автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Снижение пылевыделения в процессе изготовления формовочных смесей литейного производства

MlfíICTEPCTBO ОСВ1ТИ УКРА1НИ ' P F S $1&СЬШ 1НЖЕНЕРНО-БУД1ВЕЛЬНИЙ ШСТИТУТ

На правах рукопису

ЛЕБАРЕЦЬ Олександр Петрович

ЗНИЕННЯ ВИД1ЛЕННЯ ПИЛУ В ПРОЦЕЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ФОРМОВОЧНИХ СУМ1Ш1В ЛИВАРНОГО ВИРОБНВДГВА

05.23.03 - Теплопостачання, газопостачання, вентиляц1я, кондшцювання пов1тря i осв1тлення

Автореферат дисергацП на здобуття вченого сгуленю кандидата техШчних наук

Khïb - 1993

Роботу виконано у Кигвському ¿нжэнврно-будхвелыюнгу Нютитут (К1Б1) та Державному науково~досл1дному 1нституП сан!тарно технжи обладнання 0уд1вель та споруд (ДаржЩПСТ). •

Пауков! кер!вники - кандидат техн!чних наук, професор Б.О.Потапов

- кандидат техн!чних наук, ведучий науков (ливров гшик МЛ .Петриченко

опоненти - доктор техн1чпих наук, ведучий науковий сп1вроб1тник СЛ.Прийомов

кандидат тех!йчних наук, старший науковШ сп!вроб!тник А.Ф.Заборспн

ПровЦна установа - Кигвський институт медидини прац1.

Захист дисертацЦ вЦСудвться " И " ^¿¿'-¿УШ 1993 року I годин! на аас!данн1 Спец!ал1зованог Ради К 068.05.08 Ки1всь-гн»енерно-буд!вельного 1нституту за адрвсою: 252037 М.КИ1В-37, Пов!трофлотсъкий проспект,31, К1М.466.

3 дисертац1ею можна ознакомитесь у б1(5л!отец1 К1Б1.

Автореферат роз желаний ШЛ 1993 року.

В1дгуки на автореферат у деох прилпрниках за. пЦписом, за-твердженим печаткою, прохання надсилати за адресою: 252037'м.Шв-37, Пов1трофлотськнй проспект,31, К1Б1, Вчена рада.

Л

кого

ВЧЕНИП.СЕКРЩР спец!ад!зовзно! ради кандидат техи1чних наук, професор .

В.Ф.ШСОРЧЕВСЬКА

ЗАГ/ЦШ ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

А ктуальн ] сть роб| 1ти.

Захист атмосферного повггря в!д затруднения промислоьимк видами, забезпечення нормованих умов прад! стае все 61.ныл складною актуальней проблемою.

На п Цприймствах р1зних гаяугей прочигловоет!, виготовляючих роои а чавуну заиибим литва у п1счан! форми, наприклад, на заво-х сантехобладнання, ширено використойують ливарн! п1ски, як1 в новним джнрелчм пилс?утворення. Бид1лення сШкозонебезпвчного ду спостврп'авться не т1льки в]д технологичного обладнання та у' едях переошюк, а й вздобж, як правило, в1дкритого транопорту-ння фнрмовпчиих матер¡ал¡в.

Застооування р1эн>">ман1тних кпнотрукц1й укриття разом з систе-ми аопгрядП не забезп^чують наложного захисту навколишнього редоьшца в1д пилевидкявння.

У зв"язку ь цим актуадьним завданням е доелдаання та розроб-мйтод1б та пристротв, що доеволяють знизити утворення й вид1-ння пилу у чаьуноливарному виробнидтв!.

Ммта роботи.

ВирПиення комплексу питань, опрямованих на зниження пилевид!-ння у виробничих прим!щеннях шляхом активного вентилювання фор-вочних матер1ал1в перед поданням !х у технолог!чн1 процеси.

Основн! „задач! роботи.

- досл!дити процес виносу др!бних фракц1й часток при вентилю-нн1 поевдоор1дненого шару пол1д1сперсного матер1алу;

- на пЦстав! проведених доп.п)джень розробити високоефектив-й аеродинам)чний пристр1й для вентилювання формовочних матер1а-в;

- визиачити оптимяльн1 умови ефективниго обвзпилення формо-чних матяр^а.чгв у у.чприпонованому пристро!, роаробити методику женерниго розрахунку.

Наукива новизна,

- на (11 дптав! в1домих до'.иджень запропонована зллижн1сть для значения питии«'! мж.и ьин»оимих часгик а т^вдш.рЦж-ииги шару тер1алу (ун1ф1 кован* константа сепарац!?), що в1д1мзнявться в!д нуючих ШИрШеК) облаоТЮ гигначення 1 ДчйНОЛЯв оПр«Ц.1лкТИ еинос .льоьих Фракц]й;

- запропонован! формули для вигначення середнього кута ф!лз трацП пов!тря кр!зь шар матер!алу~ 1 почэтково! швидкост! руз шару, на п1дстав! яких эапропонований математичний опис лроцв( руку материалу по щльовим газорозподыьним реш!ткам й визначв( терм!н обезпилення матер1элу в аеродинамочному пристро!;

- на гцдстав! вище вказзнного анал!тично одержано математ ний опис процесу виносу пильових.фракц!й при вентилюванн! сипкси матер!алу, який транспортуеться по- щ!льов!й гаэорозлод!дън1й ре ш1тц1;

- запропоновано авродинам!чний пристр!й для вентилюваи (обезпилення) сипких матер1ал1в у псевдоор1дненому шар! 'при трап спортуванн! по цЦльовим гаьорозпод!лъним реш!ткам, а.с.№ 1557024.

- розроблена методика розрахунку аеродинам!чного пристрою дл обезпилення сипких матвр1ал1в.

Практична д!нн!сть.

Роэроблен! конструкцП аеродинам!чного пристрою та асгирацШ но-сепарац!йно! установки для обезпилення формовочних матер1ал! перед поданням 1х у технолоПчн! процеси. Установка впроваджена т досл1джена на Колп1нському чавуно-ливарному завод!. Визначен! оп тимальн! умови ефективного обеспилення формовочного п!ску в аеро динам!чному пристро!. Результата. виробничих досл!джень свЦчат про пол!пшення умов прац1 та зменшення забруднення навколишньог середовища (забезпечення ПДВ). Зниження запилованност1 пов1тря : робоч1й зон1 спостер!галось у 20-25 раз!в. до р!вня п.д.к.

Розроблена конструкц1я зернистого ф1льтру з аеродинам!чни] пристроем як вузла регенарэцН зернистого наповнювача.

Результати !спит!в розроблэного пристрою д'озволяють рекомен-дувати його до застосування у 1нших галузях народного господарст-ва.

' Впровалження результата. .

Асп1рац!йно-сепарац1йна установка з,аеродинам!чним пристроег продуктивна™ Б т/г формовочного п1ску впроваджена на Колп1нсько-му ливарно~механ1чному' завод!Р1чний економ1чний ефект склада« 2607 крб./р!к,, а в!дв0рнен! економ!чн1 збитки навколишньому сере-довищу - 37729 крб./р1к (в ц!нах до 1992 р.)-.

На Ки!вському верстатобуд1вному 'ВО 1м. О.М.Горького впровад-¡кений зернистий пилеуловлюрзч з •аеродинам!чним пристровм в якост1 вузла регенерацИ зернистого наповнювача. ■ •

Апробад1я роботи.

Результаты пращ допов!дались i були схвален! на Всесоюзной 1уков1Й конференц!! "Ускорение научно-технического прогресса в юмышленности строительных материалов и строительной индустрии" у ¡лгородському технологичному 1нститут1 буд1вельних матер1ал!в 1м. А.Гришманова (м.Белгород, 1987 р.). 28-й науково-техн!чн1й кон-ipeHiiií молодих вчених та спещ.1ал1ст1в ВО Союэсантехпроект у Хар-вському ДПГ '.'Сантехпроект" (м.Харк!з, 1987 р.), на науково-1актичних конференц1ях професорсько-викладацъкого складу, acni-ihtíb 1 студент1в К1Б1 1992-93 рр.

У 1988 р. робота була представлена на м1жгадузев1й виставц1 ;зобретательство и рационализация - 88" на ВДНГ. СРСР, де була рстовна cpifiHox медал!.

Публ1кац1!.

За темою дисертацП опублжовано 12 друкованих праць. Основ-науков! положения роботи В1дображен1 у 9 is них.

Обсяг роботи.

Дисертац1я викладена на 175 стор1нках машинописного друку 1 ладаеться Í3 введения, чотирьох глав, висновку, перел1ку л!тера-ри i додатк1в. Робота 1люстрована 18 таблицями i 251малюнками. исок використано!'д1тератури складае 112 найменувань.

ОСНОВНИЙ 3MI0T РОБОТИ.

Прочее виготовлення вироб!в у чавуноливарному виробництв! годом литва у п1счан1 форми зв"язаний з перем!щенням i техноло-чною переробкою значних мае формовочних матер!ал!в.

Технолог1чн1 процеси переробки í транспортуванния формовочних гер!ал1в супроводжуються значним вид!ленням у виробнич1 прим!-иня кремн1земскладального пилу, внасл!док чого спостер1га8ться г1ршення сан!тарно-г1г1ен1чних умов у роб!тнич1й зон1. Концент-11я пилу в пов1тр1 на робочйх м1сцях в сумшескладальному в!дд1-досягав 20-25 мг/м'. До пилоутворюючих фракц!й у формовочних repiaaax сл1д в1дносити частки розм1ром в!д 0,1 до 100 мкм.

Наявн1стъ у формовочних матер!алах пилоутворюючих'фракций в 5ажаним i за технолог iчними уловами, тому що знижуе газопроник--1НЯ ливарних Форм, що негативно впливае на як!сть литва.

Досшдженнями вртановлено, що початкова наявн1с.ть пилеутворю-ix фракЩЙ у формовочному Шску складзч 1,5 - 4%, а п!сля вибив-

к.и форм 4 — 6Яг.

1э експериментальних дослзджень Коузова П.А. та Киоельоьк Л.М. в)Дммо, що змечиення ккчькост! пи.чоутворюючих часток у форм*, вочном.у гпску з 4 до 0,5$ знижуе к!льк1сть пилу, що видз'ляеты при йог'о перевантаженн 1 з конвейер* на конвейер, у Б раз!в. Той одним 1а оснобних заход!в по зниженню пилоутворення 1 надходжень пилу у пов1тря виробничих примщень сл1д вважати попередне вил^ чення др^бних пилоутворюючих фракщй !з формовочних матер1ал1 перед 1х використанням в основних технолоМчних процесах.

3 л!тературних джерел в!домо, що нзйб!льш ефективними засоба ми обезпилення матер1ал!в е ситов!йний процес та вентилюванн (пневматичний метод). Очевидно, що найб!лыпа ефективн1сть лежал1 зацИ пилевидиення 1з сипких матер!эл1в може бути досяГнута ти заепбом, який за характером аналог1чний .виробничим умовам пилеви д1лення, а за величинами оначимих параметров леревищуе 1х, тобт актавним вентилюванням.

1з р1зн0ман1тних засоб!в пневматичного под!лу для обезпиленн формовочних матери ал1в найбиьш припустимим 1 технолиг!чним дл чаьуноливарних пЦприемств сл!д зазначити вентиливання при псевдо ор!дненн! сипкого матер1алу у аеродинам1чному пристро!. ?-апропоно ваний автором аеридинам!чний пристр!й за а.с. # 1Б57024 вддр!зня еться в1д в1домих конструкцию щиьово! пов1трерозпод1льно1 реш1т ки та наявнюттю осадкуючих Г-подИних пластин, що встановлюютьа у М1сц1 розвантаження матер!алу. Поеднання у цих пристроях процесс транспортуванния, охолодження й обезпилення.дозволяв викорис-тати 1х у транопортнб-технолоНчних л!н!ях виробництва.

1з чисельних праць з теор!! псевдоор!днення лише незначш частина присвяченз пронесу пофракцШного лод!лу сипких матер!ал!в,

В1домо, що швидк!сть виносу часток пилу на одиницю площ! про-порц1йна концентрацП цих часток у шаров 1 матер1алу.

_ I <±а = -у е (x)

3 л с м .

Для визначення конртанти семчрац! I 1снуыть емп!ричн1 формули, одержан! Ч.Я.В^нпм 1 Р.Ф.Хьи!ин['ером на пЦстав! узагальнення екс-Периментальних.результатов Г.Л.Осберга, М.Лева та 1н,

■ Сф-^п>

М,7 10 - —----

Щ. в>

/е *

С.Ягии та Т.Аочи запропонували гряф1чну кореляц1ю для визначе

ня константи швидкост1 виносу, яку И.Вен та Ч.Я.Вен апроксимували р!внянням:

л: =

* <5

1,5-1

(3)

Незважаючи на чисельн! дослдаення щодо систем твёрд! частки - газ, до цього часу не запропоновано узгоджених задежностей для розрахунку виносу часток 1з шару матер1алу, що вентилювться. Формул ли (2), (3) мають вузьку область вивначення, за межами яко! вони дають значне розходження м!ж собою та результатами експерименту. Так, вапропонован1 кореляцП справедлив! у межах зм!ни параметр 1в процесу:

0,165 < Р < 1,2 кг/м3 41 10~в< <5 <■ 147 Ю""м 1300 < рм< 5000 кг/м3 0,22 < Уф< 1,32 м/с 1.П.Мухленов в!дм!чав, що формули (2) та (3) для розрахунку константи сепарацИ к на межах облает! визначення параметр1в дають розходження до 27Ж й використовувати !х можливо як ор!ентован!.

Процес обезпилення сипкого матер!алу при перем!щенн! його по щ!льов!й жалюз!йн!й реш!тц! мал.1 проходить у пром!»ку часу, який

I 4 5 3 2

(4)

Мал.1. Схема руху матер!алу в аеродинам1чному пристро!: 1-завантажувальний вузол; 2-розванта*увалъний вузол; 3- транегюртний канал; 4-пов1трарозпод1льний канал; 5-иЦльова жалюз!йна реш!тка.

залежить в1д довхини реи1тки i сэредньо! швидкост! руху матер!ал по н1Я. На початку газорозподишно! "реш1тки 1з шар у по лпжзернови каналам переважно виносяться частки пилу, що внаходяться у в!льно му стан!. При подэльшому перемщэнн1 матер1алу в!дбувавться вид! лення зв"язаного пилу, який утримувэвся на поверен! б!льших часто силами здгез!!. -

ЕФактивн1сть вентилювання (обезпилендя) псевдоор!дненого шару матерiaiy.

Для математичного опису процесу' Евнтилювання сипучого матер!-алу, що рухаеться вздовж нЦдьово!. газорозпод!льно! реш!тки, вико-ристаемо в1доме диференцайне р!вняння.

dm _ _ К S di m ~ Н • .

Площу пЦльово! жалюз!йно1 реш!тки 1 масу рухомого шару подамс у вигляд!:

s - ь l (6)

м = cf ь i (7>

ГИдставив вирази для визначення s-1 н у диференц!йне р!вняння (5), отримаемо:

cJifi К L d I / о \

1з експериментальних досд!джень О.С.Разворотнева в!домо,що рух шару сипучого матеруалу вздовж жалюз!йно! репптки е р1внопри-скореним по довжин!, що дозволяв р1вняння руху навести у наступно-му вигляд!: ■ и t .

L, = 1-0,5

н : ки dt

i- ^i^r ' . <I0>

П1сдя 1нтегрування i дек!лькох пвретворень здобудемо р!вняння для визначення .ефективност! вентилювання (обезпилення) сипучого матер!алу, що рухаеться по ицльов1й. жалюз!йн1й реи!тц1.

ги к

е - 1-

1-0,3 At

9 Ai (ХГ>

• . Вважаючи,' що константа швидкост i виносу к е функцшю в 1ц диметру виносимих часток, р1внянн'я (II) можебути використане для визначення лофр^кц1йно! ефективност1 обезпилення сипучого матер!а-■лу. Вагальну ЦнтегральнУ) ефекадвн!сть вентилювання моыиво виа-начити за формулою : , •

ачити за формулою :

£■_= jr(<5) Ф(6) dó (12)

Одержан! р!вняння (1Г) i (12) можливо використати щодо моде-овання процесу вентилювання сипких матер!ал1в, попередньо визна-1вши залежност! для константи швидкост1 виносу пильових часто« к, эчатково! швидкост! прискореного руху матер!алу ио, прискорення /ху шару л , в!днесеного до довжини жалкшйно! реш!тки та часу знтилювання сипкого матер!алу у аеродинам!чному лристро!.

На мал.2 наведен! граф!ки залежност! константи швидкост! ви->су ас в!д розм!ру виносимих часток ó побудован! за формулами (2) i (3) для формовочного п!ску (крив! I 1 2). На'граф!ках видно шриродне зниження величини константи швидкост! виносу к при юншуванн! розм!ру виносимих часток, що обмежув область викорис-1ННЯ формул (2) та (3) по параметру ó (нижча межа).

метру вичосимих часток <5 при иф=1,2 м/с; Р=1,2 кг/м"; ^=15,06 10"вмг/с; рп=26Б0 кг/ма: I - по формул1 (2); 2 -по формул! (3); 3 - по формул! автора (21).

60 мкм (Лб?< 1) при вентилюванн! формовочних матер¡ал!в (рм= рп 2650 кг/м3) 1снуюч! формули для визначення константи швидкост виносу пилу к використовуватись не можуть.

Визначення залежност! для обчислення константи швидкост! ви носу деабних часток за межами облает! визначення Юнуючих кореля ц!й вимагало проведения додаткових анал1тичних дослЦжень автора.

Винос пилу з псевдоор!дненого шару матер!алу.

Константу швидкост! виносу визначимо з диференц!йного р1вняь ня (I), записавши його у вигляд1:

"-г;1'- £ <13>

д (

Де г - мШмально необх1дний час для виходу частки пилу <5 1 вентилюемого шару матер!алу, Визначаеться як необх!дний час дл* перем!щення частки на довжину, що дор!вню8 II д!аметру 6 (кал!с РУ).

&

(14)

Масу часток дтт що вид!ляються з псевдоор!дненого шару за чг т, визначемо з другого закону Ньютону :

р у п т

йтт= сп ^ (15)

Поставивши в1дому эалежн1сть для визначення швидкост! вит< ння часток

з спР отримаемо :

' / 4 * р"6 -

"п- / 3 г - (16)

д« = | Рпб Е/. • ' (17)

о -

Виконавши п!дстановку р!внянь (14) й (17) у (13), маемо : К = | Рп<У$Гуп) * ■ (18)

Дв. . ' г

м Ед '

... ■ * = . (19)

Заэначене_ в!дношення сумарних пдощ перетину часток пилу, I виносятьоя з единиц! площ! шару.за час т, до концентрац!! цих час ток у шаров! матер1алу, назвемо критер!вм виносу Названий пар; метр заложить в1д д!аме'гру виносимих часток <5, 1х иЦльност1 аеродинам!чних влэстивостей часток /п, сп та швидкопт! л!дйомно]

в

этоку пов1тря Тод! критерЮ виносу у першому приближенн! мохе >>ти визначеним через критер1й Рейнольдса у нэступному вигляд! :

(20)

1з сум!сного р1шення вапропоновано! залежност! (18) з ураху-энням (20) 1 в1домих залежностей (2), (3) для визначення констэн-1 с.епаряцП к були знайден! коефппент п та ступ1нь пропори1Й->ст! ру. В результат 1 маемо залежн1сть для визначення константи ?парац1! (13), що зобрачсено на граф!ку кривою 3 (мал.2):

-v

V

72(5

(21)

К = 4,34 1СГ Гп(Сф

Як видно з граф!ку, для часгок сНльше 60 мкм (кеп>1) одержана )лежН1сть (21) дав сх1дний результат з формулами (2) та (3). При 1еншенн1 Д1ам«тру виносимих часток значения константи швидкост! 1носу к, визначене за формулами (2) й (3) зменшуеться, а 1значене по формул'! (21) зЙ1льшуеться, що воображав ф!зичну даль процесу.

Таким чином, р!вняння (21) вгдображае залежн!сть константи -идкост! виносу к в)д параметргв процесу ! мае при цьому ширшу ластъ визначення.

Для переярки наведених аналогично одержаних формул виконан1 оп^рим»нтальн1 дчсл1дження.

Схема запропонованого аеродинам!чного пристрою за авторським 1доцтвом № 1557024 для проведения експериментальних досл!джень иредена на мал.1.

Мета доолдджень запропоновяно! конструкцН аеродичам!чного истрою складаеться у виэначенн! еф^ктивност! обезпилення сипучо-матерхалу при його вентилюванн1. При цьому як з наукового, так з практичного боку е уац1кавленн1пть у розгляд] процепу виносу -■ток дрк'Н'и ФракцП I транопортування псевдоориненого шару герИлу взд-чни щи^ичк газоро»1юд5льно1 решРгки.

Рух. П1 а ру. .си пуч",; го_ мате у аиу_ вадовж повггрет""'ЗП''д1 лъног респтки.

у пронес! досл!джень встанорлено, що початкова швидк!сть руху ''У ичт'-'рьау тьидко»'т1 витания частик мат^р1алу у

) та ■.п'унени пойму »ц. ¡днення ы (у ). Анал1з можливого впливу лих фактор ¡ь на н^мэткиву швидк1>:ть руху внру мчт^илу и »начив м.•»линий ьплиь ииччмЛ и|ч>дукти*Н'»:т1 ■/ \\ ).

•/ п-ич.«.' »у.лит—'н! функцЬ» ¡¡..д »м<• *и''лял1 под]но-

ма першого отупеню а взаемоддею факт^рхв: у1х)=а +а X +а X +а V +а X X -М у. x +.1 XX +.4 X X X (22)

' ' п »»а <•>**> < -з « •э ^ з 9 а 19а ■ 9 1 '

Для ьианачення коеф!ц)внт1в у р!внянн1 (14) проведений повни факторний екоперимент.

Варшвання значениями фактор!в зд1йснювалось за рахунок зм1н зернового складу о5о, тдльност! часток сипучого материалу рм т витрати повгтря н. В' якост! сипучош материалу викиристовувалис формовочний п!сок 1 зерно пшениц1.

Методика проведения дослхджень, зв"язаних з визначенням по чатково! швидкост! руху шару 4» ззснована на вим!рах висоти шар; но та середньо! швидкост 1 ф!льтрацП пов1тря Кф. Висоту вентилюе мо.го шару но виэначали на початку дичянки прис.кореного руху шар; матер!алу за допомогою м1рно! лднМки, а середню швидклсть фьльтр. ц11 Кф за формулою :

у, = -У— (2Я)

Числи псеьдоор дднення шару сипучого матер!элу визначали п< ■формул!:

' * = ^ (24)

кр

■На мал. 3 наведет експериментально одержан! графдки залеж-ноет! початкоьо1 шбидкосг! руху ыару в 1д значимих ф-дктор1в.

Пор!вняння оц1нок корфдщентгв виявило, що значимими факторами е швидкють витания часток сипучого материалу (х ) та сту-п!нь псевдоор!днення 'шару и (х ). .

На пЗдстав.1 анаи!иу розм1рностей запропонованого математично-го опису залежн!сть початково! швидкост! транспортування вентилюе-'мого шару материалу (22), рийимо висновок, що формула для визначення у(х) повинна мати вигляд:

у(х> = п х х . (25)

' и 1 г 4 '

П!сля обробки результат1в експерименту маемо: Ьп= 0,14 (26)

Uo,

ф

2

i

О 2 к_6_8 Ум, М/С

О / 2 3 N

Мал.З. Графгк залежност1 початково! швидкост! руху шару

матерiajiy в1д швидкост! витания часток матер!алу vH та числа псевдоор!днення n.

Для визначення часу ввнтилювання t та прискорення руху мате-злу на 1иДльов1й жалюзШМ реш!тЩ л було роэглянуто рух мате-элу i продес, ф1льтрадП пов!тря через псевдоораднений шар у ?одинам!чному пристро!. При цьому було використано результати :л1джень О.С.Разворотнева та графоанаИтичний метод розрахунку эуму повй'ря у псевдоор ¡дненому mapoBi матер!алу, запропоновано-

H.А.Шаховою та Г.А.М1наевим.

Для знаходження значеннь коеф1д1ент1в у запропонованих автол формулах були проведен! в!дпов!дн! експериментальн! досл!дже-

I, в результат!^яких получен! залежност!:

и

•J

dx

U .+ о

/tt( Х- 0,3 dx)

(27)

3 сф Р уф ct9Г„ , sinci + -2-2-^ (28)

4 о р.,

де

tgro « 0.1707 [YJ2'4<W01 (29)

Деталь»ime це питания розглянуто у дисертацП. Запрогюнован! залежност! (II), (Т2), (21), (26) - (29) duals' И

Пуск

[—2--—1--

Введения 1 виведення початкоиих даних

Розрахунок швидкост1 витзння частой материалу

г-4-

Розрахунок швидкост1 початку псевдоор!днення матер1алу

Розрахунок початково! пгоидкостЧ руху шару материалу

£

-И---

Розрахунок пофрекц1йно! ефек-тивност] обезпилення матер! ал;

—12--—-

Розрахунок ¡нтегрально! ефек-тивност! обезпилення матер! ал*

13-

Да

г-14—---

Розрахунок комплексно! функпН оитим!зац!1 обезпилення

Розрахунок параметр¡в плоского налягаемого струму в псевдо-ор!дненому шар! матер!алу

Розрахунок параметр1в потоку пов1тря в псевдоор!дненому шар!

—15--

Виведення результат]в роэрахунку

-16-

Е^пинка

_8-- Розрахунок тр1 вання ша^ шалост! вентилю-в пристро!

Розрахунок д1аметру винисимо! частки максимального розм^ру

_!б-:--—--

Розрахунок пофрактйно! !нтен гивнопт! виносу пилу гз.иару матер! ал у

0

Мак.4. Влок схема алгоритму методики розрахунку аеродинамхч Цп|Ч| Пристрою.'

дають основу математичного опису та ¡нженерно! методики розрахунку аеродинам1чного пристрою для вентилювання сипких матер1ал1в в метою 1х обезпшгоння. Блок-схема алгоритму методики наведена на мал.4.

Експериментальне досл!дження процежу обезпилення сипучого Материалу.

■> Метою доол]джень процесу обезпилення сипких матрр!ал1р в аеродиням1чному пристрп! е експериментальне п!дтвррдження запропо-новано! еада>*ност1 (21) для визнач^ння констянти швидкост! риносу пильових часток ¡а вентилюнмого шару материалу й иерев1рка адек1-ватност! запропонованого мат«матичного опису.

Па продел обезпилення впливае значна киьюсть 'факторов. 0сновн1 з них в1дображен1 у запрононованому матйматичному опис1 процесу обезпилення сипких матер1ал1в у а«родинам'1чному пристро!.

3 метою скорочення к!лькост! эксперимент1в 1 отриманнл най-сНлыи достов5рних результат1в, досл!д*ення проводились при вар1ю-ваннг найсНльш значимих фактор!в,

На гндсгав1 анализу вкладу кожного фактора значимими факторами явллються :

• екв1валентний д1аметр часток матер!алу - оэ= о //„; швидкшть ф1льтрацП пов!тря -довжина жалюз1йно1 реаптки - ¿.; зах!д щ1лей у жалюз!йн1й репитц! - г; кут нахилу жалюзШо! реиитки - с*.

Таблидя 1

Кодування 1 1нтервали вар1ювання фактор 1в

Найменування, поз- Код Р1ВН) варНэвання фактор1в Инт.

Я начення, одиниця фак- вар.

вим!рювання факт. тора -1,414 -I 0 +1 +1,414

I. Швидк1сть ф!льтра- X 0,92 1,0 1,2 1,4 1,48 0,20

цн газу, иф, м/с

2. Довжина жалюзШо! X 0,69 1.0 1,75 2,5 2,81 0,75

реш1тки, 1, м

3. М1жщ1льова в1дстаН1 X 0,043 0,045 0,050 0,055 0,057 ,005

у жалюз.реш. ,(,м

4. Кут нахилу реиптки X 5,07 -з 2 п ( 9,07 5

До гириь., гряд

Враховушчи конкретн! виробнич! умови експлуатацП аеродина-м)чного пристрою 1 в!дносну стаб!льн1сть складу формовочних мате-р!ал1в, при проведении 1 експерименту було виключено фактор г>а (ек-в!валентний д1аметр часток материалу).

Кодування 1 1нтервали ъаршвання ьначимих факторов приведен 1 у таблиц! I.

Перев1рку адекватност! математичного опису проводили по кри-тнр!ю Фанера. Значения критерш Ф!ще1>а дир1вн|»нэло к - 4,2. 1з пор1ьняння отриманого значения критерЫ 'Итера 'з його критичнт« значениям г = 4,49 виходить, що одержаний математичний опис пронесу е адркьатним. От же, запропоноьане р1ышшя для визначення ■ кинстанти швидкост! виносу г, е правильном й може ьикористатиоя для визначення ¡нтенсивнооч ьиносу пильових часток з иоевдооргд-неного шару матер!алу.

Г1дравлтчний _nn.ii> •

Виходячи з конотрукцИ аеродинамтчногп ириотрою, його гЦрав-л!чний огпр буде визначатись сумою втрат тиску при прохидженн! пов1тря кр!зь пЦльову пов ¡трероыюд ¡льну рниигку 1 вентилюнмий шар матер1алу.

Коефщ1ь'ИТ м!сцевого опору пцльово! жалюз1йно! реиитки ? « функц1ею коеф!ц1ента живого перетину й розм1ру напуску пластин ь реш1тд!.

У 'запропоноьан1й конструкцП иЦльоьоХ пов1трйрозпод!льно! реш!тки кйефщ1ент м!сцевого оп!ру за результатами дослхджень складае г, - 1,2 (в1дносно швидкост! пов!тря у шд.лин!).

0птим1зац!я процесу обезпилення.

Основними показниками роботи аеродинам!чного пристрою е еф^к-.тивн!сть обезпилення формовочних матер1ал1в й роьмхр виносу частик формовочного матер1алу.

Для визначення оптимальних умов 'проходження процесу обезпилення СЛ1Д . встановити критер!й (цыьову функцш) оптим1зац!1. Очевидно, що ц!льовою функц1ею оптим13ацП процесу обезпилення е сп!вв!дношення ефективност! процесу" обезпилення й величини виносу часток матер1алу. Функц]я оптим1рацН, що найб1.иыа повно характеризуе ефективн шть под!лу полЩсперсноги матер 1алу на компсше.нти, ма« ьигляд:

• V • (30)

Анал!тична отримання приватних пох!дних в1д ц!льоеюг функц!i оптим!зац!1 з врахуванням иатематичного опису для визнэчення гд не е мояаивим. Тому для визначення координат екстрамально! величини UiJibOBOi функцН був використаний метод сканування або пословного перебору узл!в с!тки простору. Реал1зац!я пошуку екстремуму зддйснювалась э використанням ПЕОМ IBM РС/АТ286.

В результат! пошуку екстремума функц!!, що виражена заложн1стп (30), визначен! координати екстремально! точки: швидк!сть ф!.п>трац1! пов!тря - Иф=0,9 м/с; дсвжина жалюз!йно! реи!тки - l- 6 м; висота щыей у жалюз!йн1й реш1тц! - ^=0,002 м; кут нахилу реш!тки в!дносно горизонту - ы= О град, Наведении значениям фактор1в на екстремальноиу pioHi в!дпо~ в ¿дай:

значения ц!льово1' функц!I оптимЮац!! (ефективност! под!лу матер1алу на пильову 1 осиовну фракц!!) - го=$2,д>1%;

ефективнicTb обезпилоння формовочного материалу - £ГЯ=97,89%; питома корисна потуж;исть - Ny=N/q ь=353,34 Вт с/кг; г1дравл1чний onip аеродинам!чного пристрою - р= 392,6 Па. Ефективн!сть обазпилення сипучого мзтер!алу заложить в!д значно! к!лькост1 фактор!в. Отжэ, поверхня в1дгуку за математичним >писом е багатомгрною й граф!чив зображення !1 в складною задачою. Гону анал!з впливу основних фактор!в на процес обезпилення ¡юрмовочних матер!л1в виконувався за трупами фактор!в (иф,г.,л,сО:

Ел= гс/ф.г.), при к и с< на р!вн! екстремальних эначань (3D

Ед= «сиф,h), при l и С - " - (32)

Е„= гс^ф,о(), при г. и ^ - " - (33)

Ея= гсг.,л), при Иф и ы - " - (34)

Ел= tCL.n), При 1/ф И h - « _ (35) -

Ея= fCh,c(),- при ^ф и г. - " - (Зв)

Локально поверхня в!дгуку р!вняння (31) уявляв собою ур!заний араболо!д чечввицепод!бно! форми (мал.5). При вар!юванн!. парамет-амй (. та ^ф в межах, що вказан! на мал.5", ефективд!сть обезпилен-я ел зм1нюеться в!д 50 до 99,94-, а ц!льова функц!я оптим!зац!1 -!д 50 до 80%. НайСильлю аначення ефективност! обезпилення ' П=99,9Х при довхин! реш!тки ¿=6 м досягаеться при швидкост! ф1ль-рац11 Иф=1,15 м/с, ала при цьому знижуеться зэгальна ефективн1сть оботи аеродинам!чного пристрою (г^-г!Ь%) за рзхунок виносу часток

зм1н1 Ух, й ! значениях ы. 1 ы на оптимальному р1вн1.

змШ-Иф й с< 1 значениях /. 1 л на оптимальному рши.

1атер1алу з частками пилу. У зв"яэку з цим доц1льно знизити зна-юння уф до 0,9 м/с, при якому досягаеться максимальна значения Цльово! функцИ оптим1зац11 /^82,8195. Значения ефективност! >безпилення формовочного п1ску при цьому зменшувться не набагато :П-97,89Ж.

Поверхня в!дгуку р^вняння (33) уявляе собою трьохм1рну по-»ецхню неправильно! форми, зображену у вигляд1 !зол!н!й на мал.6. 1ри вар!юванн! параметрами ы та у^ в межах, позначених на мал.6, |фективн1сть обезпилення зм!нюеться в!д 70 до 99,9%, а ц!льовз >ункц1я опттйзацП роботи аеродинам1чного пристрою - в!д 70 до ЮЖ. Максимум комплексно! функц!! оптим!зац!! (ефективност! под1лу !атер!алу) го=82,81% досягаеться при значениях параметр1в с<-0 град . ^ф=0,9 м/с. Цьому вЦпов^дав значения ефективност! обезпилення 1атер1алу гп=97,89Ж.

3 мал.б видно, що'отримання ефекту очистки, наприклад, 99,9% южливо при високому р!вн! Иф=1,14 м/с, але б1льш низькому значенн! (-0 град, або б!льш низькому значенн1 иф=0,9 м/с й б!лыл високому 'наченн1 <*=7,3 град. Це дэе можлив1сть в залежност! в!д необх1д-остI рац!онально вибрати робочий режим. Проте це не завжди можли-ю, тому що !снують облает! значень фактор!в, у якиХ аеродинам!ч-ий пристр!й не працюз внасл!док припинення руху матер!алу ! ви икнення завал!в. Частка ц1е1 облает! поэначена у нижн!й частин! !ал.6 - НРЗ.

За допомогою ПЕОМ получен! координати л1н!й однакових ефек-ивностей 1 побудован! граф!ки по вс!м трупам фактор1в.

Промислове впровадж^ння..

На п!дстав! лабораторних дос.л!джень було виконано проектуван-я та виготовлення досл!дно-промислового зразка аеродинам!чного ристрою продуктивн1стю 6,0 т/г формовочного п!ску. Вказаний зра-ок встановлений за технолог1чною л!н1ею пневмотранспорту формо-очного п!ску у сум!шеприготувальному в!дд!ленн! чавуноливарного еху Колп!нського ливарно-механ!чного заводу. Довжина щ!льово! алюз!йно! реш!тки, виходячи э заводських умов, була прийнята 6,5 , при кутов! нахилу реш1тки +12 град; середня швидк1сть ф!льтра-1! пов!тря /ф=1,3м/с; 'питома продуктивн!сть пристрою по формовоч- • ому п1ску <} - 5,5 кг/с м; висота щ!лин у жалюз!йн1й реш!тц! и-,002м; ширина жалюз!йно! р°ш!тки ь = 0,25 м.

На мал.7 зображена принципова схема асп!рац1йно! установки.

Принцип роботи аеродинам1чного пристрою аналогдчний лабораторному аразку. \ |

Мал.7. Схема асп!рац1йно! установки з аеродинам!чним пристроем:

I - бункер-розвантажувач: 2 - аеродинам!чний пристр1й; 3 -система асп!рац1йних пов1трепровод1в; 4 - пилеуловлюваюча установка; б - вентилятор; 6 - пов!трепров!д для схеми 1з • замкнутии контуром. •

Стала робота аеродинам!чного пристрою при знижанн! виносу матер!алу в!дпов1дала витратам пов!тря 7,55. тис мЗ/г. При цьому швидк!сть пов1тря у розр!з! розвантажувально! камери дор!внювала 2,46 м/с, а ефективн1сть обезпидення дор!внювала 99,4%.

Одною з задач виробничого эксперименту було виявлення впливу_ .на процес вентилювання та винос часток матер1алу Г-под!бних пластин.

Виявлено, що .установка Г-под1бнк^ осадауючих пластин у розвантажувальн!й камер! аеродинам!чного пристрою 'зменшуе винос великих часток матер1алу у 2,6-4 раз!в. Зниження ефективност! обезпилення формувального п!ску при цьому не спостер1галось^

Зам!ри запилованост! пов!тря в робоч1й зон! сумшескладально-го вдаиення до й п!сля впровадження асшрац1йно-сепарац!йно! установки з. аеродинам1чним пристроем св!дчать про 20-25 разове зниження концантрацП пилу - 0,87 - 1,14 мг/м3Ч досягало п.д.к.-

мг/мэ.

Для досл!дження аеродинам1чного пристрою у виробничих умовах а др!бнод!сперсному пилу був розроблений та змонтований у склад! зрнистого фильтру експериментальний зразок аеродинам1чного вузла эгенерацП продуктивн1стю 200кг/г зернового материалу й 210м'/г авгтря. Розроблений зернистий пилеуловлювач з аеродинам!чним вуз- ' 31) регенерацП був змонтований на Ки1вському верстатобуд!вному 1робничому об"еднанн! !м. О.М.Горького.

Запиленн!сть зернистого матер!алу досягала 8-14%, а мед!анний :>зм!р часток пилу складав 12-18 10~"м.

При початков!й запиленност! зернистого матер!алу 150 г/кг 1нцева запиленн!сть складала 1,0г/кг. Ефективн!сть .обезпилення >и цьому в1дпов!дала 99,3%.

0СН0ВН1 ВИСНОВКИ

1. 3 метою пол!пшення умов прац!, п)двиш,ення ефективност! >боти 1снуючих систем вентиля^ I та захисту атмосферного пов1тря д забруднення асп!рац!йними викидами на чавуноливарних п!дприем-•вах доцьльно проводити орган !зоване обезпилення формовочних ма-:р1ал1в з подальшою утил!зац!чю вид!леного пилу. Обезпилення 'рмовочних матер1ал!в с.л1д проводити перед поданням у сум!шеприго вальне в!дд!лення п!сля вибивки форм.

2. На п!дстав! анад!зу л1тературних дяерел обгрунтовано, що езпилення формовочних матер!ал1в найефективн!ше проводити засо-м вентилювання у процес! 1х перем!щення вздовж ицльових пов!тре-зпод!льних реш!ток. Аеродйнам!чн1 пристро!, що забезпечують дан-Й зас1б обезпилення легко вмонтовуються у вже !снуюч1 транспорт--технолог!чн! л!н!! формовочних матер!ал!в.

3. На п!дстав! 1снуючих досл1дже'нь запропонована залежн1сть ч визначення пит.омо! маем виносимого' пилу з псевдоор!дненого оу матер!алу (константа швидкост! виносу). Запропонована полуем-гжчна залежн!сть на в1дм!ну в!д 1снуючих кореляц!й мае гаиршу об-;ть зазначення ! в!дображае процес виносу пильових фракц!й з гер1алу.

4.' Проведено дослЦження процесу перем1щення сипучого матер!! по щ!льовим газороЬпод!льним реш!ткаи,_ що дозволило запропону-• :и математичний опис процесу руху I визначити терм!н вентилюван-сипучого матер!алу у аеродинам1чному пристро!.

5; На п!дстав!- анал!тичних та експериментэльних досл!джень

одержано математичний опис процесу обезпилення при вентилюванн! шару матер1алу, що рухавться вздовж щХльово! жалюз1йно! решГгки, е залежност! в!д конструк.тив.них ' 1 технолог1чних параметр1в роботи аеродинам!чного пристрою.

6. На п1дстав1 'анал1зу руху твердо! й газово! фаз вздовж иц-льово! жалюз!йно! реийтки розроблено новий аеродинам1чнний прист-р!й для обезпилення формовочних матер1ал1в а.с. 1557024, яке досл1джено-у лабораторних умовах з використанням сучасних методп математично! статистики й обробки результат!в експеримйнт!в, щ-. дозволило" визначити у анал1тично одержаних формулах коефщЫнтк пропорц!йност! й ствердити адекватн1сть запропонованого математич-ного опису процесу обезпилення результатам експериментальних дос-л1джень.

7. Встановлено, цо для обезпилення формовочних матер1ал!в н; 92% значим 1 фактори необх1дно п1дтримувати на наступних оптималь-них р!внях:

. швидк1сть ф!льтрац1! пов!тря - Уф-0,9 м/с; довжина жалюз!йно! реш!тки - ¿.= 6 м; ' м1жщ1льовиЙ розм!р реш!тки - 1= 0,05 м; кут нахилу реш!тки до горизонту - <*= 0 град; питома продуктивн1сть - <?= 6 кг/м с.

8. Аеродинам1чний пристр!й продуктивною 5,0 т/г 1 розмЬ рами. щ1льово! жалюз1йно! реш-1тки 0,25*6,5 м встановлено та випро-бовано у транспортно-технолог1чн1й л1н11 формовочного- п!ску н; Колп1нському ЛМЗ, що дозволило обезпилювати формовочний п1сок з ефективн1стю б1лыие 98% при медианному д1аметр1 часток пилу 54 мм 1 г.1дравличному оп!ру не б!льше 800 Па. Впровадження пристрою доз волило зменшити концентрац1ю пилу на робочих м!сцях в сум!шескла дальному в1дд!ленн1 у 20-25 раэ1в 1 досягти р!вня п.д.к. Економ1ч ний ефект в1д впровадження асп1рацийно-сепарац1йно! установк: складае 2607 Крб./р1к а в!двернен! економ!чн1 збитки - 37729 крб.

. на р1к (в ц1нах до 1992 р.).

9. На п!дстав1 математичного опису процесу обеспилнння • 1 ре зультат!в 1спит1в у лабораторних й виробничих умовах' розриблен методика розрахунку аеродинам!чного пристрою для вентилювання фор

. мовочних матер1ал1в. '

10. Розроблено 1 влроваджено, на Кй}вському верстатобудшном ВО.5м. "О.М.Горького зерн^стий пилеуловлювач з аеродинам1чним при строем в якост! вузла регенерацП зернистого напивнювача. Пизигин

оезультати 1спит1в авродннам1чного пристрою в р1зних умовах доаво-1яють рекомвндувати його до б1льш ширшого впроваджоння.

СПИСОК Г1УШКАЦ1Я

OghobhI положения ,цисертэц11 олубл1кован1 у каступних робо-

гах:

I. Любарец А.П,, Петриченко Н.И,, Лукаш с.А. Определение продля аспирационной решетки. - Строительные материалы, изделия и унитарная техника. Вып. 8. - Киев: Будивельник, 1986. - с. 7Б.

Z. Разработать и исследовать екоперимвнтальную установку для юпирации силикозоопасных фракций формовочных материалов чугуноли-'ойного цеха. Отчет по заданию 2.17.08.01.01. Отв. исполнитель .юбярец А.П. - Киев, НУИСТ. I9S5. - 93 с.

3. Любаред А.П. Обасшыивоние формовочных материалов литейно-

0 производства. - Тезисы докладов Всесоюзной конференции: Ускорено научно ~ технического прогресса в промышленности строительных зтериэлов я строительной индустрии. Часть 3. Охрана окрухаквдэй реды. - F-элгород, 19*6. - с.121-122. •

•1. A.c. Ji I389S2.6 (СССР). Пылеуловитель с внутренней цирку-яцией орошающей жидкости./ Я.А.Чакчир, Н.И.Петров, Н.И.Петричэн-о, П.М.Оенько, А.ПДюОарец, Опубл. в БИ, 1930. Л 15, с. 41.

5. Любарец А.П. Унос мелкой Фракции при псевдоохижении снпу-их материалов. - Борьба с пылью , на предприятиях по переработка ипучих материалов, Сб.научн.тр.БТИСМ.- Белгород, 1990. - с. 106.

6. А.с.Л 1Б07024 (СССР). Аэрогравитационное устройство для энтилирования и транспортирования сыпучих материалов./ Н.И.Петри-энко, П.И.Санько, А.П.Любарец, Я.А.Чакчир, В.А.Сазонов, Н.И.Пет-5B, Н.И.Льгин. Опубл. в БИ, 1990, * 14, с. 104 ■

7. Любарец А.П. ЗДюктипность обеспыливания полидисперсных этериалов в псевдоокижеином слое. - Тезисы докладов 53-й научно-мктической конференции профессорско-преподавательского состава, жирантов и студентов.- Киев, К11СИ, 1992,- с.42

Любарец А.П., Петриченко Н.И. Движение поевдоожиженного гоя по нулевой газораспределительной решетке, - Тесиен докладов \~й научно-практической кон^ронции профессорско-лреподавательско-

1 состава, аспирантов и студентов.- Киев, КИОй, 1992.- с.43

9. Любарец А.П. Определение живого сечения шалевой газорас-«делительной решетки для перемещения сыпучих материалов. - Теэи-I докладов Б4-Й научно-практической конференции профессорско-

преподавательского состава, аспирантов и студентов.- Киев, КИСИ, 1993.

УМОВШ'ПОЗНАЧЕННЯ

Матер!ал, шар: э - плеща псевдоор!дненого мару, мг; м - мае? 1н;ьвдоор1дн«ного шару, кг; т - маса пильових частик у псевдоор^д-неному шару, кг; <? - питома продуктивн!сть по сипучому матер!алу, кг/м с; ри- щ!льн!сть часток матер!алу, кг/мэ; о - мед!анний д1а-матр часток сипучого матер!алу, м; - швидк1сть витання частки матер!аду м/с; /м- коеф1ц!ент форми часток сипучого матер!а-лу; Сф - коеф!ц!внт аеродинам!чного опору частки матер!алу ово при швидкост! пов!тря Уф-, Укр- швидк1сть початку псевдоор1днення шар^ сипучого матер!алу, м/с; и - початкова швидкдсть прискорбного рух^ псевдоор1дненого шару сипучого матер!алу, м/с; с - терм!н вентилю-вання сипучого матер1алу у' аеродинам!чному пристрою, с; л - при-скорення руху шару матер!алу по довжин1 жалкшйно! решетки, 1/с.

■ "Пил: рп~ щ!льн!сть часток пилу, кг/м3; б - ддаметр частой пилу, м; <*м- максимальний д!аметр часток пилу, м; сгф- д1аметр часток пйлу з швидк!стю витання м; уп~ швидк1сть'витання часток пилу 6, м/с; сп - коеф!ц!ент аеродинам!чного опору частки <5 при швидкост 1 ип; / - площа перетину частки пилу 6, м1; <р(,в) - функц!я пофракц1йного розпод!лу пилу.

Пристр1й, струм: V - витрати газу (пов1тря) на обезпилення матер!алу, м3/с; р - щ!льн!бть газу, кг/м3; р , к - коеф!ц!енти динам!чно! та к1нематично! в"язкост1 газу, кг/(м2с), Тл2/с; середня швидк!сть ф1льтрац!! газу, .м/с; г. - дошина жалюз1йни! реш1тки, м; ь - ширина жалюз!йно! реш!тки,м'; I - м1жщ!льова в!д-стань у жалюз1йн1й рыя!тц!, м; ы - кут нахилу жалюз1йно! реццтки до горизонту., град; г - середн!й кут ф!льтрац!1 одиничного плоского налягаючого струму пов!тря в псевдоор!дненому шаров! матер!а-лу, град; г ~ середн!й кут ф!льтрац!х пов!тря в псевдоор!дненому шар1 матер!алу, град; о - дальн!сть розповсюдження плоского на-лягнючого струму пивРгря в псеьд(.)ор!дненому шар! матер1алу, м; $ - коъфщ!ьнт м!сцьвоги оп'1ру шДльово! пов!трерозпод-1льно{ реш!тки; к - константа швидкост! виносу пильових часток в, кг/м2с;. £ - по-фракц!йна ефективн1сть обеэпилення сипучого матер!алу'; ефек-тивн!сть обезпилення сипучого матер1алу; ем- величина виносу часток матер!алу. ■ •