ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ КОЭФФИЦИЕНТОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ БАРАБАННОГО АППАРАТА МОКРОЙ ПЫЛЕОЧИСТКИ

АННОТАЦИЯ

В статье проведены экспериментальные исследования на опытной установке барабанного аппарата мокрой пылеочистки при различных режимах расхода газа и жидкости. Определены коэффициенты местного и полного сопротивления рабочего органов аппарата. В результате была создана возможность расчета суммарных потерь давления в рабочих органах аппарата. Потому что определение оптимальных значений эффективности пылегазоочистки и энергоемкости аппарата, зависит от коэффициента полного сопротивления и суммарного потерянного давления.

ABSTRACT

In the article, experimental studies were carried out on a pilot plant of a drum apparatus for wet dust cleaning under various gas and liquid flow rates. The coefficients of local and total resistance of the working organs of the apparatus are determined. As a result, it was possible to calculate the total pressure loss in the working bodies of the apparatus. Because the determination of the optimal values ​​​​of the efficiency of dust and gas cleaning and the energy consumption of the apparatus depends on the coefficient of impedance and the total lost pressure.

Ключевые слова: барабан, сетка, диаметр, газ, давление, коэффициент сопротивление, поправочный коэффициент, скорость жидкости, скорость газа, Коэффициент местного сопротивления.

Keywords: drum, mesh, diameter, gas, pressure, drag coefficient, correction factor, liquid velocity, gas velocity, local resistance coefficient.

Введение

В настоящее время во всем мире расширяется сфера использования устройств для очистки запыленных газов мокрым способом. Создание более эффективных и энергоэффективных способов и устройств очистки промышленных пылевых газов, выбрасываемых в атмосферу, является актуальным на сегодняшний день [1,3]. С учетом этого нами разработана новая конструкция барабанного аппарата для очистки запыленных газов мокрым способом и проводятся научно-исследовательские работы[2,4,5,6,7,8,9]. Основными показателями аппаратов для мокрой очистки являются эффективность очистки, которая в свою очередь зависит от коэффициентов сопротивления рабочих и контактных элементов аппарата. В данной научно-исследовательской работе представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных по определению коэффициентов сопротивления в экспериментальном устройстве барабанного аппарата.

Объект и метод исследования

В качестве объекта исследования использовано экспериментальное устройство барабанного аппарата, созданное кафедрой «Технологические машины и оборудование» Ферганского политехнического института (рис. 1) и формула расчета общего полного давления, теряемого в аппарате [10,11], полученного в результате теоретических исследований.

Рисунок 1. Общий вид барабанного устройства

Полученные результаты

Для расчета этого полного давления необходимо определить местное сопротивление аппарата и коэффициенты сопротивления металлических сеток с различными размерами отверстий, установленных на барабане, являющемся основным рабочим органом аппарата[10,11]. Поэтому для экспериментальных исследований были выбраны сетки из нержавеющей стали ГОСТ 3826-82, 12Х18Н10Т, с квадратными отверстиями 3-х различных размеров (рис. 2).

Рисунок 2. Размеры выбранных сеток

Теоретический коэффициент полного сопротивления аппарата равен [10,11].

;                                                      (1)

где  ξ_к - коэффициент местного сопротивления при подаче запыленного воздуха к устройству по трубе, определяемый следующим образом.

                                                             (2)

где  λ₁-коэффициент трения о стенку трубы, передающей запыленный газ к устройству, l – длина трубы, по которой движется запыленный газ, м; d - диаметр трубы, м;

где  ξ_с-коэффициент сопротивления сетки барабана и определяется следующим образом.

;                                                          (3)

где  ∆П – поправочный коэффициент, определяется опытным путем, ΣS_c- общая поверхность сетки, м²; δ - толщина проволоки сетки, м; а-размер квадратного отверстия сетки, м.

ξ_ч- коэффициент местного сопротивления при отводе запыленного воздуха от устройства по трубе, определяется следующим образом.

                                                           (4)

где  λ₂-коэффициент трения в трубе выпуска очищенного воздуха из аппарата, l-длина трубы, по которой движется очищенный воздух, м; d - диаметр трубы, м;

Если к упомянутой выше формуле 1 прибавить значения формул 2, 3, 4, то это будет выглядеть так.

;                                             (5)

С помощью этого уравнения определяется общий коэффициент сопротивления аппарата.

На начальном этапе экспериментов на газоотсасывающую часть вентилятора устанавливалась шибер (подвижная преграда), передающая пылевые газы в аппарат. Шибер менялся в диапазоне 30÷90⁰ (с шагом 15⁰) и определялись скорости газа, выходящие из вентилятора, и соответствующие расходы газов. Согласно этому, при открытии шибера на 30⁰, Q_г=141м³/ч, при открытии на 45⁰, Q_г=282м³/ч, при открытии на 60⁰, Q_г=423м³/ч, при открытии на 75⁰, Q_г=564м³/ч, при открытии на 90⁰ Q_г=705м³/ч.

В дальнейшем ходе экспериментов в корпус аппарата был установлен вентилятор и определенный выше расход газа задавали в диапазоне Q=141÷732 м³/ч (с шагом 141 м3/ч), а расход газа определялся в зависимости от скорости газа, выходящего из аппарата. В данном случае при открытии шибера на 30⁰ составил Q_г=106 м³/ч, при открытии на 45⁰, Q_г=212 м³/ч, при открытии на 60⁰, Q_г=321 м³/ч, при открытии на 75⁰, Q_г=440 м³/ч, при открытии до 90⁰, Q_г=550 м³/ч.  Коэффициент местного сопротивления аппарата определяли по разнице расхода газа. Для определения этих различий на всех этапах экспериментов использовали электронный прибор марки АНИМОМЕТР ВА06-TROTEC. Коэффициент местного сопротивления аппарата составлял ξ_м=0,35. На следующем этапе экспериментов вокруг рабочего барабана обертывались сетки с квадратными отверстиями размером, а=0,6, 0,8, 1 мм, формировались сеточные барабаны и последовательно вставлялись в корпус (рис. 4).

Рисунок 3. Вид сетчатого барабана

В каждый сетчатый барабан, установленный на аппарате, подавался газ в диапазоне Q_г=141÷732 м³/час (с шагом 141 м³/час). Экспериментальные исследования проводились отдельно для каждого барабана. В опытах частота оборотов барабана была выбрана n=15;20;25 об/мин, плотность газа ρ_г=1,29 кг/м³ (воздух). Согласно результатам, при размере квадратного отверстия сетки a=0,6 мм, толщине проволоки сетки δ=0,25 мм, коэффициент сопротивления составил ξ=2; в размере квадратного отверстия сетки a=0,8 мм, толщине проволоки сетки δ=0,325 мм, ξ =1,8; при размере квадратного отверстия a=1 мм и толщине проволоки сетки d=0,4 мм, ξ=1,6.

Это в том случае, если к установленным коэффициентам сопротивления добавляются местные коэффициенты сопротивления аппарата. Если из этих значений вычесть местные сопротивления, то будут получены коэффициенты сопротивления сетки.

1. a=0,6 мм, при толщине проволоки сетки d=0,25 мм; ξ_с =2-0,35=1,65

2. а=0,8мм, при толщине проволоки сетки d=0,325мм; ξ_с =1,8-0,35=1,45

3. а=1,0 мм, при толщине проволоки сетки d=0,4 мм; ξ_с=1,6-0,35=1,25

Полученные экспериментальные результаты были обработаны на основе компьютерной программы и построен график зависимости (рис. 4).

Рисунок 4. График коэффициента изменения сопротивления ξ в зависимости от ΣSδ/ΣSa

Вид полученного уравнения регрессии:

y = -833,33x² + 168,33x - 6,81 R² = 0,9989

На следующем этапе экспериментов в корпус аппарата с установленной сеткой распыляли воду и проводили опыты по определению общих коэффициентов сопротивления аппарата. На барабаны с размером квадратного отверстия, а=0,6, 0,8, 1 мм по отдельности на каждый барабан подавался постоянный расход газа Q=141÷732 м³/час (с шагом 141 м³/час). При каждом расходе газа в сетчатый барабан аппарата распылялась вода из 4 штуцеров марки С32-412 с расходом Q_с=0,075÷0,3м³/час (с шагом 0,075 м³/час). На каждом шаге распыления водой выбранных сеток определялся расход газа, выходящего из аппарата. Коэффициенты полного сопротивления при распылении водой аппарата определялись по разнице расхода газа. В проведенных экспериментах не существенно влияния частоты оборотов барабана на изменение коэффициентов сопротивления. Поэтому он не учитывался в результатах эксперимента. Результаты эксперимента были обработаны на основе компьютерной программы и построены графики зависимости. (Рисунки 5,6,7,8,9).

Рисунок 5. График изменения коэффициента полного сопротивления аппарата в зависимости от расхода жидкости. Q_г=141 м³/ч –const

Полученные уравнения регрессии имеют следующий вид:

y = 0,72x + 1,295              R²=0,9986

y = 0,88x + 1,44                R² = 0,9945

y = 1,1467x + 1,65             R² = 0,9968

y = 1,64x + 2,035              R² = 0,9866

Рисунок 6. График изменения коэффициента полного сопротивления аппарата в зависимости от расхода жидкости. Q_г=282 м³/ч –const

Полученные уравнения регрессии имеют следующий вид:

y = 0,48x + 1,095               R² = 0,9969

y = 0,7067x + 1,515           R² = 0,9979

y = 1,1467x + 1,695           R² = 0,9888

y = 1,4133x + 2,02           R² = 0,9979

1 - В случае, с не установленной сеткой на корпусе аппарата; 2 - с установленной сеткой размерами, а=1 мм; 3- с установленной сеткой размерами, а=0,8 мм; 4-с установленной сеткой размерами, а=0,6 мм.

Рисунок 7. График изменения коэффициента полного сопротивления аппарата в зависимости от расхода жидкости. Q_г=423 м³/ч -const

Полученные уравнения регрессии имеют следующий вид:

y = 0,4533x + 1,475       R² = 0,9966

y = 0,7067x + 1,61         R² = 0,9839

y = 0,9067x + 1,795       R² = 0,9755

y = 1,5467x + 2              R² = 0,9894

Рисунок 8. График изменения коэффициента полного сопротивления аппарата в зависимости от расхода жидкости. Q_г=564 м³/ч -const

Полученные уравнения регрессии имеют следующий вид:

y = 0,3467x + 1,215       R² = 0,9941

y = 0,6267x + 1,64         R² = 0,9973

y = 0,7067x + 1,765       R² = 0,9979

y = 0,9333x + 2,025       R² = 0,9959.

1 - В случае, с не установленной сеткой на корпусе аппарата; 2 - с установленной сеткой размерами, а=1 мм; 3 - с установленной сеткой размерами, а=0,8 мм; 4-с установленной сеткой размерами, а=0,6 мм.

Рисунок 9.График изменения коэффициента полного сопротивления аппарата в зависимости от расхода жидкости. Q_г=564 м³/ч -const

Полученные уравнения регрессии имеют следующий вид:

y = 0,4x + 1,54              R² =0,9985

y = 0,5333x + 1,75         R² = 0,9992

y = 0,9067x + 1,895       R² = 0,9923

y = 1,08x + 2,05             R² = 0,9918

1 - В случае, с не установленной сеткой на корпусе аппарата; 2 - с установленной сеткой размерами, а=1 мм; 3 - с установленной сеткой размерами, а=0,8 мм; 4-с установленной сеткой размерами, а=0,6 мм.

Для упрощения расчетов коэффициент местного сопротивления в патрубке входа и выхода запыленного воздуха составляет ξ_м=0,35. В этом случае формула 5, по которой рассчитывается коэффициент полного сопротивления аппарата, будет выглядеть следующим образом.

;                                                    (6)

По результатам экспериментальных исследований определены коэффициенты сопротивления выбранных сеток. В зависимости от этих коэффициентов сопротивления определялись значения поправочного коэффициента ΔП следующим образом. Ширина и длина выбранной сетки равны, а сетка составляет 1м² в соответствии с диаметром и длиной барабана. Значения поправочного коэффициента ΔП для расчета коэффициента сопротивления сетки определяется следующим образом.

1.        Размер квадратного отверстия сетки составляет а=0,6 мм. Толщина проволоки сетки δ =0,25 мм. Количество проволок в сетке n=1176 шт. С одной стороны.

Умножаем толщину проволоки на количество проволок. Выведена поверхность, занятая продольно натянутыми проволоками.

Поскольку плошадь сетки равен 1м², поверхность поперечно натянутых проволок также равна Σδ_поп=0,294м².

Находим общую поверхность, занимаемую толщиной проволоки в сетке площадью 1м².

Находим полную поверхность, занятую отверстиями. Для этого из общей поверхности сетки вычитаем общую площадь, занимаемую проволоками сетки.

Определяем относительный коэффициент сопротивления, при определении берем соотношение общей площади толщины проволок сетки на общую площадь поверхности, занимаемую отверстиями. Потому что коэффициент относительного сопротивления увеличивается с увеличением общей площади толщины проволоки сетки. Наоборот, коэффициент относительного сопротивления уменьшается с увеличением общей поверхности, занимаемой отверстиями. Коэффициент относительного сопротивления прямо пропорционален толщине проволоки и обратно пропорционален размеру отверстия.

Определяем поправочный коэффициент ΔП.  Коэффициент сопротивления при установке сетки в корпус аппарата для отверстия, а=0,6мм определен выше и равен ξ_с=1,65. Разделив этот коэффициент сопротивления сетки на относительный коэффициент сопротивления, получим поправочный коэффициент.

Таким же образом определяются поправочные коэффициенты для последующих размеров сетки и строился график зависимости (рис. 15). При размере квадратного отверстия сетки, а=0,8 мм, толщины проволоки сетки δ=0,325 мм, количестве проволоки в сетке n=888 шт, ΔП=17. При размере квадратного отверстия сетки, а=1мм, толщине проволоки сетки δ=0,4 мм, количестве проволоки в сетке n=714 поправочный коэффициент равен ΔП =16 и построены графики зависимости. (Рис.10).

Рисунок 10. График изменения поправочного коэффициента ΔП в зависимости от ΣSδ/ΣSa

Полученные уравнения регрессии имеют следующий вид: 

y = -9479,2x² + 1752,3x - 63,008      R² = 0,9874. 

Вывод

В статье проведены экспериментальные исследования при различных режимах течения газа и жидкости в экспериментальном устройстве барабанного аппарата для мокрой очистки запыленных газов. Определены местные и общие коэффициенты сопротивления рабочих органов установки. В результате появилась возможность рассчитать суммарные потери давления на рабочих органах аппарата. Потому что от коэффициента сопротивления и суммарных потерь давления зависит определение оптимальных значений эффективность пылегазоочистки и энергопотребления устройства.

Список литературы:

1. Вальдберг А.Ю., Николайкина Н.Е. Процессы и аппараты защиты окружающий среды. Защита атмосферы: Учебное пособие для вузов / М.: Дрофа, 2008. – 239 c. 4.
2. Gulmiraxon M. et al. ANALYSIS OF THE DISPERSION COMPOSITION OF DUST PARTICLES //Yosh Tadqiqotchi Jurnali. – 2022. – Т. 1. – №. 6. – С. 70-79
3. Домуладжанов И. Х., Мадаминова Г. И. Вредные вещества после сухой очистки в циклонах и фильтрах //Universum: технические науки. – 2021. – №. 6-1 (87). – С. 5-10.
4. Исомидинов А.С., Тожиев Р.Ж., Каримов И.Т. Роторное устройство для мокрой пылеочистки // Научно-технический журнал ФерПИ-2018 Фергана, 2018.- №1 –Б. 195-198.
5. Isomidinov A., Madaminova G., Zokirova M. ANALYSIS OF MODERN INDUSTRIAL DUST GAS CLEANING DEVICES //Scientific progress. – 2021. – Т. 2. – №. 8. – С. 137-144.
6. Isomidinov, A., Madaminova, G., Qodirov, D., & Ahmadaliyeva, M. (2021). Studying the Effect of Interior Scrubber Hydraulic Resistance on Cleaning Efficiency. International Journal of Innovative Analyses and Emerging Technology, 1(5), 87-93.
7. Ikromaliyevna M. G. NEW DESIGN OF WET METHOD WET CLEANING BLADE-DRUM DEVICE //American Journal Of Applied Science And Technology. – 2022. – Т. 2. – №. 05. – С. 106-113.
8. Karimov, I., Tojiyev, R., Madaminova, G., Ibroximov, Q., & Xamdamov, O. T. (2021). Wet мethod dust remover dlack drum device. Барқарорлик ва Етакчи Тадқиқотлар онлайн илмий журнали, 1(5), 57-63.
9. Karimov, I., Tojiyev, R., Madaminova, G., Ibroximov, Q., & Xamdamov, O. T. (2021). Hydrodynamics of wet dush powder black drum equipment. Научный онлайн-журнал исследований в области устойчивого развития и управления, 1(5), С.49-56.
10. Мадаминова Г.И., Тожиев Р.Ж., Каримов И.Т. Барабанное устройства для мокрой очистки запыленного газа и воздуха// Universum: технические науки.– №. 5 (86). Часть 4.,М., Изд.”МЦНО”,-2021. С.45-49.
11. Мадаминова Г.И. Исследования по определению контактных поверхностей пыли //Universum: технические науки. – 2022. – №. 5-7 (98). – С. 63-67.