Аннотация

Представлены результаты натурных экспериментов по изучению влияния длины козырька и положения механического экрана на коэффициент местного сопротивления входа в щелевую неплотность аспирационного укрытия.

Ключевые слова: отрывные течения, коэффициент местного сопротивления, аспирационное укрытие.

 Введение

Классическая система аспирации на производстве имеет всего несколько ключевых элементов, первым из которых стоит местный отсос: укрытие, зонт, бортовой отсос и т.п. - любое устройство, которое помогает уловить вредные вещества.

Сложность в проектировании и установке доставляют аспирационные укрытия [2,8,12,13], устанавливаемые непосредственно вблизи движущихся производственных механизмов (конвейеры, элеваторы и т.п.) - при перегрузке сыпучих материалов, так как между движущимися механизмами и стационарным коробом аспирационного укрытия всегда есть неплотности технологически необходимые для пропуска транспортирующей материал ленты. Такие неплотности относят к бесконтактным уплотнениям щелевого типа [3,5,10,11]. Подобные уплотнения, как правило, имеют большую протяженность, а распределение давления по периметру укрытия происходит неравномерно. Требуется поддержание устойчивого встречного потока воздуха по всей длине щелевых неплотностей для надежной локализации пылевыделений. Встречный поток предотвращает инерционный вынос пыли из аспирационного укрытия. Равномерность расхода воздуха в протяженных щелевых каналах обеспечивается увеличением его аэродинамического сопротивления. Одним из способов достижения этого эффекта является увеличение коэффициента местных сопротивлений [1,3,7,9-11,13] в отличии от его снижения для открытых местных вентиляционных отсосов [14-19].
Исследование влияния механических экранов на к.м.с.

Для исследования способов увеличения к.м.с использовалась модель производственного аспирационного укрытия (Рисунок 1), позволяющая изучать аэродинамические процессы перед входом в укрытие и в самом укрытии в лабораторных условиях.

Установка (Рисунок 1) представляет собой короб с подведенной к нему вытяжкой. С торцевой стороны короба находится щель, ширина которой фиксирована. Для измерения давлений внутри укрытия выведены два штуцера: один для замера статического давления, второй, находящийся в трубе вытяжного устройства, - для замера статического и динамического давлений. Стенки укрытия выполнены из прозрачного материала. Зона всасывания контролируется прозрачными стенками и по ширине равна ширине самого укрытия.



где  Ратм -    атмосферное давление, Па; Рукр.ср -    среднее значение полного статического давления в укрытии ; w – скорость потока в данной точке сечения трубы (канала), м/с; r - плотность газа в сечении, кг/м3;
F - площадь сечения м2; P - динамический напор газового потока, кгс/м3;

В данной работе исследовалось влияние длины козырька над щелевидными неплотностями входа укрытия на к.м.с входа, подобные исследования уже проводились и результаты представлены в ряде работ [1, 9]. Интерес представляет исследование влияния расположения следом за козырьком механического экрана в виде угловатого профиля на к.м.с. входа укрытия. Длина козырька для первой серии экспериментов измерялась в калибрах (1 калибр равен ширине щелевидного прямоугольного отверстия), расположение механического экрана в пространстве показано на рисунке 3. Он устанавливался после козырька, длина которого составляла 0,417 калибра. Размеры механического экрана в виде угловатого профиля: 0,83 х 0,67 калибра, устанавливался он по всей ширине зоны всасывания.

Данные эксперимента можно изобразить в виде зависимостей:

1)     приращения  коэффициента  местного  сопротивления   Dz от длины козырька над щелевидным прямоугольным всасывающим отверстием аспирационного укрытия (Рисунок 4, 6),

2)     приращения коэффициента местного сопротивления Dz  от ориентации в пространстве и удаления от козырька механического экрана в виде уголка (Рисунок 5).

Как видно из рисунка 4 для влияния длины козырька на к.м.с. входа в укрытие - наибольшее повышение к.м.с. происходит при длинах козырька в пределах (0, 2 - 0,7) ± 0,05 калибра. Максимальные значения к.м.с.

достигаются при длинах козырька в диапазоне 0, 4 - 0,6 калибра.

Что полностью сходится с результатами других исследований. При установке козырька возможно повысить к.м.с. на 25%.

В результате второй серии экспериментов (Рисунок 5) было выяснено, что к наибольшему повышению к.м.с. входа приводит механический экран в виде уголка, установленный в положении 1. Его действие ощутимо на расстоянии до 2 калибров. Остальные положения экрана не привели к желаемому результату.

Суммируемый эффект при использовании козырька установленной длины и механического экрана в указанном положении позволяет повысить к.м.с. щелевидного прямоугольного отверстия входа аспирационного укрытия на 40%. Как уже говорилось вначале, повышение к.м.с. входа предотвращает инерционный вынос пыли из укрытия через щелевые неплотности, способствует установлению равномерности расхода всасываемого воздуха.

Объяснить влияние подобных механических приспособлений на повышение к.м.с. входного отверстия без изменения размеров самого отверстия можно следующим образом: с конца установленного над входом козырька (Рисунок 6) происходит срыв потока воздуха, образуется вихревая зона под козырьком, которая уменьшает ширину эффективного всасывания на входе в щелевидное отверстие.

Выводы: длина козырька над входом в щелевую неплотность аспирационного укрытия должна составлять (0, 2 - 0,7) ± 0,05 калибра, максимальное значение к.м.с. достигается при 0, 4 - 0,6 калибра. При использовании механического экрана в виде уголка наибольший эффект дает его установка на расстоянии в два калибра от входа в щелевую неплотность в положении когда вертикальная его стенка имеет длину 0,83калибра, а горизонтальная -

0,67 калибра. При этом расстояние от горизонтальной стенки уголка равна ширине щелевой неплотности, то есть одному калибру. Установленный эффект отрыва струи можно использовать для снижения объема поступающего в аспирационное укрытие воздуха.

 

Список литературы

1.     Аверкова О.А., Зоря В.Ю., Логачев И.Н., Логачев К.И. Численное моделирование воздушных течений на входе в щелевые неплотности аспирационных укрытий // Новые огнеупоры. 2010. № 5. 31–36.

2.     Аверкова О.А., Зоря В.Ю., Логачев К.И. Особенности поведения пылевых аэрозолей в аспирационном укрытии стандартной конструкции// Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2007. № 11. С. 34-36.

3.     Аверкова О.А., Логачев И.Н., Логачев К.И. Отрывные течения в спектрах вытяжных каналов. Москва- Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2012.

4.     Велецкий Р.К., Григина Н.Н. Измерение параметров пылегазовых потоков в черной металлургии. Москва:«Металлургия», 1979.

5.     Гуревич М.И. Теория струй идеальной жидкости. М.: Физматлит, 1961.

6.     Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям III издание. Москва: «Машиностроение»,1992.

7.     Логачев И.Н., Логачев К.И. Аэродинамические основы аспирации. СПб: Химиздат, 2005.

8.     Логачев И.Н., Логачев К.И. О прогнозировании дисперсного состава и концентрации грубодисперсных аэрозолей в местных отсосах систем аспирации// Известия высших учебных заведений. Строительство. 2002. № 9. С. 85-90.

9.     Логачев И.Н., Логачев К.И., Аверкова О.А. Математическое моделирование отрывных течений при входе в экранированный плоский канал // Вычислительные методы и программирование. 2010. Т.11, № 1. 68–77.

10. Логачев И.Н., Логачев К.И., Аверкова О.А. Математическое моделирование струйного течения воздуха при входе в плоский канал с козырьком и непроницаемым экраном // Вычислительные методы и программирование. 2010. 11, № 2. 7–14.

11. Логачев И.Н.,  Логачев К.И.,  Зоря В.Ю.,  Аверкова О.А.  Моделирование отрывных течений вблизи всасывающей щели // Вычислительные методы и программирование. 2010. 11, № 1. 47–56.

12. Логачев К.И., Аверкова О.А., Зоря В.Ю. Закономерности изменения дисперсного состава пылевых аэрозолей в аспирационном укрытии// Известия высших учебных заведений. Строительство. 2007. № 9. С. 46-52.

13. Логачев К.И., Пузанок А.И. Численное моделирование пылевоздушных течений вблизи вращающегося цилиндра-отсоса// Известия высших учебных заведений. Строительство. 2005. № 2. С. 63-70.

14. Логачев К.И., Посохин В.Н. Расчет течения вблизи круглого всасывающего патрубка// Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2004. № 1. С. 29-32.

15. Логачев К.И., Пузанок А.И., Посохин В.Н. Расчет вихревого течения у щелевидного бокового отсоса// Известия высших учебных заведений. Строительство. 2004. № 6. С. 64-69.

16. Логачев К.И., Пузанок А.И., Посохин В.Н. Расчет течений на входе в отсосы-раструбы методом дискретных вихрей // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2004. № 7, 8. 61–69.

17. Посохин В.Н., Салимов Н.Б., Логачев К.И., Живов А.М. К расчету течений вблизи щелевидного отсоса- раструба. Сообщение 1 // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2002. №8. С. 70-76.

18. Посохин В.Н., Салимов Н.Б., Логачев К.И., Живов А.М. К расчету течений вблизи щелевидного отсоса- раструба. Сообщение 2// Известия высших учебных заведений. Строительство. 2002. №9. С. 80-85.

19. Посохин В.Н., Салимов Н.Б., Логачев К.И., Живов А.М. К расчету течений вблизи щелевидного отсоса- раструба. Сообщение 1.// Известия высших учебных заведений. Строительство. 2002. №10. С. 81-85.