Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование систем повышения эффективности обработки деталей дробью при условии снижения шума и вибрации на рабочем месте оператора. Учебное пособи
.pdf
51
«остаточная-II.3» дисперсная система за счет принудительного воздействия на нее стремится к разрушению в приземном слое атмосферы,
а «остаточная-II.4» дисперсная система остается витающей в воздушной среде и, в конечном счете, формирует остаточную концентрацию
загрязняющих веществ в воздушном бассейне территории предприятия.
На основе анализа физической модели процесса снижения загрязне-
ния воздушной среды для дробеструйной камеры можно предложить
структуру специальной инженерно-экологической системы, в которой на
пылевые частицы будут последовательно и целенаправленно оказываться соответствующие внешние воздействия. Целью этих воздействий является снижение устойчивости пылевого аэрозоля в соответствии с
представленной схемой трансформации дисперсных систем (рис. 3.2).
Тип дисперсной
системы
Направление
изменения
устойчивости
Снижение загрязнения воздуха (СЗВ)
ПГУ ПГО
Загрязняющий
аэрозоль
τU
> 0
τU
< 0
Материал
загрязняющего
вещества
τU
> 0
τU
< 0
Рис. 3.2. Схема трансформации дисперсных систем в процессе снижения загрязнения
воздушной среды для дробеструйной камеры
Анализ основных характеристик объектов, участвующих в процессе снижения загрязнения воздушной среды, позволяет предложить схему последовательного перевода загрязняющих веществ как дисперсной
системы из одного качественного состояния в другое.
В результате анализа схемы трансформации дисперсных систем
(рис. 3.2) в процессе снижения загрязнения воздушной среды для
дробеструйной камеры можно заключить следующее:
реализацией второго направления возможно обеспечить сниже-
ние концентрации частиц загрязняющих веществ в распространяющемся пылевом аэрозоле до ПДК;
д-II.1
п-I.2
п-II.1
д-II.2
п-II.2
ПДК
р.з
ПДК
сс(мр)
τ
о-II.1
о-II.2
52
положительный эффект от реализации этого направления дости-
гается последовательным целенаправленным воздействием на загрязняющие вещества («исходная-1» дисперсная система) соответствующими «дополнительными» дисперсными системами на этапах улавливания, очистки и рассеивания загрязняющих веществ.
3.2. Анализ системы борьбы с загрязняющими веществами
для дробеструйной камеры
В соответствии с общепринятыми представлениями система снижения загрязнения воздушной среды (ССЗВС) является элементом системы обеспечения нормативных параметров воздушной среды
(СОНПВС) и представляет собой упорядоченную совокупность специального оборудования, предназначенного для снижения содержания загрязняющих веществ в воздухе, выбрасываемом предприятием в атмосферу.
В соответствии с известной классификационной схемой ССЗВС системы борьбы с промышленной пылью (СБПП) включает пять основных функциональных элементов: связывание загрязняющих веществ,
задержание загрязняющих веществ, улавливание загрязняющих веществ, очистку воздуха от загрязняющих веществ и рассеивание загрязняющих веществ в воздушной среде.
Основное назначение каждого элемента заключается в создании
соответствующей «дополнительной» дисперсной системы, подготовке
её свойств к организации активного воздействия на загрязняющие вещества в целях уменьшения их устойчивости.
Каждый функциональный элемент может быть реализован различными методами (аэродинамическим, гидродинамическим, механическим, электромагнитным, оптическим и др.), которые определяются
физической сущностью направленных на загрязняющий аэрозоль
внешних воздействий на соответствующем этапе реализации процесса
снижения загрязнения воздушной среды. В свою очередь, каждый метод может быть реализован различными способами, которые определяются физической формой направленных на загрязняющие вещества
внешних воздействий («дополнительных» дисперсных систем). Каждый
способ может быть реализован различными технологическими видами,
характеризуемыми технологическими параметрами организации внеш-
53
них воздействий на загрязняющие вещества. И, наконец, завершают
классификационную схему различные технические средства (устройства и аппараты).
Для условий эксплуатации дробеструйной камеры ССЗВС должна
включать два функциональных элемента: улавливание и очистку.
Физическая сущность процесса улавливания заключается в создании «дополнительной-II.1» дисперсной системы, свойства которой
должны обеспечивать предотвращение распространения (локализацию)
пылевого аэрозоля и их удаление из внутреннего объема дробеструйной
камеры.
В результате анализа свойств загрязняющих веществ, выделяющихся при обработке отливок дробью, установлено, что тонкодисперсные частицы пыли горелой формовочной смеси и окалины обладают
достаточно значимыми аэродинамическими параметрами. Именно поэтому целесообразно организовать их улавливание во внутреннем объеме дробеструйной камеры аэродинамическим методом. При аэродинамическом улавливании в качестве внешних воздействий выступают
воздушные потоки.
Известны два основных способа организации аэродинамического
метода улавливания: линейными и вихревыми потоками. Процесс улавливания может быть реализован с помощью отсоса воздуха через центральный вихреобразующий всасывающий насадок, установленный в
потолочной части камеры, и подачи воздуха плоскими вертикальными
струями вдоль стенок камеры через щелевые нагнетающие насадки,
установленные по углам камеры (активированный местный отсос).
На основе оценки возможности применения различных технологий
очистки воздуха от пылевого аэрозоля для дальнейшего анализа отобраны следующие технологии, основанные на реализации аэродинамического и гидродинамического методов:
вихревыми воздушными потоками в циклонном аппарате;
низконапорным орошением (давление орошающей жидкости пе-
ред соплом оросителя составляет 0,2–2,0 МПа);
высоконапорным орошением (давление орошающей жидкости
перед соплом оросителя составляет 7,2–15,0 МПа).
54
Технически гидродинамический метод орошением может быть реализован в камере орошения, в которой установлены форсунки, распыляющие подаваемую под давлением жидкость. Дробление жидкости на
капли обеспечивает высокоразвитую поверхность контакта взаимодействующих в активной зоне очистки газового потока и диспергированной жидкости.
Из перечисленных основных технологий очистки воздуха дробеструйных камер от пылевого аэрозоля наиболее приемлемыми по соображениям технологических требований, безопасной эксплуатации, простоты технологической схемы и удобства обслуживания для условий
участков обработки отливок являются вихревая аэродинамическая
очистка и очистка низконапорным орошением.
На основе сопоставления свойств загрязняющих веществ и технологических параметров ССЗВС можно заключить, что оптимальными
технологиями реализации процесса улавливания загрязняющих веществ
является аэродинамический метод сдуво-всасывающими вихревыми
воздушными потоками, а очистки – последовательность аэродинамического метода вихревыми потоками и гидродинамического метода низконапорным орошением.
3.3. Математическое описание процесса улавливания
загрязняющих веществ
Математическое описание процесса улавливания сводится к получению параметрических зависимостей эффективности Еэф и энергоемкостного показателя Еэ реализации аэродинамического улавливания
сдуво-всасывающими линейными воздушными потоками.
Зависимость расхода воздуха, позволяющего обеспечить требуемую эффективность улавливания пыли сдуво-всасывающими вихревыми воздушными потоками в рабочей зоне для условий эксплуатации
дробеструйной камеры, представлена в следующем виде:
22
ф
3
п экв п в
в.ул
1,25
в ПДК
(ρ ρ )
2,23 10 ,
μ (0,1 )
С
Dd
Q
l С
(3.1)
где Dп − средний диаметр частиц пылевого аэрозоля, м; d
экв
− эквива-
лентный диаметр всасывающего сечения активной зоны улавливания, м;
ρп, ρв − соответственно плотность вещества частиц пылевого аэрозоля и
воздуха, кг/м3; µ
в
− динамическая вязкость воздуха, Па∙с; l – относи-
55
тельное расстояние от заданной точки рабочей зоны до всасывающего
сечения активной зоны улавливания; Сф – фактическая концентрация
пыли, кг/м3; С
ПДК
– предельно допустимая концентрация пыли, кг/м3.
Требуемая эффективность улавливания пылевого аэрозоля в воздухе рабочей зоны дробеструйной камеры рассчитывается по формуле:
ф
тр
эф.у
ф
.
С ПДК
Е
С
(3.2)
Зависимость для определения энергоемкостного показателя процесса улавливания пылевого аэрозоля сдуво-всасывающими линейными воздушными потоками, организуемого несколькими побудителями
тяги (вентиляторами), может быть представлена в следующем виде:
12
1 1 2 2
1 1 2 1
2
э(АД)
ч ч ч
у а.ф
в в н н
0,51
mm
j j j j
jj
mn
ЕV
H Q H Q
, (3.3)
где V
а.ф
– объем активной зоны факела улавливания, м3; mч − средняя
масса одной частицы пылевого аэрозоля, кг; υч − средняя скорость движения частицы в активной зоне улавливающего факела, м/с; nч − количество частиц пылевого аэрозоля, улавливаемых единицей объема всасывающего воздуха в единицу времени, м3/с; m1 − количество всасыва-
ющих насадков в дробеструйной камере, шт.;
1
вj
H
− давление воздуха
во входном сечении j1-го всасывающего насадка, Па;
1
вj
Q
− расход воз-
духа во входном сечении j1-го всасывающего насадка, м3/с; m2 − количество нагнетающих насадков в дробеструйной камере, шт.;
2
нj
H
− дав-
ление воздуха в выходном сечении j2-го нагнетающего насадка, Па;
2
нj
Q
− расход воздуха в выходном сечении j
2
-го нагнетающего насадка, м3/с.
Если же такой процесс организуется только одним побудителем
тяги (вентилятором), то зависимость (3.3) может быть преобразована
к виду:
4
п ч а.ф п ф ПДК
э(АД)
у
1,5 2 1,5 2
в в н н ф
ρ
0,084 ,
Ql СС
Е
H d H d С
(3.4)
где Qп – расход пылевого аэрозоля через активное сечение всасывающего насадка, м3/с; l
а.ф
– длина активной зоны всасывающего факела, м;
dв, dн – соответственно суммарные эквивалентные диаметры всасывающих и нагнетающих насадков, м.
56
Эффективными техническими средствами, реализующими аэродинамический метод улавливания пыли, являются:
− устройства для аспирации мест перегрузки сыпучих материалов с
конвейера на конвейер;
− вентиляционные установки для улавливания пыли в помещении;
− различные конструкции всасывающих, нагнетающих и активиро-
ванных насадков, включая различные виды конфузоров, диффузоров и т. п.
Процесс улавливания пыли во внутреннем объеме дробеструйной
камеры не может быть реализован гидродинамическим методом, так
как в этом случае будет происходить интенсивное окисление (коррозия)
поверхности отливок и дроби.
3.4. Математическое описание процесса очистки воздуха
от загрязняющих веществ
Математическое описание процесса очистки воздуха от пыли сво-
дится к получению зависимостей расхода воздуха Q и энергоемкостного показателя Еэ, позволяющих обеспечить требуемую эффективность.
Зависимость расхода жидкости для гидродинамического метода
очистки низконапорным орошением получают с учетом физической
модели процесса снижения загрязнения воздуха следующим образом:
1
1
3
к.ж ж
п в к
ж
2
в к.ж
ПДК
2
ф в к.ж п п к
ρ
10
μ
,
18μ Stk 10
1
18μ (Stk 10 ) ρ
n
n
D
q
D
Q
D
С
С D D
где q – удельная электрозаряженность жидкостного аэрозоля, Кл/кг;
D
к.ж
– средний размер капель жидкости, м; Dп − средний диаметр частиц
пылевого аэрозоля, м; υк – средняя скорость капли жидкости, м/с;
Stk – число Стокса; n1 – коэффициент, учитывающий взаимное направление движения частиц пыли и капель диспергированной жидкости в
активной зоне очистки n1.
57
Зависимость энергоемкостного показателя процесса очистки воз-
духа от пыли гидродинамическим методом низконапорным орошением
может быть представлена в общем виде следующим образом:
ф ж.г
э(ГД)
нач кон
о
нач ж см к
σ 1 cos
0,61 ,
τ
h
СС
Е
СH
где С
нач
– концентрация пыли перед элементом очистки, кг/м3;
С
кон
– концентрация пыли в устье источника выброса пыли (в сечении
выхлопного воздуховода), с учётом обеспечения среднесуточной
ПДКсс в экологически значимой точке, кг/м3; hф – длина активной зоны
факела орошения, м; σ
ж.г
– поверхностное натяжение на границе разде-
ла «жидкость–газ», Дж/м2;
– краевой угол смачивания пыли;
Н
ж
– давление орошающей жидкости, Па; τсм – среднее время смачива-
ния частиц пыли каплями диспергированной жидкости, с; υк – средняя
скорость капли с учётом поправки на используемые в жидкости химические добавки, м/с.
Техническими средствами для реализации аэродинамической вих-
ревой очистки являются:
− циклон, содержащий корпус и осевой входной патрубок с за-
вихрителем потока;
− циклон, содержащий сферический корпус с тангенциальным вво-
дом очищаемого потока.
Сопоставление технологических особенностей линейного и вихревого способов аэродинамической очистки показало, что при одинаковых начальных условиях скорость выделения пылевых частиц из потока воздуха под действием вихревых струй всегда больше аналогичной
скорости выделения под действием линейных струй. Таким образом,
использование вихревых струй энергетически более выгодно.
В качестве технологии реализации гидродинамического метода
очистки (как второй ступени) для условий работы дробеструйной камеры целесообразно применение:
− низконапорного орошения, предполагающего диспергирование
жидкости и создание факела орошения в диапазоне гидродинамического давления от 0,2 до 2 МПа. При этом используют простые типы оросительных устройств, обеспечивающие размер капель в факеле орошения жидкости от 500 до 1000 мкм;
58
− пневмогидроорошения, предполагающего диспергирование жид-
кости и создание факела орошения в диапазоне гидродинамического
давления жидкости 0,2 – 0,6 МПа. При этом используют оросители
прямого и предварительного смешения жидкости и сжатого воздуха.
Наиболее приемлемо низконапорное орошение, так как оно не требует специального оборудования и является относительно дешевым.
Техническими средствами, реализующими гидродинамическую очистку низконапорным орошением для условий работы дробеструйной камеры, являются:
− устройства для очистки газов от газообразных и твёрдых
примесей;
− устройства для очистки воздуха, содержащие воздуховод и уста-
новленный в нём ороситель.
Исходными данными для расчета результирующих параметров
процесса очистки являются:
− производственно-технологические параметры, включающие ре-
жимы движения воздушного потока;
− физико-химические свойства пылевого аэрозоля, включающие
плотность, динамическую вязкость, среднюю скорость движения частиц аэрозоля, коэффициент диффузии и др.;
− технологические параметры орошающего жидкостного аэрозо-
ля, к которым относятся способ диспергирования (низконапорное
орошение), конструктивные параметры оросительного оборудования
(форсунок);
− физико-химические свойства орошающей жидкости: плотность,
вязкость, поверхностное натяжение.
Выходными параметрами являются эффективность и энергоемкостный показатель процесса снижения концентрации пылевого аэрозоля в рабочих зонах дробеструйной камеры и на территории промышленной площадки.
59
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ДРОБЬЮ
4.1. Методика проведения экспериментальных исследований
Пневмодробеструйная установка
ПДУ-4
представляет собой стол
(рис. 4.1, 4.2),
на котором жестко установлен блок перезарядки шариков.
Блок упрочняющий связан с коллектором установки гибким шлангом.
В нерабочем положении блок упрочняющий размещается на столе или
его нижняя плита устанавливается в блок перезарядки шариков в положение перезарядки шариков. В передней части стола установки предусмотрен вырез под пульт управления. Блок автоматики и воздушная система размещены внутри стола установки.
Рис. 4.1. Схема пневмодробеструйной установки ПДУ-4
для упрочнения отверстий и фасок:
1 – стол; 2 – блок перезарядки шариков; 3 – пульт управления;
4 – блок упрочняющий; 5 – гибкий шланг; 6 – кран муфтовый
Рис. 4.2. Пневмодробеструйная установка ПДУ-4
60
Установка питается от сети переменного тока напряжением 220 В
частотой 50 Гц. Техническая характеристика установки представлена
в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Техническая характеристика пневмодробеструйной установки ПДУ-4
для упрочнения отверстий и фасок
Параметр
Единицы
измерения
Значение
параметра
Количество упрочняющих головок
шт.
5
Диаметр упрочняемых отверстий
мм
14Н9, 16Н7
Количество одновременно упрочняемых деталей
шт.
1
Давление сжатого воздуха на входе в упрочняющую
головку
кгс/см
2
(МПа)
4,6–5,4
(0,46–0,54)
Диаметр шариков
мм
2,0–2,5
Количество шариков в одной упрочняющей головке
шт.
110–130
Время упрочнения пяти отверстий
мин
2,5–3,0
Количество переходов для полного упрочнения
поверхностей отверстий в двух щеках наконечника
–
2
Потребляемая мощность блока автоматики
кВт
0,16
Габариты (длина, ширина, высота)
мм
1100×760×1170
Масса установки
кг
200
Основным этапом экспериментальных исследований является
определение значений результирующих параметров процессов улавливания пыли горелой формовочной земли и очистки воздуха от неё,
т. е. эффективности и затраченной на реализацию соответствующих
процессов энергии в соответствующих диапазонах изменения варьируемых параметров.
Комплекс основных экспериментальных исследований включает
выполнение прямых и косвенных измерений.
Измеряемые результирующие параметры:
− концентрация пылевого аэрозоля в воздухе рабочей зоны опера-
тора дробеструйной камеры;
− концентрация пылевого аэрозоля в воздуховоде перед первой
ступенью очистки;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]