IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Технологические операции (перегрузка, дробление, грохочение и др. сыпучих материалов) на предприятиях различных отраслей (горно-рудной, строительной, металлургической, угольной и др.) сопровождаются интенсивным выделением пыли. Основными методами борьбы с пылью являются технологические, гидрообеспыливание, пенопылеподавление, системы комплексной обеспыливающей вентиляции. Наиболее эффективным методом является система комплексной обеспыливающей вентиляции включающих в себя: аспирацию, пневмоуборку просыпей, общеобменную вентиляцию. Системы аспирации ликвидирует основную причину пылеобразования - избыточное давление в полостях технологического оборудования и укрытиях, образующееся за счет взаимодействия сыпучего материала и рабочих органов с воздухом, за счет локализации источников пылеобразования укрытиями, последующее удаление от них запыленного воздуха и его очистка.

На сегодняшний день существует порядка шестидесяти различных видов аспирационных укрытий, большинство из них имеет достаточно сложные конструкции, значительно снижающие эксплуатационную эффективность работы перегрузочного узла. Наибольшее распространение сегодня получили укрытия с одинарными (УО) и двойными (УД) стенками, а также комбинация двойных стенок с жесткой перегородкой (УДЖ).

Одной из важных задач при проектировании систем аспирации является подбор аспирационного укрытия, и в частности определение разрежения, в укрытии позволяющего предотвратить выбивание пыли в воздух рабочей зоны. В решении данного вопроса помогают обширные исследования [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7].

Известно, что величина разрежения в укрытии определяется величиной и характером изменения давления на внутренней поверхности стенок укрытия. Статическое давление у стенок в свою очередь обуславливается аэродинамическими и тепловыми процессами, протекающими в укрытии [2]. 

Исследования динамики воздушных потоков, проведенные Нейковым О.Д., Логачевым И.Н. [2] показали, что характер распространения воздушных потоков внутри укрытия места загрузки материала определяется взаимодействием струи эжектируемого воздуха, входящего в укрытие и всасывающим спектром аспирационной воронки. Струя эжектируемого воздуха, выходя из желоба, растекается по конвейерной ленте и в виде струи натекает на вертикальные стенки укрытия. Динамический напор струи у стенок преобразуется в статический, обуславливая тем самым неравномерность давления на внутренних поверхностях стенок. Максимальное давление при этом фиксируется на наиболее близких к желобу участках вертикальных стенок, где скорость веерной струи больше.

Характер уменьшения давления в сторону воронки уменьшается, что сохраняется в укрытии и при изменении расходов подаваемого и удаляемого воздуха. Для предотвращения выбивания воздуха из укрытия, необходимо увеличить производительность местного отсоса, добившись разрежения на всей площади вертикальных стенок. Причем, наименьшая величина этого разрежения должна быть не меньше динамического напора струи у наиболее близкой к желобу стенки [1,2]:

А величина оптимального разрежения пропорциональна динамическому напору воздушного потока в конечном участке желоба:

где k - коэффициент пропорциональности, учитывающий конструктивное оформление укрытий и условия выхода струи эжектируемого воздуха; v - скорость эжектируемого воздуха при выходе из желоба, м/с; ρ - плотность воздуха, кг/м³.

Величину оптимального значения следует определять промышленными испытаниями и учитывать все факторы, влияющие на нее. Так, для укрытия места загрузки конвейера (табл. 1) - это тип укрытия, следовательно, аэродинамические особенности взаимодействия потока эжектируемого воздуха и всасывающего спектра аспирационного патрубка; крупность материала и, следовательно характер и интенсивность вытеснения воздуха в момент падения частиц на ленту конвейера [1, 2, 4, 5].

Таблица 1 Величина оптимального разрежения в укрытии места загрузки ленточного конвейера при перегрузке не нагретого материала [1, 2, 3, 4]

Тип укрытия	Рекомендуемое разрежение
	d<0,2 мм порошкообразный	d<0,2-3мм зернистый	d>3 мм кусковой
Укрытие с одинарными стенками	8	10	12
Укрытие с двойными стенками	6	7	8

Основываясь на выше сказанном, перед нами встала задача исследования оптимального разрежения обеспечивающего не выбивание пыли и воздуха из укрытий с одинарными и двойными стенками, а также с двойными стенками и жесткой перегородкой с целью их сравнения между собой и с результатами работ авторов. В табл. 1 представлены значения оптимальных разрежений представленных в работах [1, 2, 3, 4].

Для решения этой задачи нами был выполнен численный и полупромышленный эксперименты, результаты которых представлены на рис.3 и 4.

Численный эксперимент (ЧЭ) проводился в программном комплексе COSMOSFIoWorks, который интегрирован с системой автоматизированного проектирования SolidWorks.

В процессе эксперимента решается внутренняя стационарная задача движения воздуха в полости аспирационного укрытия от желоба до аспирационного воздуховода (рис.1). Для решения данной задачи были приняты начальные (физические параметры среды характерные для нормальных условий) и граничные условия исследуемой модели. В качестве граничных условий были приняты проницаемые (1 - всасывающий проем аспирационной воронки, 2 - поверхность входа эжектрируемого потока, 3 - поверхности атмосферного давления) и непроницаемые (поверхности твердых тел 4) плоскости, которые фактически определяют связь физических процессов в расчетной области с физическими процессами вне её (см. рис.1).В процессе эксперимента варьировались величины объемов эжекции и аспирации до достижения соотношения в результате, которого фиксировалось не выбивание воздуха из укрытия как, условие.

Полупромышленный эксперимент (ППЭ) проводился на лабораторном стенде (рис. 2). Работа экспериментальной установки происходит следующим образом.

Вентилятор 1 подает воздух через воздуховод 2 в канал 3 имитирующий перегрузочный желоб (300х300 мм), после чего воздух попадает в аспирационное укрытие 4. Изменение расхода эжектируемого воздуха Q_ж происходит за счет повышения или понижения частоты вращения вентилятора 1.

Побудитель тяги 9 из укрытия 4 через измерительный воздуховод 7 аспирирует поток воздуха Q_а состоящий из эжектируемого потока Q_ж и воздуха поступающего через неплотностиQ_н.  Изменение расхода аспирируемого воздуха Q_а осуществляется заслонкой 8.

Расхода воздуха поступающего через неплотности Q_н регулируется высотой щели 5 по периметру укрытия.

Конструкция аспирационного укрытия является разборной с изменяемыми конструктивными параметрами: ширина, высота, длинна укрытия, наличие отбойной плиты, выходного проема, двойных стенок и других конструктивных элементов влияющих на распределение потоков и давлений воздуха в полости укрытия.

При проведении исследований определение условия не выбивания фиксировалось качественным (ленточки расположенные по периметру укрытия в области неплотностей) и количественным образом (измерение скорости воздуха при помощи термоанемометра TESTO 425 в области неплотностей укрытия). Определение объемов аспирируемого и эжектируемого воздуха производилось при помощи термоанемометра TESTO 425 и дифференциального манометра TESTO 510 с пневмометрической трубкой НИИОГАЗ.

Замер разрежения производился по периметру укрытия. На рис.3 представлен график распределения разрежения по продольной стороне укрытий построенный по 8 точкам при объеме эжекции 0,31 м³/с (нумерация от желоба к аспирационной воронке) по результатам численного (ЧЭ) и полупромышленного (ППЭ) эксперимента.

На рисунке 4 представлен график влияния объемов эжектируемого воздуха на оптимальное разрежение (Py), построенный на основании усредненных разрежений в укрытиях УО, УД и УДЖ при различных заданных объемах эжекции и расходах аспирации предотвращающих выбивание воздуха из укрытия. Так же на графике представлены кривые разрежений определённых по формуле (1) отнесенных к скорости в желобе (v_ж) и в проеме между перегородкой (v_пер) и лентой конвейера.

По результатам проведенных экспериментов удалось установить, что на величину оптимального разрежения преобладающее влияние оказывает величина динамического напора в конечном участке желоба (для укрытий с одинарными и двойными стенками) и входа во внешний короб (для укрытия с двойными стенками и жесткой перегородкой). В укрытии с двойными стенками (рис. 3, кривые ППЭ УД и ЧЭ УД) разрежение по периметру распределяется более равномерно по сравнению с другими типами укрытий. Минимальные объемы аспирируемого воздуха (при соблюдении условия не выбивания) характерны для укрытия с двойными стенками, максимальные для укрытия с одинарными стенками.

Проанализировав полученные результаты, выделим следующее:

• равномерное разрежение в укрытии с двойными стенками позволяет снизить объемы аспирируемого воздуха за счет снижения расхода воздуха поступающего через неплотности;
• повышенные значения оптимального разрежения в укрытии с двойными стенками и жесткой перегородкой приводят к увеличению объемов воздуха поступающего через неплотности, но в тоже время наличие жесткой перегородки в условиях реальных перегрузок оказывает значительное влияние на объемы эжектируемого воздуха, что в свою очередь полностью компенсирует данный недостаток;
• величина оптимального разрежения на наш взгляд должна уточняться расчетом для каждого из укрытий, а не выбираться исходя из существующих рекомендаций, что в свою очередь требует более детального исследования данного вопроса;
• неравномерность распределения разрежения в укрытии с одинарными стенками приводит к увеличению расхода воздуха поступающего через неплотности и как следствие объемов аспирируемого воздуха, а также повышает вероятность выбивания пыли из укрытия в месте загрузки конвейера.

Список литературы

1. Минко В.А. Обеспыливание технологических процессов производства строительных материалов. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1981. - 176 с.
2. Логачёв И.Н., Логачёв К.И.: Аэродинамические основы аспирации. Санкт-Петербург: Химиздат, 2005.-659с.
3. Альбом унифицированного нестандартного оборудования систем аспирации для предприятий силикатного кирпича. - Белгород, 1989. -78 с.
4. Нейков О.Д., Логачев И.Н. Аспирация и обеспыливание воздуха при производстве порошков /2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия,1981.- 192 с.
5. Афанасьев И.И., Данченко Ф.И., Пирогов Ю.И.Обеспыливание на дробильных и обогатительных фабриках. Справочное пособие. - М.: Недра, 1989. - 197с.
6. Гольцов, А. Б. Расчет объемов аспирации при переработке руды. Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2005. - N.12.- С. 19-21.
7. Гольцов А.Б., Киреев В.М., Попов Е.Н., Семиненко А.С. Проблемы комплексного обеспыливания при переработке рудных материалов Сборник трудов. - 2007г. № 4 - Воронеж: изд-во ВГАСУ с. 123-129

Код для цитирования: Скопировать