

43. Pat. 36705I8 ( USA ). Garment Cooling System / J. John.- Publ. 06.20.1972

44. Pat. 47-I8I57 ( Japan ). Portable individual use cooler.- Publ . 26.05.1972

45. Pat. 2037838 ( France ). Portable Individual Use Cooler /Brevet D' Invention. - Publ. 09.03.1970

47. Ezekiel M}, Fox K. Methods of Correlation and RegressionAnalysis Linear and Curvilinear. -• New York : Third Edition, 1959