Технические науки/2. Механика

Аспирант Агарков А.М.

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова, Россия

Определение конструктивных и режимных параметров, существенно влияющих на эффективность пылеулавливания

При построении математической модели процесса пылеулавливания двухступенчатого пылеконцентратора (ДПК) параметром оптимизации является степень очистки, зависящая от многих конструктивных и режимных факторов, включение которых в программу исследования делает задачу очень громоздкой. Выявление факторов, существенно влияющих на процесс пылеулавливания, может быть осуществлено как на основе анализа априорной информации, так и экспериментально.

Наряду с отмеченными в табл.1 конструктивными и режимными факторами, большое влияние на эффективность пылеулавливания оказывают плотность пыли и её дисперсный состав.

На основании информации по аналогичным объектам (прямоточным и противоточным циклонам) некоторые факторы были зафиксированы на определенных уровнях. Таким образом, число факторов было сведено до 11. Неуправляемые факторы (влажность, вязкость и барометрическое давление воздуха) были исключены из рассмотрения. Их значения во время проведения последующих экспериментов контролировались и по возможности поддерживались постоянными.

В табл. 1 представлены геометрические и режимным факторы, которые, по нашему мнению, могут влиять на эффективность очистки ДПК.

Таблица 1 -Факторы, влияющие на эффективность пылеулавливания ДПК

№	Переменная величина (фактор)	Результат анализа информации
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17	Расход очищаемого воздуха Qа, м^3/с Относительный расход рециркуляционного воздуха q=Qp/Qa Скорость газа во входном патрубке Vвх, м/с Диаметр корпуса Dк , м Диаметр цилиндрической вставки Dв, м Диаметр выхлопной трубы dвых , м Диаметр пылевыпускного отверстия dп, м Внутренний диаметр кольцевой щели Dщ, м Высота корпуса hk , м Длина конуса lk , м Высота цилиндрической части второй ступени hц, м Высота бункера hб , м Высота щели входа во II ступень hщ , м Угол конуса бункера aб , град Глубина погружения выхлопной трубы hвых, м Количество патрубков вывода пылегазового концентрата, шт. Концентрация пыли на входе, г/м^3	700…1000 0,3…0,5 20 0,4 0,25 0,125 0,05…0,08 0,3…0,34 0,75…1 0,55 0,2…0,35 0,2…0,3 0,05…0,15 30 0,1…0,3 1…2 0,5…5,5

На основе априорной информации удалось сократить число рассматриваемых факторов, однако оно осталось достаточно большим. С помощью дисперсионного анализа [1], насыщенных дробных факторных планов [2], метода случайного баланса [3,4] и планов Плакетта-Бермана [5], можно при небольшом числе опытов и затратах вычислительного времени выявить факторы, существенно влияющие на процесс пылеулавливания.

Выделение факторов, существенно влияющих на степень очистки пыли в ДПК, было проведено при помощи планов Плакетта-Бермана, так как их результаты легко обрабатываются и эффекты рассчитываются независимо друг от друга, а благодаря ортогональности факторы варьируются на двух уровнях.

Для того чтобы применить план типа N=16 для 15 факторов (N -1), к 11 действительным факторам было добавлено еще 4 фиктивных (табл. 2), позволяющих оценить дисперсию ошибок наблюдений.

В соответствии [5] для каждого из факторов, включенных в план эксперимента, были определены оценки эффектов и соответствующие им значения коэффициентов a_i (табл. 2), а также условие значимости a_i ³ 0,338. Как видим, существенными оказались факторы. Х₆, Х₇, Х₉, Х₁₀, Х₁₁.

Данная серия экспериментов позволила установить, что на эффективность пылеулавливания ДПК преобладающее воздействие оказывают расход очищаемого воздуха (Х₁₀), относительный расход рециркуляционного воздуха (Х₁₁), высота щели входа во II ступень очистки (Х₉), глубина погружения выхлопной трубы (Х₇), количество патрубков вывода рециркуляционного (Х₆) воздуха.

Таблица 2 - Таблица уровней факторов и эффектов

Код	Факторы	Уровень фактора			ai	Значимость
		–	0	+
Х1	Внутренний диаметр кольцевой щели Dщ, м	0,3	0,32	0,34	0,125	Нет
Х2	Высота цилиндрической части второй ступени hц, м	0,2	0,275	0,35	0,24	Нет
Х3	Диаметр пылевыпускного отверстия dп, м	0,05	0,065	0,08	-0,243	Нет
Х4	Концентрация пыли на входе, г/м^3	0,5	3	5,5	0,088	Нет
Х5	Высота бункера hб , м	0,2	0,25	0,3	0,323	Нет
Х6	Количество патрубков вывода пылегазового концентрата, шт.	1	0	2	0,468	Да
Х7	Глубина погружения выхлопной трубы hвых, м	0,1	0,2	0,3	1,028	Да
Х8	Высота корпуса hk , м	0,75	0,875	1	0,153	Нет
Х9	Высота щели входа во II ступень hщ,м	0,05	0,1	0,15	1,613	Да
Х10	Расход очищаемого воздуха Qа, м^3/с	700	850	1000	4,313	Да
Х11	Относительный расход рециркуляционного воздуха q=Qp /Qa	0,3	0,4	0,5	1,568	Да
Х12	Фиктивный	—	—	—	0,098	—
Х13	Фиктивный	—	—	—	0,113	—
Х14	Фиктивный	—	—	—	0,158	—
Х15	Фиктивный	—	—	—	0,108	—

Величина коэффициента a₆=О,468 фактора Х₆ превышает уровень значимости на 38%. Превышение уровня значимости для остальных факторов составляет, % : Х₇ - 205, Х₉ - 377, Х₁₀ -1176, Х₁ - 363.

Следовательно из пяти выделенных факторов, фактор Х₆ оказывает наименьшее влияние на эффективность пылеулавливания ДПК. Поэтому в дальнейшем, исходя из конструктивных и технологических соображений, фактор Х₆ был зафиксирован на нижнем уровне и при построении математической модели процесса пылеулавливания учитывались только факторы Х₇ (глубина погружения выхлопной трубы), Х₉ (высота щели входа во вторую ступень), Х₁₀ (расход очищаемого воздуха), Х₁₁ (относительный расход рециркуляционного воздуха)

При реализации плана Плакетта-Бермана параллельно определялось гидравлическое сопротивление ДПК. После обработки результатов эксперимента оказалось, что потери давления в аппарате так же зависят от выделенных факторов (Х₇, Х₉, Х₁₀, Х₁₁) и особенно существенно от расхода очищаемого воздуха (Х₁₀).

Литература:

1. Tawari T.D., Zenz F.A. Evaluating cyclone efficiencies from stream compositions // Chemical Engineering. – 1984. –V.1, № 4 – Р. 69-73.

2. Калмыков А.В., Игнатьев В.И., Тюканов В.Н. Исследование прямоточных пылеотделителей на потоках запыленного газа // Сб. научных трудов "Аэродинамика, тепло - и массообмен в дисперсных потоках". - М.: Наука, 1967. - C. 8О-89.

3. Грехов И.Т., Левина Г.А. Применение статистического метода планирования эксперимента для исследования сепарационной способности вихревого золоуловителя на стендовой установке // Сб. научных трудов "Аэродинамика и тепло- и массообмен в дисперсных потоках". - М.: Наука, 1967. - С. 55-64.

4. Ткачук А.Я., Платонов В.Д. Исследование процесса сепарации пыли в прямоточном пылеконцентраторе по методу случайного баланса. - Киев: КИСИ, 1980. – 11 с. (Библиографический указатель ВИНИТИ "ДСП рукописи", 198, № 6 / 104. - С. 104).

5. Хартман К. и др. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. - М.: Мир, 1977. – 552 с.