1984

ENGINEERING SYSTEMS

При уровне значимости α=0,05 расчетное значение F-критерия:

Здесь xij – i-е значение результирующего признака в j-группе (1≤ i ≤n,1≤ j ≤m);

С учетом Fрасч > Fкрит, следует, что зависимость длины факела от диаметра сопла существует и разделение на группы является целесообразным.

Визуальный анализ диаграммы рассеивания (см. рис. 3) позволяет выдвинуть гипотезу о существовании линейной зависимости между длиной факела и начальным давлением в каждой из трех групп при различных диаметрах сопел.

Модели парной линейной регрессии, отражающей зависимость между длиной факела и начальным давлением при различных диаметрах сопел y 0 1x , имеют вид:

1.y 551,68 45, 26x при d=1,3

2.y 509,79 24,91x при d=1,0

3.y 370,67 34,60x при d=0,7

принято y – длина факела, мм;

x – начальное давление, МПа;

0 , 1 – оценки коэффициентов уравнения регрессии.

Полученные модели тренда достаточно адекватно описывают исследуемые статистические зависимости и вполне пригодны для получения обоснованных заключений и прогнозов. В частности, при диаметре d=1,3 коэффициент детерминации R2=0,82. Таким образом, полученная модель на 82 % объясняет изменение роста длины факела от начального давления.

Уровень значимости F-критерия составляет 4,84 10-10, что существенно меньше 0,01, т.е. полученная модель является высокозначимой;

уровень значимости t-критерия (P-значение) для коэффициентов существенно меньше 0,01; следовательно, все коэффициенты статически значимы.

Из рис. 3 видно, что диаметр сопла влияет прежде всего на абсолютную длину факела. Рост высоты факела Н при повышении давления газа Р на срезе сопла при d=1,3 объясняется следующим. Во-первых, рост начального давления Р увеличивает расстояние от среза сопла до звукового сечения струи факела. Во-вторых, с ростом начального давления растет и диаметр звукового сечения струи, т.е дальнейшая расчетная струя формируется из большего начального диаметра звукового сечения, а увеличение начального сечения, при прочих равных условиях, вызывает увеличение высоты факела Н.

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

Выводы

1.Экспериментально установлено, что при росте начального давления газа на срезе сопла увеличивается высота факела.

2.Перемещение оси дежурного факела относительно среза сопла основного факела позволяет определить наименьшее расстояние от среза сопла до начала горения основной струи (данный факт следует учитывать при расчете условий стабилизации пламени на горелке).

3.Выявлена возможность стабилизации пламени сверхзвуковой струи газа дежурным факелом.

4.Установленные на основе экспериментальных данных зависимости позволяют использовать полученные результаты при расчете диаметра коллектора и сопел устройства для формирования газовоздушной завесы при защите населения от аварийно химически опасных веществ.

Список литературы

1.Обухов, И.А. Новый способ активной защиты населения от ядовитых или отравляющих веществ / И.А. Обухов, В.А. Майоров, А.А. Гусев // Безопасность жиз-

недеятельности. – 2001. – № 8. – С. 18–20.

2.Обухов, И.А. Способ формирования газовоздушной завесы для защиты населения от ядовитых или отравляющих веществ / И.А. Обухов, В.А. Майоров // Патент РФ №2229908. Бюл. № 16, 2004.

3.Майоров, В.А. Устройство для формирования газовоздушной завесы для защиты населения от аварийно химически опасных веществ / В.А. Майоров, И.А. Обухов, В.А. Кубис // Патент РФ №2255780 Бюл. № 19, 2005.

4.Кубис, В.А. Установка для исследования горения сверхзвуковой газовой струи в воздухе / В.А. Кубис //Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах: VII Международная научно-практическая конференция. – Пенза: ПГУАС, 2006. – С. 187.

5.Кубис, В.А. Исследование факела газовой струи для повышения эффективности работы устройства по формированию защитной газовоздушной завесы / В.А. Кубис, И.Н. Фильчакина// Региональнаяархитектураистроительство. – 2010. – №1. – С. 112–115.

References

1.Obukhov, I.A. A new method of active protection from toxic or poisonous substances / I.A. Obukhov, V.A. Maiorov, A.A. Gusev // Privacy life inactive. – 2001. – № 8. – P. 18–20.

2.Obukhov, I.A. Method of forming gas-air curtain to protect the public from toxic or poisonous substances / I.A. Obukhov, V.A. Maiorov // Patent of Russian Federation № 2229908. Bull. № 16, 2004.

3.Maiorov, V.A. The device for formation of the gas-air curtain to protect the public from accident chemically hazardous substances / V.A. Maiorov, I.A. Obukhov, V.A. Kubis // RF patent № 2255780 Bull. № 19, 2005.

4.Kubis, V.A. Installation for the investigation of a supersonic gas jet burning in air / V.A. Kubis // Problems of energy conservation and ecology in industry and municipal housing complexes: VII International on-uchno-conference. – Penza: PGUAS, 2006. – P. 187.

5.Kubis, V.A. Investigation of the flare gas stream to increase the efficiency of the device to form a protective gas-air curtain / V.A. Kubis, I.N. Filchakina // Regional architecture and building. – 2010. – №1. – P. 112–115.

ENGINEERING SYSTEMS

УДК 697.922.2

РЕКОНСТРУКЦИЯ СИСТЕМЫ АСПИРАЦИИ СУШИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ ПОСРЕДСТВОМ ЗАКРУТКИ ПОТОКА

В ВОЗДУХОВОДАХ

Д.П. Боровков, С.А. Степанов, В.Г. Камбург, К.О. Чичиров

Указаны причины образования пылевых отложений в системах аспирации сушильного оборудования на предприятиях строительной индустрии. Рассмотрен способ повышения устойчивости работы систем аспирации посредством закрутки аспирационных потоков. Описан способ организации закрутки потока в аспирационных сетях. Приведены результаты внедрения описанного решения в условиях действующего производства.

Ключевые слова: аспирационные системы, пыль, частицы, закрученный поток.

RECONSTRUCTION OF DRYING EQUIPMENT ASPIRATION SYSTEM IN ENTERPRISES OF CONSTRUCTION INDUSTRY THROUGH THE FLOW SWIRLING IN DUCTS

D.P. Borovkov, S.A. Stepanov, V.G. Kamburg, K.O. Chichirov

The reasons of dust deposit formation in drying equipment aspiration system in the enterprises of the construction industry are pointed out. A method for increasing the stability of the system by means of aspiration flows swirl is examined. A method is described in the organization of flow swirling aspiration networks. The results of implementing the described solution in industry are presented.

Keywords: vacuum systems, dust, particles, spun thread.

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

При эксплуатации систем аспирации предприятий строительной отрасли с течением времени происходит образование пылевых отложений в воздуховодах аспирационной сети. Одной из главных причин, обусловливающих образование пылевых отложений в воздуховодах систем аспирации предприятий строительной индустрии, являются полидисперсность пылевых частиц, содержащихся в газах, отходящих от аспирируемого оборудования [1, 2].

Ввиду вероятностного характера процессов механического измельчения материалов, характерного для строительной отрасли, максимальный диаметр частиц пылевидного материала является случайной величиной. Несмотря на то, что вероятность значительного отклонения максимального диаметра пылевых частиц от своего среднего значения невелика, величина этого отклонения может быть существенной. Таким образом, в течение достаточно длительного промежутка времени число случаев превышения расчетной величины максимального диаметра частиц пылевидного материала может стать значительным. Попадание в аспирационную сеть частиц, диаметр которых превышает максимальный расчетный, может привести к выпадению их из газового потока и отложению на дне и стенках воздуховода.

Другой немаловажной причиной образования отложений пыли в воздуховодах систем аспирации строительной индустрии является повышенная адгезионная способность пылей, характерных для строительной отрасли [1, 2].

Еще одним фактором, обусловливающим образование отложений пылевых частиц в воздуховодах систем аспирации строительных производств, является изменение количества аспирационного газа, отводимого от аспирируемого оборудования. Подобная ситуация может возникнуть в ряде случаев, таких, как:

отключение некоторого количества единиц аспирируемого оборудования;

изменение технологической нагрузки на аспирируемое оборудование;

отключение части пылеулавливающих аппаратов (например, при регенерации рукавных фильтров).

Учитывая тот факт, что величина аспирационного объема, который необходимо удалять от оборудования для обеспечения его нормальной работы, лежит в определенных пределах и, как правило, регламентирована для большинства видов оборудования, необходимым условием его надежного и экономичного функционирования является способность системы аспирации обеспечивать проектную величину аспирационного объема.

При снижении объема газа, проходящего по воздуховодам системы аспирации, происходит уменьшение скорости газового потока. Следствием этого является снижение транспортирующей способности аспирационного потока.

Таким образом, при существенном понижении объема аспирационного газа, отводимого от оборудования системой аспирации, может начаться процесс образования пылевых отложений на внутренних поверхностях воздуховодов.

Одним из возможных решений проблемы недостаточной транспортирующей способности газового потока является организация его закрутки.

Повышенную способность закрученного газового потока приводить в движение и переносить твердые пылеобразные частицы отмечали в своих работах ряд исследователей. Так, например, в работе [3] описан показательный эксперимент, направленный на сравнительную оценку транспортирующей способности осевого и закрученного потоков. В ходе эксперимента на дно протяженного горизонтального воздуховода, по которому протекал незакрученный воздушный поток, помещался пылевидный материал. Скорость потока выбиралась таким образом, чтобы его транспортирующая способность была недостаточной и пылевые частицы оседали на дно воздуховода. Затем, без проведения каких-либо дополнительных изменений, к входу воздуховода прикреплялся закручиватель. При этом пылевые частицы, приобретая винтообразную траекторию, уносились со дна воздуховода. Данный пример убедительно доказывает преимущество транспортирования пылевидных частиц по воздуховодам при помощи закрученного потока.

ENGINEERING SYSTEMS

Для организации закрутки потока в воздуховодах систем аспирации наиболее подходят закручивающие устройства тангенциального типа. Выбор тангенциальных закручивающих устройств обусловлен отсутствием внутренних направляющих элементов, подверженных образованию пылевых отложений, а также конструктивной простотой и легкостью изготовления.

Ввиду того, что снижение аспирационного объема может носить лишь временный характер, применение закручивающих устройств в системах аспирации повлечет за собой неоправданное увеличение затрат энергии при работе системы в режиме полной нагрузки. Этим обусловлена потребность в устройствах, обеспечивающих работу аспирационной сети в режимах аксиального и закрученного потоков.

Для организации закрутки аспирационного потока в воздуховодах аспирационной сети во время работы системы в режиме пониженного расхода аспирационного газа предложен комбинированный тангенциальный отвод-закручиватель, конструкция которого представлена на рис.1.

При работе системы аспирации в основном режиме байпасный патрубок 4 герметично закрыт при помощи заслонки 5, заслонка аксиального патрубка 6 открыта и из выходного патрубка 2 выходит аксиальный аспирационный поток. Для создания закрутки газового потока, проходящего через тангенциальный отвод-закручиватель, заслонка 5 тангенциального патрубка открывается, а заслонка 6 аксиального патрубка переводится в закрытое положение.

А - А

Азаслонки условноне показаны

Рис. 1. Комбинированный тангенциальный отвод-закручиватель:

1 – отвод; 2 – выходной аксиальный патрубок закручивателя; 3 – входной аксиальный патрубок закручивателя; 4 – тангенциальный патрубок; 5,6 – заслонки;

7 – присоединительные фланцы

Применение комбинированного тангенциального отвода-закручивателя вместо стандартного обеспечивает значительную (от 20 до 60 %) экономию энергии в режиме номинального расхода аспирационного газа. Это достигается за счет работы системы в режиме незакрученного потока при достаточных для транспортирования пылевых частиц скоростях. В режиме сниженного расхода энергопотребление системы с предлагаемым закручивающим устройством на 5…14 % больше такого же значения при использовании тангенциального отвода. Однако, учитывая, что большую часть времени система работает с номинальным расходом газа, а также то, что при снижении расхода газа абсолютное значение затрат энергии значительно уменьшается, применение разработанного устройства энергетически более выгодно, чем тангенциального отвода.

В настоящий момент тангенциальные отводы-закручиватели установлены на ряде аспирационных систем предприятий строительной индустрии. Для примера предлагается рассмотреть аэродинамические характеристики системы аспирации сушильного барабана кирпичного цеха №2 Себряковского комбината асбестоцементных изделий.

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

Аспирационная система предназначена для улавливания пыли и частиц глины, содержащихся в отходящих от сушильного барабана газах. Из-за больших габаритов и компоновочных особенностей пылеулавливающей установки, а также в связи с плотной компоновкой технологического оборудования на территории цеха пылеуловители размещены на значительном расстоянии от сушильного барабана, поэтому аспирационная сеть имеет значительную протяженность горизонтальных воздуховодов.

При работе сушильного барабана Б–2,2–16 в режиме проектной мощности выход высушенного глиняного сырья составляет 14,2 т/ч. При таком режиме работы расход

газов, отводимых от барабана системой аспирации, по проекту составляет 28000 нормальных м3/ч.

Сушильный барабан подготавливает сырье для трех технологических линий по производству керамического кирпича, и в случае плановой или профилактической остановки одной или двух линий его производительность может понижаться в два-три раза. В целях снижения расхода тепловой энергии и уноса пыли в систему аспирации расход газа, отводимого от барабана, снижается пропорционально его производительности. При этом для поддержания необходимого для эффективной работы пылеуловителей ВИП–800 значения расхода аспирационного газа в режимах пониженной нагрузки производится отключение одной или двух боковых ветвей пылеулавливающей установки.

Анализ графика технологических и профилактических перерывов в работе линий по производству керамического кирпича и подсчет среднего количества и продолжительности внеплановых и аварийных остановок позволил определить время работы сушильного барабана в режимах максимальной, средней и минимальной производительности. Учитывая то, что аспирационный объем, отводимый системой аспирации от сушильного барабана, изменяется прямо пропорционально технологической нагрузке, вычислено время работы системы аспирации в режиме с расходом аспирационного газа, соответствующем режиму работы барабана.

Наблюдения за работой системы аспирации позволили установить, что с течением времени происходит существенное снижение величины аспирационного объема.

Таким образом, исходя из вышеперечисленных фактов, следует: в процессе эксплуатации системы аспирации происходит оседание пыли в воздуховодах. Образование пылевых отложений вероятнее всего происходит в режиме работы системы аспирации при пониженном и минимальном расходе аспирационного газа.

Для предотвращения образования пылевых отложений в воздуховодах системы аспирации было принято решение организовать закрутку аспирационного потока в режимах работы системы аспирации с пониженным расходом газа. Для этого стандартный аспирационный отвод в месте соединения вертикального воздуховода, отходящего от сушильного барабана, и горизонтального воздуховода, присоединенного к пылеулавливающей установке, заменен на комбинированный тангенциальный отводзакручиватель (рис. 2).

Результаты аэродинамического расчета системы аспирации после реконструкции, при работе в основном режиме и режиме с пониженным расходом аспирационного газа, показывают, что в основном режиме работы потери давления системы аспирации с установленным комбинированным тангенциальным отводом-закручивателем практически не отличаются от потерь давления системы до её реконструкции.

При работе в режиме пониженного на две трети расхода аспирационного газа потери давления системы аспирации с комбинированным тангенциальным отводом-за- кручивателем, работающим в режиме закрутки потока, лишь незначительно (на 4,5 %) больше потерь при аналогичном режиме работы системы аспирации до реконструкции. При этом условия транспортирования пылевидных частиц в горизонтальном воздуховоде значительно улучшаются по сравнению с условиями, наблюдаемыми при осевом течении аспирационного потока.

ENGINEERING SYSTEMS

800, l = 7 м

L = 28000 м3/час

800, l = 27,4 м L = 28000 м3/час

отвод - закручиватель Ф* = 1,3

800, l = 4,6 м L = 28000 м3/час

cушильный барабан

Рис. 2. Схема системы аспирации сушильного барабана кирпичного цеха №2 Себряковского комбината асбестоцементных изделий после реконструкции

Проведенные после реконструкции системы аспирации аэродинамические испытания показали, что результаты практических измерений соответствуют результатам теоретических расчетов. Результаты замеров аэродинамических характеристик системы аспирации, проведенных со значительными временными интервалами, практически совпадают. Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что после реконструкции системы аспирации образование пылевых отложений в воздуховодах аспирационной сети прекратилось. В результате установки комбинированного отвода-за- кручивателя при работе системы с полной нагрузкой в режиме незакрученного потока аэродинамическое сопротивление возросло с 2000 до 2080 Па, что составляет менее 5 % и находится на нижнем уровне точности измерений. Закрутка аспирационного потока позволяет системе устойчиво работать при расходе аспирационного газа в две трети и трети от номинального. Экономия энергии при этом составляет соответственно 52,7 % и 68,9 %.

Таким образом, реконструкция системы аспирации, заключавшаяся в замене стандартного вентиляционного отвода комбинированным тангенциальным отводом-закру- чивателем позволила обеспечить надежное функционирование системы аспирации при сниженной величине аспирационного объема. При проведении реконструкции не потребовалось каких-либо существенных изменений в аспирационной сети и замены тягодутьевого оборудования. Также не произошло существенного увеличения затрат энергии и прочих эксплуатационных затрат.

Выводы:

1.Аспирационные сети предприятий строительной индустрии с течением времени подвержены забиванию образующимися пылевыми отложениями.

2.Наиболее подвержены образованию пылевых отложений системы аспирации с изменяющимся аспирационным объёмом.

3.Закрученный газовый поток характеризуется меньшими значениями скоростей трогания и транспортирования пылевидных частиц.

4.Применение закрутки потока в воздуховодах систем аспирации позволяет предотвращать образование пылевых отложений и существенно повышает устойчивость работы систем аспирации при снижении аспирационных объемов.

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

Список литературы

1.Применение закрученных потоков в системах аспирации строительной отрасли

/В.Н.Азаров, Д.П. Боровков // Объединенный научный журнал. – 2003. – №5 (63). –

С. 102 – 104.

2.Желтобрюхов, В.Ф. Анализ причин забивания систем аспирации строительной отрасли / В.Ф. Желтобрюхов, Д.П. Боровков // Проблемы охраны производственной и окружающей среды: науч.-практ. конф. – Волгоград, 2001. – С. 84–87.

3.Кононенко, В.Д. Некоторые особенности пневмотранспорта закрученным потоком / В.Д. Кононенко, В.В. Бунин // Совершенствование систем очистки выбросов и поддержания микроклимата производственных зданий: сб. – Пенза, 1987. С. 14–18.

References

1.The use of swirling flows in aspiration systems of construction industry / V.N. Azarov, D.P. Borovkov // Joint Research magazine. – 2003. – № 5 (63). – Р. 102–104.

2.Zheltobryuhov, V.F. Analysis of the causes of aspiration systems blockage in construction / V.F. Zheltobryuhov, D.P. Borovkov // The problems of production and the environment: Sci.- Pract. Conf. – Volgograd, 2001. – Р. 84–87.

3.Kononenko, V.D. Some features of the twisted flow pneumatic conveying / V.D. Kononenko, V. Bunin // Improvement of treatment of emissions and climate control industrial buildings: sat. – Penza, 1987. – P. 14–18.

ENGINEERING SYSTEMS

УДК 662.613.5

УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ЗАВОДА*

С.Г. Прохоров, Ю.В. Родионов, Н.В. Аржаева, А.А. Кожунов, В.В. Салмин

Представлены данные оценки теплового ресурса уходящих газов технологических печей кузнечно-прессовогоцеха. Предложенысхемыутилизацииихтеплоты. Приведенырезультаты экспериментальныхисследованийиразработкинестандартногооборудования.

Ключевые слова: машиностроительный завод, технологические печи, утилизация теплоты уходящих газов.

UTILIZATION OF SMOKE GASES HEAT IN TECHNOLOGICAL

FURNACES OF MACHINE-BUILDING FACTORY

S.G. Prohorov, Y.V. Rodionov, N.V. Arzhaeva, A.A. Kozhunov, V.V. Salmin

The authors present the results of estimation smoke gases thermal resource in smith’s shop technological furnaces. Besides they give the results of experimental researches and development of non-standard equipment.

Keywords: smith’s shop, technological furnaces, utilization of smoke gases heat.

* Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» (госконтракт № 16.740.11.0069).

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

Использование природного газа в технологических печах машиностроительных заводов характеризуется недостаточной эффективностью. Например, коэффициент полезного действия нагревательных печей не превышает 40 %, а в некоторых случаях не достигает и 10 % [1]. Уходящие газы имеют температуру 500-800ºС и выше. В результате потери теплоты с уходящими газами достигают 60 % и более.

Объектом исследований являлись печи кузнечно-прессового цеха Пензенского компрессорного завода (6 печей). Печи оборудованы эжекционными горелками с суммарным расходом газа 2360 нм3/ч. Половина печей работала непрерывно с расходом газа 1180 нм3/ч.

Результаты замеров показали, что температура уходящих газов в боровах непосредственно за печами в правой части цеха изменялась от 800-850ºС до 9501000ºС. Температура в сборном борове перед дымовой трубой составила 400-450ºС. С учетом присосов воздуха и режимов работы только печей в правой части цеха расход уходящих газов достигал 30-35 тыс. нм3/ч. Уходящие газы удалялись через дымовую трубу самотягой. Разрежение перед трубой составляло 180-200 Па.

С целью повышения эффективности использования природного газа нами предложены два варианта утилизации теплоты уходящих газов на базе разработанного радиационного ударно-щелевого воздухонагревателя. По первому варианту (рис. 1) уходящие газы от четырех печей правой части цеха поступают в четыре воздухонагревателя, где охлаждаются с температуры 800-850 С до 500-550 С (в зависимости от величины присосов окружающего воздуха в газовый тракт). Утилизированная теплота используется для подогрева чистого наружного воздуха до температуры 180-200 С с подачей его на цели воздушного отопления литейного цеха. Для снижения температуры горячего воздуха до температуры притока (45-50 С) разработана воздухораспределительная панель эжекционных смесителей.

Рис. 1. Схема утилизации теплоты дымовых газов печей кузнечно-прессового цеха (вариант 1): 1 – печи; 2 – радиационные ударно-щелевые воздухонагреватели; 3 – водяной экономайзер; 4 – вентиляторы; 5 – воздухозаборные устройства; 6 – дымососы; 7 – воздушные фильтры

В дальнейшем теплоту уходящих газов после воздухонагревателей предложено использовать для получения горячей воды с температурой 60-70 ºС в поверхностном чугунном экономайзере. Для обеспечения надежной работы экономайзера предусмотрен узел разбавления с целью снижения температуры газов с 500-550 С до 300-350 С. Подогрев воды осуществляется следующим образом: заполняется бак-аккумулятор холодной водой. При достижении верхнего уровня срабатывает перелив. Закрываются задвижки на исходной воде и перепускном трубопроводе. Открываются задвижки на обвязочных трубопроводах рабочего насоса (один резервный) и на выходе из бака.