автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Разработка и совершенствование батарейного циклона с интенсивным закручиванием потока в центральной части рабочего элемента

Уральская государственная горло-геологическая академия ¡"¡'ц 0 На правах рукописи

Мшггалэв Борис Алексеевич

РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ БАТАРЕЙНОГО ЦИКЛОНА С ИНТЕНСИВНЫ-! ЗАКРУЧИВАНИЕМ ПОТОКА В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ РАБОЧЕГО ЭЛЕМЕНТА

Специальность 05.05.06 - Горше машины

Автореферат диссертации ка соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 1993

Работа выполнена в Уральской государственной горно-геологической академии

Научиил руководитель - доктор технических наук,

профессор Ярцев В.А.

.Официальные оппоненты !

Ведушая организация -

доктор технических паук, профессор Зимин А.И. кандидат технических наук, доцент Тимухин С.А.

АО "Унипромедь"

Защита состоится "¿У" /-С- 1993г. в ч. на заседании специализированного совета Д 003.03.01 Уральской государственной горно-геологической академии 620219, г.Екатеринбург, ул.Куйбшева, 30.

С диссертацией ыохно ознакомиться в библиотеке Уральской государственной горно-геологической академии

Автореферат разослан // 1993г.

Ученый секретарь „_,

специализированного совета /^^Прокофьев Е.В.

I /">'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Промышленные предприятия, перераба-л?аювд1е сырье и полуфабрикаты, выбрасывают в окружающую преду ■•ромные количества весьма вредной для вдоровья человека пыли. Зъемы этих выбросов по мере роста промышленного производства ютоянно увеличиваются. В связи с этим разработке, действенных гр по защите окружающей среды и забота о сохранении здоровья ?ловека приобретает особую актуальность. Завдгга окружающей реды от загрязнения вредными выбросами промышленного произ-эдета стала важнейшей социальной проблемой.

Пыль, витаюшдя в воздухе, ухудшает общую экологическую об-гановку, причиняет вред здоровью людей, наносит значительный атериальный урон народному хозяйству, приводя к преждевремен-ому износу основные фонды промышленности, разрушая строитель-ыэ сооружения, объекты жилищно-коммунального хозяйства и т. п.

Важную роль в народном хозяйстве играет горнодобывающая ромьшшенность. Технологические процессы добычи и обогащения олеэных ископаемых сопровождаются сильным загрязнением возду-а пылью. Запыленный воздух на обогатительных фабриках, в арьерах, шахтах и других объектах горнодобывающей промышлен-ости отрицательно влияет на условия и производительность тру-;а, может стать причиной пылевых профессиональных заболева-;ий, наносит ущерб предприятию и окружающей его среде. От ка-юства окружающего воздуха зависит также состояние лесов, :ельскохозяйствнных угодий, жилищных условий в городах и гаселках, расположенных вблизи промышленных объектов.

Цель работы. Разработка конструкции, теоретическое и 1кспериментвльное исследование высокоэффективного и высокопро-гаводительного прямоточного батарейного циклона для испольао->ания во второй ступени очистки аспирационного воздуха от пы-м.

Идея работы. Повышение эффективности пылеулавливания в фямоточном батарейном циклоне путем:

применения циклонных элементов малого диаметра; применения закручивателя с лопатками конической формы с наибольшей кривизной у оси потока, оптимизирующими распределение тангенциальной составляющей скорости потока в поперечном

сечении циклонного элемента;

использования подводяшего диффузора с малым углом раскрытия для выравнивания графика осевой скорости потока в циклонных элементах;

применения рециркуляционной трубы с целью удаления некоторого количества воздуха из пылевого бункера в аспирационнук сеть, благодаря чему снижается вероятность возникновения перетоков воздуха между циклонными элементам! и попадания запыленного воздуха из пылевого бункера в уже очищенный воздух;

применения уплотняющих устройств с целью уменьшения возможности перетоков запыленного воздуха из одного циклонного элемента в другой;

увеличения условной осевой скорости в поперечном сечении корпуса циклонного элемента до 15 м/с с целью уменьшения возможности засорения закручивающего устройства пылью. №тоды исследования:

изучение эффективности пылеулавливания существующих пылеулавливающих аппаратов на основе анализа научно-технической и патентной информации и результатов обследования степени загрязненности воздуха и работы систем аспирации и пьшеочистки кварцеперерабатывающего цеха ЦУГРЭ объединения "Уралкварцса-моцветы" и предприятий УПП г. Свердловска;

теоретическое и экспериментальное исследование условий сепарации пыли в прямоточных циклонах;

аналитическое обоснование выбора рациональной конструкции еакручивателя с энергетической точки зрения;

определение оптимальных конструктивных параметров лопаток закручивателя циклонного элемента;

разработка конструкции прямоточного батарейного циклона с учетом оптимального закона распределения энергии потока по поперечному сечению циклонного элемента;

исследование и разработка конструктивных элементов прямоточного батарейного циклона для снижения перето!юв воздуха между циклонными элементами;

выявление оптимальных для повышения эффективности конструктивных и режимных параметров системы рециркуляции пыли в прямоточном батарейном циклоне.

Научные положения, разработанные лично автором, и новизна.

Проведены теоретические п экспериментальные исследования аэродинамики прямоточных циклонов. На основе этого сделан вывод о необходимости разработки возможностей изменения картины течения потока, анализа полученных при этом явлений и выбора оптимального варианта, обеспечивающего наибольшую эффективность пылеулавливающего аппарата.

Проведен анализ энергоемкости процесса сакручивэлия потока при различном распределении тангенциальной составляющей скорости по поперечному сечению циклонного элемента. В результате этого установлены зависимости, которые были использованы при разработке конструкции закручивателя.

Разработана конструкция закручивателя с лопатками конической формы, имеющими наибольшую кривизну у оси потока, реализующего требуемый закон распределения тангенциальной составляющей скорости потока по радиусу поперечного сечения циклонного элемента.

Разработана новая конструкция прямоточного батарейного циклона

Обоснование достоверности научных положений.

Достоверность правильности выбора основных конструктивных параметров закручивателя обоснована расчетом распределения энергии движущегося потока по сечению циклонного элемента батарейного циклона. Сопоставление результатов расчета с данными, полученными в результате проведения экспериментов, показало, что их относительное отклонение не превышает 3%.

Значение работы.

На.примере работы системы аспирации и пылеочистки предприятий УПП г. Свердловска и кварцеперерабатывающэго цеха ЦУГРЭ / Центрально-Уральской геологоразведочной экспедиции / исследованы причины недостаточной эффективности пылеулавливания групповыми циклонами. ' Показано, что повышение эффективности пылеулавливания системы аспирации и пылеочистки возможно за счет применения для второй ступени очистки прямоточного батарейного циклона с рециркуляционной трубой и эакручивателем с лопатками, имеющими коническую поверхность с максимальной кривизной у оси потока.

- е -

- Реализация выводов и рекомендаций работы.

Разработана техническг;. документация на прямоточный батарейный циклон, включающий !;4 циклонных элемента малого диаметра / 60 мм / с закручивателями, имеющими лопатки конической формы, и рециркуляционной трубой.

Прямоточный батарейный циклон изготовлен и внедрен в систему аспирации предприятий УПП г. Свердловска и кварцепере-рабатываюшрго цеха ЦУГРЭ производственного объединения "Уралк-варцсамоцветы".

Апробация

Результаты исследований доложены на научно-технической конференции Свердловского горного института, Свердловск, 1987г.; на техническом совещании при главном инженере объединения "Уралкварцсашцветы", Свердловск, 1988г.; на конференции Свердловского горного института, Свердловск, 1990г.

Публикация.

По предмету диссертационной работы автором опубликовано 7 статей.

Состав работы.

Работа содержит введение, 6 глав, заключение, библиографический список использованных источников из 94 наименований и приложения. Объем работы - 183 листа, включая 41 рисунок и 17 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ научно-технической и патентной информации по пыле-очистным устройствам центробежного типа и анализ результатов обследования степени загрязненности воздуха и работы систем аспирации и пылеочисгки КЕарцеперерабатывающего цеха ЦУГРЭ объединения "Уралкварцсашцветы" и предприятий УПП г. Свердловска показывают, что эффективность серийно выпускаемых в СНГ аппаратов центробежного обеспыливания не позволяет осуществлять обеспыливание воздуха с требуемой эффективностью очистки. Огромное число обеспыливающих установок работает с эффективностью, не превышаюшэй 50 X. При такой степени очистки в воздухе остаются неуловленными взвешенные частицы пшш размером менее 5 мкм. Суммарный пылевыброс остается значительным и наносит ущерб людям и окружающей среде.

Для достижения безопасной для здоровья людей нормы пыли в выбрасываемом в атмосферу воздухе требуется более высокая сте-

понь его очистки. Такую очистку запыленного воздуха легче осуществит^ используя двухступенчатую схему очистки.

В.качестве первой ступени очистки обычно применяются групповые циклоны. Но в них улавливаются только частицы пыли размером 20-30 мкм и более. При этом от 30 до 50 7. наиболее мелкой и опасной для здоровья людей пыли выбрасьшается в атмосферу. Поэтому необходима очистка воздуха во второй ступени.

В качестве второй ступени применяются различные фильтры, позволяющие очищать запыленный эспирационный воздух до необходимого уровня, но они отличаются высокой стоимостью, требуют специальных отапливаемых помещений и постоянного высококвалифицированного обслуживания.

Наиболее просты)«!,дешевыми и эффективными аппаратами для второй ступени являются батарейные циклоны.

Еысокая эффективность батарейных циклонов проявляется только при епсоком качестве их изготовления и при хорошо организованной эксплуатации, исключающих возникновение условий для нарушения аэродинамической стабильности. Для повышения эффективности пылеулавливания необходима конструкция батарейного циклона, исключающая неравномерное распределение потока между отдельными циклонными элементами, перетоки воздуха из одного циклонного элемента в другой и забивание циклонных элементов пылью.

С целью устранения недостатков выпускаемых в СНГ и за рубежи батарейных циклонов разработан и спроектирован прямоточный батарейный циклон, в конструкции которого нашли реализацию теоретические решения, полученные в ходе выполнения работы. К 5IX числу относятся! использование принципа прямоточности, что способствует снижению величины аэродинамического сопротивления батарейного циклона, применение закручивателя с лопатками конической формы, что позволяет оптимизировать распределение тангенциальной составляющей скорости потока с энергетических позиций, использование подводящего диффузора с малым углом раскрытия для выравнивания графика осевой скорости и исключения перетекав воздуха между отдельными циклонными элементами батарейного циклона, удаление некоторого количества воздуха из пылевого бункера в аспирационнун с«ть через рециркуляционную трубу, благодаря чему снижается вероятность перетоков воздуха между циклонными элементами и повыиается об пая оффогаивнс-сть

пылеулавливания, увеличение условной скорости в понеречном сечении циклонного элемента до 1Б м/с, что снижает возможность засорения пылью цшслонног .> элемента.

В связи с этим в работе поставлены и решены следующие задачи!

выполнены теоретические и экспериментальные исследования условий сепарации пыли в прямоточных циклонах;

выявлены пути создания энергетически рациональных аэродинамических условий движения пыли в описываемом циклонном элементе;

определены оптимальные конструктивные параметры лопаток аакручивателя циклонного элемента батарейного циклона;

разработана конструкция прямоточного батарейного циклона с учетом оптимального закона распределения энергии потока по поперечному сечению циклонного элемента;

проведены исследования и разработка конструктивных элементов батарейного циклона для снижения перетоков воздуха между циклонными элементами;

выявлены оптимальные для повышения г фиктивности конструктивные и режимные параметры системы рециркуляции пыли в прямоточном батарейном циклоне.

Швытение эффективности пылеулавливания при циклонной сепарации требует более глубокого изучения аэродинамики циклонного процесса и закономерностей движения твердой взвеси.

До настоящего времени при решении задач с использованием полей скоростей закрученного потока запыленного воздуха в циклонах недостаточно внимания уделялось распределению составляющих скоростей пылевых частиц по поперечному сечению корпуса циклона и отсутствовали аналитические выражения, показывающие изменение этих составляющих и правильно отражающие граничные условия.

1

Некритическое отношение к используемым полям скоростей среды значительно снижает практическую ценность расчетов инерционного удаления твердых частиц из закрученного потока запыленного воздуха. В большинстве расчетов движение пылевых частиц рассматривается в поле неизменного осреднешш скоростей, что значительно искажает истинную картину.

Поэтому одной из основных вадач данной работы являлось проведение подробных аэродинамических исследований движения

запыленного воздушного потока в прямоточном циклоне. Результаты исследований послужили основой для разработки и осуществления конструктивных мероприятий, направленных на повышение эффективности пылеулавливания прямоточного батарейного циклона.

Изучение закономерностей движения пылевых частиц в прямоточном циклоне производилось расчетами и экспериментальным метода»®. Была составлена математическая модель течения запыленного воздуха в прямоточном циклоне.

Уравнения движения такого потока имеют вид!

Ь f D / I "c>v\ i .

Iii ^Jrl-k Tr)^ Г=-*С> (!)

тГ^-L- bL ■ jr^-LlX : 7r kV'-rC Ur r br > L2 r dr ' -> ig>

где V//;^/- функция тока; Г, 3 - текущие координаты потока /г; £ - константы; Щ - радиальная, осевая и тангенциальная составляющие стрости пыяеЕых частиц.

Была поставлена краевая задача для уравнения (1) в об-насти меридианалыюго сечения циклона. В силу осевой симметрии области рассматривалась лить правая ее часть.

В результате для уравнения (1) были получены следующие 'раничные условия:

к ) ' *Г ~ ^k '

Т<*~ ~ 2Л > ТШГ jy > Гсс J* ' де Qo - количество запыленного воздуха, подаваемого п цик-:он в единицу времени, - количество запыленного воздуха, опадающего в циклон в единицу времени из рециркуляционной рубы.

Уравнение (.1) с граничными условиями (3) является матема-ической моделью осесишетричного течения запыленного вовдуш-ого пстока в прямоточном циклоне с отсосом части запыленного оздуха из бункера и подачей его в полость циклона через ре-кркуляционную трубу.

С целью выявления соответствия построенной математйческой

модели реальному течению потока и для определения режимных параметров были проведены непосредственные экспериментальные исследования течения вакр}чениого воздушного потока в прямоточном циклоне со спиральным подводом запыленного воздуха и самоотсосом■части запыленного воздуха из пылевого бункера циклона.

Анализ поля скоростей по их эпюрам показывает, что поток асимметричен относительно геометрической оси корпуса циклона, что объясняется спиральным подводом запыленного воздуха. Дня устранения несимметричности течения целесообразна симметричная закрутка потока, которая может быть получена применением различного типа закручивателей.

Статическое давление падает по радиусу к центру корпуса циклона, достигая минимума на оси корпуса.

СраЕнение экспериментальных эпюр составляющих скоростей потока и эпюр расчетных значений показывает их удовлетворительное совпадение. Достаточно хорошо согласуется и экспериментальная картина лилий тока с расчетной.

Б результате расчетов и эксперимента были определены, режимные параметры течения:. напряженность вихря , экспериментальная константа уравнения (1) С , расход воздуха в циклоне Qu и расход воздуха в рециркуляционной трубе (Qj.

Напряженность Еихря Л определялась по формуле

1 ^ f Г,

-А^

где и - экспериментальные значения тангенциальной составляющей скорости пылеиой частицы в двух соседних по радиусу точках, Vif - экспериментальное значение осевой составляющей скорости пылевой частицы в первой из этих точек, О и - рас стояния этих точек по радиусу до оси корпуса циклона.

Для проведения расчетов по уравнению однородного винтового потока (1) произведено осреднение напряженности вихря по частям объема циклона. Такими частями являются три вертикальных полосы со значениями радиусов: Л 0 4 <

г < г^. г < у- , то есть центральная часть ци-

клона около оси под рециркуляционной трубой, периферийная эонг возле стенок корпуса циклона и средняя зона между ними до ра-

- 11 -

диуса г,, устанавливаемого экспериментальным путем.

: После осреднения для правой части циклона получены следующие значения напряженности вихря:

Г' П ~ ,

л, - - о.в см , 0 г < л ,

^ - - 0,2 см"' , у« Г < г,,, (Б)

^ - - 0.05 см ', г/< г < |

Значения , Д^и использованы в качестве параметра К в уравнении (1) при расчетах.

Для определения параметра С в уравнении (2) использована третья формула, из которой следует, что С - 1Л/Г- /гу ,

и так как при

где тангенциальная составляющая скорости пылевой частицы возле стенкг в цилиндрической части корпуса циклона, значение С можно вычислить по формуле:

Для назначения граничных условий определена производительность циклона. Скорость входа запыленного воздуха в коллектор у-^-

где V,.- статическое давление, вычисленное по показаниям микроманометра, ^ ' ускорение свободного падения,^ - плотность подаваемого в циклон запыленного воздуха. Расход воздуха в циклоне

О о - - А'*.

где /¡¿(- площадь поперечного сечения входа в коллектор.

После определения режимных параметров потока произведено численное интегрирование основного дифференциального уравнения (1) с граничными условиями (3) по алгоритму и программе (10). Интегрирование произведено на квадратной сетке меридианального сечения. В результате численного интегрирования в узлах сетки получены численные значения функции тока ¥ С .2) и численные значения составллющих скоростей и Щ .

Исследования течения потока в циклоне позволили сделать вывод о необходимости разработки возможностей изменения картины течения потока, анализа полученных при этом явлений и выбора оптимального варианта, обеспечивающего наибольшую эффективность пылеулавливания аппарата.

- I о ..

If*

Ь глав© й проведен анализ энергоемкости процесса закручивая! и потока при различном распределения тангенциальной составляющей скорости пылевой -истицы по радиусу корпуса циклона.

Кинетическая анергия крутки цилшдричесгаго слоя потока

единичной длины в канале круглого сечения с радиусом R й

Е -J*f 7V(r)rdr, (8)

где R - радиус трубы, - зависимость тангенциальной составляющей скорости пыгевой частицы от радиуса г.

Из выражения (В) следует, что вид функции Zrf (г) влияет на величину кинетической энергии Е и, следовательно, в зависимости от вида Vri>{v) для закручивания потока будет требоваться различное количество энергии,

В реальных условиях на закручип-ише потока конкретным побудителем движения затрачивается вполне определенное количество энергии Е ■ const. Таким образом, для конкретного способа закрутки, реализующего определенный закон , выражение (8) Примет вид:

/}

Е - Jxftfflr)rdr = const . (9)

о

Далее поставлена и решена задача нахождения такого вида ^у(г), который обеспечивает быстра Гаже выделение из потока взвешенных в кем твердых пылевых частиц.

В результате анализа энергоемкости процесса закручивания воздушного потока' для различных законов распределения тангенциальной составляющей скорости пылевой частицы установлено, что нанбольпая величина интеграла/dr, пропорционального средней скорости транспортирования частиц к стенке корпуса циклона для Е - const, получается при гиперболическом законе распределения тангенциальной составляющей скорости пылевой частицы вдоль радиуса корпуса циклона.

Если считать, что тангенциальная скорость частицы и среды одинаковы, что справедливо для малых частиц, то для достижения больших радиальных скоростей движения пылевой частицы к стенке корпуса цгаслона следует с наибольшей тангенциальной скоростью закручивать приоеевие слои Еоэдукного потока.

Средняя радиальная скорость транспортирования пылевой

1 - lïf-iTf.; 2 - irf-VwfZTs

3 - щ -A t^ ß ¡ 4 - ¡

Б - Щ - * гГ% .

Глс. 2. График зависимости = Г J

1-J(r]-If4r ; 2 - í(rh- ;

3 4 - i(r)'Kplr<l¿(i- С J ;

частицы

ж -

о

где Т - время релаксации пылевой оастииы.

Время транспортирования пылезой частицы к стенка корпуса циклона будет минимальным при наибольшей величине средней радиальной 'скорости дйилэшш ее к

7

й У г

, ^ й т - шах.

п

с

В главе 4 проивЕеден анализ конструкции эакручивателей, обеспечивающих гиперболический закон распределения тангенциальной составляющей скорости пылевых частиц по радиусу - поперечном сечении прямоточного батарейного циклона: винтового, вакручивателя с лопатка »ли постоянной кривизны и закручивателя с лопатками конической Форш с наибольшей кривизной у оси корпуса циклонного элемента.

В результате экспериментов установлено; иа перечисленных выше закручивателей лишь закручиватель с лопатками конической формы с наибольшей кривизной у оси, при применении которого возникающая достаточно большая у оси центробежая сила

этбрасывает из пркосевой зоны потека даже мелкодисперсные пылевые частиш к стенкам корпуса, реализует требуемый закон распределения тангенциальной составляющей скорости пылевой частицы ю радиусу поперечного сечения циклонного элемента.

Глаза 5 посвящена разработке новой конструкции прямоточного батарейного циклона. Основными достоинствами прямоточных Затзрейных циклонов являются: высокая производительность и компактность. Однако существующие прямоточные батарейные цик-юны обладают целым рядом недостатков, основными, из которых 5вляются: повышенная металлоемкость, несколько меньшая эффективность пылеулавливания по сравнению с обычными циклонами и. эоэможность засорения пыльа закручивающего аппарата.

С целью повышения эффективности пылеулавливания прямото-лного батарейного циклона и его надежности в предлагаемом пря-

. - .16 -

моточном батарейном циклоне проведены следующие мероприятия:

с целью более равномерного распределения потока еопыленного вовдуха между отдельными циклонными элементами камера запыленного воздуха выполнена в виде диффузора с малым углом раскрытия и с центральным подводом запыленного воздуха;

для более плавного входа запыленного воздуха в циклонные элементы коллектор выполнен со скругленными краями;

с целью уменьшения перетоков запыленного воздуха между циклонными элементами в последних установлены уплотнения и применена рециркуляция запыленного воздуха из пылевого бункера в трубопровод с помошьв рециркуляционной трубы;

рациональное распределение тангенциальной составляющей скорости пылевой частицы вдоль радиуса поперечного сечения корпуса циклонного элемента достигнуто выбором закручивателя с лопатками конической формы с наибольшей кривизной у оси;

уменьшением диаметра циклонных элементов достигнуто увеличение центробежных сил, отбрасывающих пылевые частицы к стенкам корпусов циклонных элементов;

принцип прямоточности позволяет повысить производительность батарейного циклона и снизить энергозатраты, которые обычно составляют 70-801 от обшей стоимости очистки;

возможность засорения закручивателей пылью значительно снижается увеличением скорости воздушного потока, проходящего через корпус циклонного элемента (этому же способствует и пря-моточность воздушного потока).

В главе 6 рассматривается устройство и работа прямоточного батарейного циклона новой конструкщш, производится расчет энергетических затрат в отдельных элементах батарейного циклона и в циклоне в целом.

В главе 6 приведены результаты промышленных испытаний предлагаемого прямоточного батарейного циклона.

Работа выполнена на кафедрах >удничной вентиляции и охраны груда и Теоретической и прикладкой механики Уральского горного института.

Конструкция прямоточного батарейного циклона с рециркуляцией запыленного воздуха и закручивателем конической формы внедрена на предприятиях УПП г.Свердловска ив кварце перерабатывающем цехе ЦУГРЭ производственного объединения "Уралкварц-самоцветы".

Рис. 3. Закручшзатель с лопатками конической формы

- 18 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Основное содержание диссертации включает в себя обоснование актуальности проблемы обеспыливания воздуха, . анализ конструктивных особенностей и эффективности пылеулавливания существующих аппаратов центробежного обеспыливания, постановку задач работы, теоретические и экспериментальные исследования аэродинамики прямоточных циклонов, энергетическое обоснование выбора рациональной конструкции эакручивателя и разработку конструкции его, описание устройства и работы прямоточного батарейного циклона повой конструкции, расчет его и результаты промышленных испытаний.

Основные выводы по работе.

Одной из основных причин низкой эффективности пылеулавливания на горнодобывающих предприятиях является использование циклонов большого диаметра с целью повышения производительности их.

Перспективным направлением повышения эффективности аппаратов сухого центробежного пылеулавливания следует считать применение циклонных аппаратов малого диаметра. Это приводит к увеличению центробежных сил, действующих на пылевые частицы, что интенсифицирует перемещение последних к периферии потока. Использование-принципа лрямоточности способствует снижению величины аэродинамического сопротивления батарейного циклона и увеличению его производительности.

применение эакручивателя с лопатками конической формы позволяет оптимизировать распределение тангенциальной составляющей скорости пылевых частиц с энергетических позиций.

На основе проведенного анализа выявлены общие закономерности процессов центробежного обеспыливания, которые использованы для построения математической модели течения запыленного воздуха в прямоточных элементах батарейных циклонов, преимущественно применяющихся во второй ступени очистки запыленного воздуха от пыли. Математическая модель позволяет производить численное моделирование течения потока на ЭВМ. С ее помощью установлены общие закономерности формирования и взаимодействия течений в прямоточном элементе батарейного циклона и влияние на особенности течений его (сонструктивних и режимных параметров, которые еависят от конкретного способа закрутки потока и

- 19 -

конструкции закручивающего воздушный поток закручивателя.

В работе предложено энергетическое обоснование выбора рациональной конструкции еакручивателя на основе анализа уравнения сепарационного движения частицы пыли во врашдищемся потоке и его эволюции в зависимости от распределения кинетической энергии крутки потока вдоль радиуса поперечного сечения циклонного элемента. Путем анализа ряда конструкций вакручивате-лей на базе предложенной энергетической теории разработан зак-ручиватель с лопатками конической формы, реализующий рациональное для пылеотделения распределение энергии крутки потока вдоль радиуса поперечного сечения циклонного элемента.

В работе проведен анализ распределения энергетических затрат в батарейных циклонах, определены пути повышения эффективности их работы путем создания равномерного распределения потока запыленного воздуха по сечению циклона за счет применения в циклоне диффузоров и коллекторов и уменьшения перетокоз воздуха между циклонными элементами за счет применения рециркуляционной трубы

На йснове проведенных исследований разработана новая конструкция прямоточного батарейного циклона, в циклонных элементах которого испольаован предложенный закручиватель с лопатками конической формы. Разработана методика расчета батарейного циклона и рекомендации по его эксплуатации.

Разработанная конструкция прямоточного батарейного циклона с закручивателем с лопатками конической формы внедрена на предприятиях УПП г.Свердловска и в системе аспирации и пылео-чистки кварцеперерабатьшающего цеха ЦУГРЗ производственного объединения "Уралкварцсамоцветы".

Испытания показали, что предлагаемый батарейный циклон обладает высокой эффективностью очистки воздуха от пыли ^ -877. на тонкодисперсной пыли, уже прошедшей первую ступень очистки-в циклонах, и низким аэродинамическим сопротивлением ¿/>«500 Па, что ниже в 2,5 раза по сравнению с противоточными батарейными циклонами типа 5ЦРН-1Б0.

Основными результатами работы являются: • теоретическое описание и исследование аэродинамики прямоточного батарейного циклона;

энергетическое обоснование выбора рациональной конструкции закручивателя;

- 20 -

разработка и обоснование новой рациональной конструкции закручивателя с лопатками конической формы;

разработка основ рационального конструирования отдельных узлов и элементов батарейного циклона;

разработка новой конструкции прямоточного батарейного циклона с высокой эффективностью очистки и низким аэродинамическим сопротивлением.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. В. А. Ярцев, В. К Рожкева, Б. А. Мингалев. Анализ энергоемкости процесса закручивания при различном распределении тангенциальной скорости по радиусу. J Сб. "Физическое и математическое моделирование процессов горного производства", М.: Деп. В ВИНИТИ N 3421-В88.1983,с. 46-70.

2. Е А. Ярцев, В. К. Рожнева, Б. А. Ьшнгалев. Оптимизация работы прямоточного циклона с рециркуляцией. Тезисы доклада на Всесоюзной научно-практической конференции. Свердловск, 16-19 ноября 1989г. 2с.

3. В. А. Ярцев, В. К. Рожнева, Б. А. Мингалев., Т. Н. Осадчая. Мультициклон для очистки аспирационных выбросов от пыли. .Тезисы доклада на конференции Свердловского горного института. Свердловск, 1990, 0,6с.

4. Б. А. Мингалев. Определение величины коэффициента аэродинамического сопротивления прямоточного мультициклона / Сб. "Физическое и математическое моделирование процессов горного производства", 1£:Деп. в ВИНИТИ N 2612-В90.1990, с. 72-88.

5. Е А. Ярцев, Е К. Рожнева, Б. А. Мингалев. Экспериментальные исследования поля скоростей, создаваемого эакручивателем с коническими лопатками. Изв. вузов. Горный журнал, 1990, N 12. с. 44-46.

6. Е А.-фцев, Е К. Рожнева, Б. А. Мингалев. Энергоемкость процесса закручивания потока в центробежных пылеулавливающих аппаратах. - Изв. вуэов, Горный журнал, 1991, N 1, с. 47-51.

7. а А. Ярцев, Е К Рожнева, Б. А. Мингалев. Математическая модель течения газа в прямоточном циклоне с рециркуляцией. -Иэв. вузов, Горный журнал, 1991, Н 2, с. 8-11.

Подписано к печати 19.11,1993г. ^ошат бумаги 60x84 1/16 Печ.л.1,3 Тарак 100 экз. Заказ ЗС4

^отацрапа' л'к г .Екатеринбург ,уд .к^Оишева зи '