Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Модельні дослідження параметрів функціонування безлопатевого вентилятора в системах газоотсоса сталеплавильних цехів

Введення

Як відомо, виробнича діяльність людини, починаючи з розробки корисних копалин і закінчуючи випуском готової продукції, супроводжується процесами пило – і газоутворення, що роблять негативний вплив на екологічну обстановку в промислових зонах і безпосередньо до них прилеглих місцях компактного проживання населення, а також на чистоту повітря всередині цехових будівель поблизу функціонуючого технологічного обладнання. Тому зниження обсягів викидів в атмосферу, що досягають десятків тонн на добу в регіонах з розвиненою гірничорудною і металургійною промисловістю, а також поліпшення умов праці персоналу за рахунок зменшення вмісту шкідливих включень на робочих місцях, є актуальними завданнями, вирішення яких вимагає розробки нових високоефективних способів евакуації газопилових виділень і створення обладнання для їх реалізації [1].

Результати виконаного літературного огляду і проведеного патентного пошуку свідчать про те, що в республіці і за кордоном в останні роки активізовані теоретичні та експериментальні дослідження, пов'язані зі створенням вентиляторних систем, що викликають спрямований рух газових потоків без застосування робочих коліс із закріпленими на них лопатками або лопатями. Йдеться про так звані струменеві вентилятори, які ініціюють переміщення газоподібного середовища за рахунок передачі їй енергії повітряних струменів, що закінчуються під надлишковим тиском з одного або декількох сопел [2-5].

Актуальність теми магістерської роботи

Прикладом успішної практичної реалізації системи зі струменевим пристроєм може служити вентилятор, запропонований в 2009 році англійцем Джеймсом Дайсоном і захищений декількома патентами [6, 7]. Конструктивно вказаний вентилятор виконаний у вигляді полого кільця з поздовжнім перетином, схожим з профілем літакового крила, а також має на внутрішній своїй поверхні розташовану по всій довжині щілину з шириною 0,5-5 мм. Подається за допомогою турбіни або компресора в порожнину кільця повітря з великою швидкістю витісняється через щілину і плавно огинає внутрішній аеродинамічний профіль, створюючи в центрі область розрідження, завдяки чому повітряна маса втягується з периферії і зливається з первинним потоком, утворюючи струмінь, що виштовхується вперед і збільшує в кілька разів обсяг повітря на виході.

Переваги вентилятора Дайсона полягають в його безпеці, завдяки відсутності зовнішніх обертових елементів, що збуджують газовий потік, а також в забезпеченні більшої витрати при однаковій потужності в порівнянні з механічними вентиляторами. Істотним його недоліком є те, що при виготовленні кільцевого сопла, перетин якого схоже з профілем літакового крила, дуже важко витримати жорсткі допуски на розміри, а при отриманні навіть незначного пошкодження система не підлягає відновлювальному ремонту. У зв'язку з цим був розроблений і запатентований вентилятор, у якого соплова частина вузла збудження спрямованого потоку газового середовища сформована з комплекту порожнистих сегментів, що мають контур внутрішньої поверхні, аналогічний формі поздовжнього перетину полого кільця вентилятора Дайсона. Дані елементи розміщені по колу на оправці, а їх порожнини повідомляються за допомогою вигнутих трубок з повітророзподільної камерою, що має форму тора. При цьому на вході соплової частини встановлений завихрювач потоку, що включає порожнисті сегменти з внутрішньою криволінійною поверхнею, закріплені послідовно по колу на несучій скобі і сполучаються своїми порожнинами за допомогою трубок з другою торообразной повітророзподільної камерою [8]. Як показали результати раніше проведених експериментальних досліджень, запропонований вентилятор може бути використаний в системах евакуації газопилових виділень з робочих зон сталеплавильних агрегатів [9, 10] і провітрювання кар'єрів [11].

Таким чином, розробка високоефективних з позиції енергоспоживання пристроїв є вкрай важливим актуальним завданням в умовах жорсткої конкурентної боротьби на внутрішньому і зовнішньому ринках.

Цілі та завдання дослідження

Метою цього дослідження є експериментальна перевірка в лабораторних умовах ефективності функціонування запропонованого струменевого вентилятора в системі місцевого газовідсмоктувача в порівнянні з широко використовуваними осьовими і радіальними вентиляторами.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

– розробити спеціальну методику лабораторних досліджень ефективності роботи безлопатевого вентилятора в порівнянні з пристроями стандартних конструкцій;

– виділити критерії порівняння;

– провести аналіз якісних і кількісних результатів емпіричних досліджень, зробити висновки і дати рекомендації.

Висновки

Розробки, спрямовані на створення високоефективних пристроїв, є актуальними, пріоритетними і перспективними, оскільки дозволяють виробляти конкурентоспроможний продукт з високою додатковою вартістю.

Пропонована система є більш універсальною в порівнянні з відомими вітчизняними та зарубіжними аналогами, так як дозволяє здійснювати локалізацію та евакуацію стаціонарних і нестаціонарних газопилових утворень від джерел, що сприятливо впливає на санітарно-гігієнічні умови праці.

Емпірично встановлено, що запропонована конструкція струменевого вентилятора по ефективності роботи в системі місцевого газовідсмоктувача не поступається вентиляторам осьового і радіального типів і може використовуватися при видаленні з робочої зони вибухонебезпечних і займистих газопилових сумішей.

При написанні даного реферату Магістерська дисертація ще не завершена. Остаточне завершення: Травень 2020 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік використаної літератури

  1. Боровицкий А.А., Угорова С.В., Тарасенко В.И. Современная промышленная вентиляция. Владимир: Издательство Владимирского государственного университета, 2011. – 59 с.
  2. Wahl T.L. Hydraulic performance of Coanda effect screens // Journal of Hydraulic Engineering, 2001. – Vol. 127. – Issue 6. – P. 480-488.
  3. Miozzi M., Lalli F., Romano G.F. Experimental investigation of a free-surface turbulent jet with Coanda effect // Expereriments in Fluids, 2010. – Vol. 49. – Issue l. – P. 341-353.
  4. Dragan V. A nev mathematical model for high thickness Coanda effect wall jets // Review of the Air Force Academy, 2013. – Issue 1 (23). – P. 23-28.
  5. Tony L., Wahl T.L. New testing of Coanda-effect screen capacities // This paper prepared for poster presentation at: Hydro Vision International 2013 July 23-26. Denver, CO, 2013. – 14 p.
  6. Патент 2458254 РФ, МПК F04D25/08. Вентилятор/П.Д. Гэммак, Ф. Николас, К.Д. Симмондз; заявл. 10.10.2011, опубл. 10.08.2012. Бюл. № 22.
  7. Патент 2484383 РФ, МПК F24F1/02. Вентилятор/Ф. Николас, К. Симмондз; заявл. 27.01.2013, опубл. 10.06.2013. Бюл. № 16.
  8. Патент 2630443 РФ, МПК F24F7/00, F04D25/00, F04D29/00. Узел безлопастного вентилятора для эвакуации газопылевых выбросов из промышленных агрегатов/Е.Н. Смирнов, С.П. Еронько, М.Ю. Ткачев [и др.]; заявл. 23.05.2016, опубл. 07.09.2017. Бюл. № 25.
  9. Еронько С.П., Ткачев М.Ю., Стародубцев Б.И. Моделирование газоотсоса от плавильных агрегатов с использованием безлопастных вентиляторов // Вестник Института гражданской защиты Донбасса, 2015. – Вып. 3 (3). – С. 15-19.
  10. Еронько С.П., Ткачев М.Ю., Стародубцев Б.И. Моделирование работы модернизированной системы газоотсоса кислородного конвертера с вращающимся корпусом // Вестник Донецкого национального технического университета, 2017. – № 4 (10). – С. 3-12.
  11. Еронько С.П. [и др.] Разработка конструкции и модельные исследования новой вентиляторной системы проветривания карьеров // Черная металлургия: Бюл. ин-та Черметинформация, 2018. – № 1. – С. 26-32.