ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НОВОЙ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАНН

АННОТАЦИЯ

В целях повышения эффективности вентиляционной системы гальванических ванн машиностроительных предприятий, предлагается использовать новую высокоэффективную вентиляционную систему, снабженную диаметральным вентилятором, который в значительной мере распределяет воздушный поток равномерно по всей длине и ширине ванны.

ABSTRACT

In order to improve the efficiency of the ventilation system of galvanic baths of machine-building enterprises, it is proposed to use a new highly efficient ventilation system equipped with a diametrical fan, which largely distributes the air flow evenly over the entire length and width of the bath.

Ключевые слова: вентиляционная система, гальваническая ванна, диаметральный вентилятор, поля скоростей, аэрозоли серной и соляной кислот, аэродинамическая схема, рабочее колесо вентилятора.

Keywords: ventilation system, galvanic bath, diametral fan, velocity fields, aerosols of sulfuric and hydrochloric acids, aerodynamic scheme, fan impeller.

Введение. Заводы и предприятия большой химии охватывают различные отрасли химической промышленности и характеризуются большим разнообразием используемого сырья, полупродуктов и готовой продукции. Вещества, применяемые в большинстве производств, токсичны.

Химическое производства относится к отраслям промышленности, представляющим собой наибольшую потенциальную опасность профессиональных отравлений и заболеваний работающих, так как в процессе труда они в большей степени имеют контакт с химическими веществами, многие из которых обладают теми или иными токсичными свойствами [1].

Кардинальным решением проблемы охраны окружающей среды является сокращение и полная ликвидация выбросов в атмосферу вредных веществ. Для предотвращения и максимального снижения выбросов в атмосферу вредных веществ, должна быть использованы наиболее современные технологические процессы и методы очистки, соответствующие современному научно - техническому прогрессу [3].

Повышенная запыленность и загазованность, повышенная и пониженная температура, влажность и подвижность воздуха рабочей зоны производственного помещения оказывают вредное воздействие на организм человека, вызывает снижение его трудоспособности, увеличение травматизма, профессиональных заболеваний.

Поэтому необходимы меры, предупреждающие и снижающие поступление в воздух цеха излишней теплоты, вредных паров, газов и пыли.

Процессы химической обработки поверхностей металлов осуществляют в ваннах, заполненных различными растворами минеральных кислот, щелочей, солей и их смесями. При этом выделяются аэрозоли серной и соляной кислот, хромового ангидрида, едких щелочей; оксиды азота; азотной и соляной кислот; молекулярный, цианистый и фтористый водород; пары воды; аэрозоли капли растворов со всеми содержащимися в них химикатами, в частности растворимые соли никеля [4].

По статистическим данным на некоторых предприятиях затраты на оборудование вентиляции и кондиционирования воздуха составляют 4-4.5% от общего объема капитальных вложений [5].

Результаты исследований. Обеспечение высокоэффективной работы вентиляционных установок быстрая окупаемость вложенных в них средств возможны лишь при правильной их эксплуатации и правильной организации обслуживания.        Целью работы является, повышение эффективности улавливания вредных паров и газов с поверхности ванн, а также разработка аэродинамической схемы новой вентиляционной системы гальванических ванн, путем экспериментов обосновать эффективность новой вентиляционной системы гальванических ванн.

Установлено, что эффективность улавливания и удаления вредных паров и газов бортовым отсосом определяется расходом отсасываемого воздуха, зависит от конструкции отсоса и практически не зависит от скорости входа воздуха в щели [6].

С целью повышения эффективности и экономичности, бортовые отсосы активируют путем устройства поддува через перфорированную трубу или полую токопроводящую штангу.

Местные отсосы активируют плоскими или компактными приточными струями, которые захватывают окружающий воздух с вредным выделением и направляет его к всасывающему отверстии.

Бортовой отсос активирует приточными струями, вытекающими из щелей борта ванны, противоположного борта со щелью отсоса.

Недостатками этих щелей является то, что требуют большого расхода вентиляционного воздуха и не обеспечивают равномерный отсос по длине ванн, а также большие гидравлические сопротивления, как по длине воздуховодов, так и ответвлениях, к тому же и сечения везде одинаковые и занимают большие площади вокруг ванн. Здесь, главным образом, не достигается равномерность распределения скоростного поля приточной струи по длине ванн, что снижает эффективность работы системы вентиляции.

Целью данной работы является повышение эффективности в работе и снижение энерго-металлоемкости и рациональная компоновка вентиляционной системы.

Указанная цель достигается тем, что в вентиляционной системе [2] преимущественно с рядным расположением технологического оборудования в виде блоков ванн, содержащая щелевые отсосы, расположенные в проемах между каждой парой блоков ванн снабжены размещенными на уровне открытой поверхности, причем организация устойчивого равномерного активированного плоского воздушного потока по всей длине ванн достигается посредством диаметральных вентиляторов, установленные в проемах между каждой парой блоков ванн, при этом, создаваемое количество воздуха диаметральным вентилятором распределяется на две части в корпусе последнего и через плоские конфузорные щели нагнетаются по сторонам щелевых отсосов. При этом скорости активированного воздушного потока осуществляется за счет изменения частоты вращения рабочего колеса диаметрального вентилятора.

Разработанная вентиляционная система представляет собой научно - практическую новизну в области внутренних санитарно - технических устройств, в частности для удаления вредных паров и газов с поверхности растворов гальванических ваннах (патент UZ IAP 023 44 от 01.07. 2003) [2].

Аэродинамическая схема модельного образца новой высокоэффективной вентиляционной системы приведена на рис.1.

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки модельного образца

Аэродинамическая схема модельного образца новой высокоэффективной вентиляционной системы приведена на рис.1.

Вентиляционная система содержит гальваническую ванну 1, патрубок щелевого отсоса 2, регулируемую плоскую конфузорную щель 3, корпус 4, рабочее колесо 5 диаметрального вентилятора, электродвигатель постоянного тока 6 с потребляемой мощностью 1кВт и регулятора 7 частоты вращения ротора двигателя, чем достигается изменение скорости плоского активированного воздушного потока в широком диапазоне.

При вращении рабочего колеса диаметрального вентилятора 5, воздушный поток через регулируемую плоскую конфузорную щель 3, нагнетается в сторону патрубка щелевого отсоса 2 и подхватывая вредные пары и газы с поверхности растворов, достигает сечения щелевого отсоса и удаляется в наружу (в специальные отделители).

Таким образом, снабжение вентиляционной системы диаметральным вентилятором, организовывает устойчивость активированного плоского воздушного потока по всей длине ванн, что повышает эффективность в работе, понижает металло - энергоемкость и достигается рациональная компоновка.

Технологические испытание модельного образца новой вентиляционной системы гальванической ванны.

На распределения скоростей потока в различных аппаратах оказывают влияние условия не только подвода потока в рабочую камеру, но и отвода из нее. При этом условия отвода влияют меньше, чем условия подвода. Однако с точки зрения создания наиболее эффективных вентиляционных систем гальванических ванн вопрос о правильном выборе места подвода и отвода, форм и размеров, отводящих и подводящих участков, а также способы подачи равномерного плоского воздушного потока по всей длине ванн является также важным.

Здесь следует особо подчеркнуть, что устойчивость системы «приточная струя - местный отсос» относительно неорганизованных потоков воздуха, возникающих в помещении, определяется скоростью на оси воздушного потока в «критическом сечении», в котором влияние приточной струи уже ослаблено, а действие местного отсоса еще не велико. Эту скорость следует обеспечивать в пределах 1-2м/с, однако не должно быть меньше скорости распределения локализуемых вредных выделений.

Обычно ширину приточной щели рекомендуется делать меньше 5мм, а щели местного отсоса меньше 50мм. Скорость выхода приточного воздуха при активированных отсосах у ванн применяют не более 10 м/с во избежание образования волн на поверхности жидкости.

Исходя из вышеизложенного при технологических испытаниях из - за сложности измерения малых скоростей воздушного потока, решили определять среднюю скорость истечения через щели за корпусом диаметрального вентилятора по расходу.

При этом расход воздуха для каждого режима измеряли на входе к диаметральному вентилятору посредством измерительного коллектора.

На рис.2 приведена экспериментальная установка новой вентиляционной системы гальванических ванн.

Рисунок 2. Общий вид экспериментальной установки новой вентиляционной системы гальванических ванн

Наглядное представление о характере распределения скоростей в различных сечениях по ширине и по длине модельного образца гальванической ванны получено визуализацией течения с помощью предварительно дымовых шашек и затем с помощью шелковинок, прикрепленным проволокам, расположенным через каждый 100мм по длине и ширине ванны. При этом свободные концы шелковинок свободно перемещаются по поверхности.

Фотографируя расположения шелковинок на обдуваемой потоком поверхности ванны, получили спектр потока над гальванические ванны. При этом расход воздуха для каждого режима измеряли на входе к диаметральному вентилятору посредством измерительного коллектора.

Рисунок 3.  Спектр потока над гальванические ванны

Также измерялись поля скоростей в шести сечениях по продольной оси над поверхности гальванической ванны, который каждый из шести сечений имели семь точек.

При технологических испытаниях из-за сложности измерения малых скоростей воздушного потока, решили определять среднюю скорость истечения через щель за корпусом диаметрального вентилятора по расходу воздуха.

На основе расчетов получили график, которой дает возможность определить скорость потока выходящей через конфузорный щель.

На рис.4. изображена график зависимости частоты вращение рабочего колеса диаметрального вентилятора от расхода воздушного потока.

Рисунок 4. Зависимость частоты вращение рабочего колеса диаметрального вентилятора от расхода воздушного потока

Таким образом, на основе полученной аэродинамической характеристики определили начальную скорость воздушного потока, выходящего через конфузорный щель.

Скорость воздушного потока, выходящего через конфузорный щель определили с помощью следующей формулы:

                                                                      (1)

где, S_щель – площадь сечения проточной щели в м²

Q_рас – расход воздушного потока в м³/с.

В данном случае l -  ширина щели, 0,6 м;    b – высота щели, 0,1 м.

                                                      (2)

Результаты расчетов скоростей при различных режимах работы вентилятора приведены на таб.1.

Таблица 1.

Результаты расчетов скоростей при различных режимах работы вентилятора

В результате исследования получен график определяющий зависимость скорости потока от угла скоса (отклонений) шелковинок. Расположив шелковинки в центральную часть приточной щели, измеряли углы скоса при разных оборотах диаметрального вентилятора. График определяющий зависимость скорости потока от угла скоса представлен на рис.5.

Рисунок 5. Зависимость скорости воздушного потока от угла скоса шелковинок

Таким образом, построили скоростные ноля, определяющие характер потока, в различных сечениях и высотах ванны, которые имеют следующий вид (рис.6.).

Рисунок 6. Поля скоростей в различных сечениях и высотах гальванической ванны

На основании результатов аэродинамических испытаний модельного образца новой высокоэффективный вентиляционной системы гальванических ванн, была изучена поля скоростей воздушного потока развиваемой диаметральным вентилятором.

Выводы. Результаты экспериментальных исследований приводят к тому, что снабжение вентиляционной системы диаметральным вентилятором, организовывает устойчивость активированного плоского воздушного потока по всей длине ванн, что повышает эффективность в работе, понижает металло - энергоемкость и достигается рациональная компоновка.

В заключение по результатам проделанных работ можно сделать вывод о том, что применение новой вентиляционный системы в промышленных предприятиях в частности в гальванических цехах, может привести к снижению поступление в воздух цеха излишней теплоты, вредных паров, а это приводит к повышению производительности труда рабочих.

Список литературы:

1. Елинский И. И. Вентиляция и отопление гальванических цехов машиностроительных предприятий. М.: Машиностроение, 1989.
2. Артыков Н. А. Вентиляционная система Артыкова. Патент UZ IАР 02344 опуб. в бюл. № 4 от 01.07.2003.
3. Батурин В. В., Кучерук В. В. Вентиляция машиностроительных заводов. М.: МАШГИЗ, 1977.
4. Шаповал В. С. Вентиляция и кондиционирование на промышленных предприятиях. Киев: УкрНИИНТИ, 1974.
5. Халилов X. Т., Артыков Н. А. Экспериментальное исследование новой вентиляционной системы гальванических ванн на модельном образце установки. Сборник статей. Ташкент: 2006.
6. Вентиляция и кондиционирования воздуха. Часть II. Справочник проектировщика. Под ред. И. Г. Староверова. М.: Стройиздат, 1977.