Состояние научно-исследовательских работ по вакуумной пневмоуборки в СССР

Состояние научно-исследовательских работ по вакуумной пневмоуборки в СССР. Наталья Кузнецова

© Наталья Кузнецова, 2024

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

1.Состояние научно-исследовательских работ по данной проблеме в СССР.

Впервые вопросы вакуумной пылеуборки и насадков были рассмотрены Б. В. Баркаловым /7/. Им оценивается принципиальная возможность создания пылесосных установок для уборки промышленных помещений. В это же время Промстройпроектом /8/ были разработаны основы проектирования промышленных пылесосных установок.

Развернутые экспериментальные исследования пылесосных насадков впервые были проведены Б. Г. Баулиной /9/ для определения факторов, влияющих на пылеуборочную способность насадков.

В 70-х годах рядом научно-исследовательских организаций была проведена большая работа по совершенствованию принципиальных схем пылесосных установок и конструктивных решений их основных элементов /10,11,12,13,14/. Разрабатывались две основные разновидности вакуумной пылеуборки:

– с помощью промышленных пылесосов;

– посредством центральных пылесосных установок (ЦПУ)

Использование промышленных пылесосов для уборки производственных помещений нецелесообразно из-за ряда принципиальных недостатков, присущих этому способу уборки, основным из которых являются:

– малая производительность промышленных пылесосов по воздуху, не превышающая 130 м³/ч, чего недостаточно для высокопроизводительной и качественной уборки;

– разрежение создаваемое пылесосом позволяет производить уборку пыли с помощью гибкого шланга длиной не более 3м, что ограничивает возможность уборки труднодоступных поверхностей и снижает производительность труда уборщиков;

– ограниченная емкость пылевых бункеров промышленных пылесосов влечет за собой дополнительные трудности при значительных пылеотложениях;

– несовершенство принципиальных схем и конструктивных решений очистки воздуха, выбрасываемого пылесосами в помещение;

Более целесообразно использовать для уборки производственных помещений предприятий производства техуглерода ЦПУ.

Система ЦПУ состоит из взаимосвязанных основных элементов: побудителя тяги, пылеотделителя, сети трубопроводов для пневматического транспортирования пыли, пылеуборочного инструмента.

Для работы системы ЦПУ необходимо создание и поддержание в сети трубопроводов довольно высокого разрежения (20000—30000 Па). Получившие наибольшее распространение в качестве побудителей тяги водокольцевые вакуум-насосы типа ПМК и ВВН крайне неэкономичны (К.П.Д. 20%), сложны в изготовлении и эксплуатации. В последние годы разработаны новые конструкции побудителей тяги. Наиболее полно отвечают требованиям, предъявляемым к побудителям тяги ЦПУ, два типоразмера двухступенчатого вентиляторного агрегата. 2ЭЦВК7—10 №7 и 8, разработанные лабораторией вентиляции отделения охраны труда ЦНИИ МПС /14/.

На режимах ЦПУ коэффициент полезного действия агрегата достигает 55%

Возросшая в последние годы необходимость решения проблемы вакуумной уборки производственных помещений потребовала создания простого и надежного пылеуборочного инструмента и в первую очередь насадков. Анализ экспериментально-теоретических работ, выполненных в свое время Курниковым А. А./15/ и Василенко А. И. /16/ позволяет сделать вывод о том, что механизм отсасывания твердых частиц пылесосными насадками весьма сложен и зависит от конструкции насадка, физических свойств твердых частиц в слое и ряда других факторов.

Несовершенство конструкций насадок вызывает необходимость в повышенных расходах воздуха на отсасывание пыли с поверхности, что в свою очередь отражается на величине потерь и в других узлах ЦПУ. Известны попытки форсировать работу насадок путем устройств дополнительных сопел, сдувающих пыль с поверхности /17/, однако использование сдувающих сопел усложняет конструкцию насадка. К тому же возможно выдувание пыли из под насадка. Поэтому сдувоотсасывающие сопла не нашли применения в ЦПУ.

Несмотря на большое число работ, посвященных исследованию принципа работы различных типов насадков и разработки их рациональных конструкций /10,11,12,13,14/, этот элемент ЦПУ является в настоящее время малоизученным.

Очистка воздуха от пыли в системах ЦПУ рекомендуется по двухступенчатой схеме. В качестве первой ступени используется циклоны НИИОГАЗа типа ЦН-11 в модификации, специально разработанной для ЦПУ /18/, в качестве второй ступени рукавный фильтр. Возможны и другие варианты. Однако специфические особенности технического углерода не позволяют использовать то многообразие конструкций сепараторов, которые используются в различных отраслях. В основном производстве для улавливания технического углерода применяют циклоны типа ЦНС-8, ЦНС-15, СКЦН-34, но эти аппараты не позволяют отделить включения от технического углерода.

2.Научные предпосылки постановки поисковой исследовательской работы по проблеме пневмоуборки.

Уборка с использованием центральных пылесосных установок (ЦПУ) находит широкое применение в различных отраслях народного хозяйства /3,4/. За последние годы накоплен определенный опыт в проектировании и эксплуатации таких установок, однако существует ряд вопросов, решение которых позволило бы более эффективно использовать систему пневмоуборки.

Во-первых, отсутствие эффективных насадок простых по конструкции, легких, надежных и высокопроизводительных. Обследование ряда заводов техуглерода показало, что на отдельных предприятиях вообще не применяют никаких насадок, что значительно снижает производительность пневмоуборки.

Во-вторых, специфические особенности пылящего техуглерода требуют применения конструкций аппаратов для разделения пылегазовой смеси, в которой значительную часть составляет технический углерод. Использование аппарата для сепарирования технического углерода от различных включений позволило бы сократить непроизводственные расходы технического углерода, который отправляется из системы пневмоуборки в утилизационные котлы.

В-третьих, отсутствие малогабаритных, простых в эксплуатации и надежных средств механизированной уборки производственных помещений. Имеющиеся конструкции типа «Универсал» значительно уступают по всем показателям импортным машинам.

Решение данных вопросов позволит значительно повысить эффективность пневмоуборки и улучшить санитарно-гигиенические условия производственных помещений.

3. Исследования по отработке конструкции аппаратов отвеивания.

В разделе 2 настоящего доклада указано, что в системах пневмоуборки собранная пыле-техуглеродная смесь улавливается пылеулавливающими устройствами и направляется, в настоящее время, на дожиг. Таким образом, ежегодно теряется значительное количество основной продукции производства.

Представляется целесообразным отделить посторонние включения от технического углерода в системе пневмоуборки и возвратить «чистый» техуглерод в основное производство.

В основном технологическом процессе, в настоящее время, используются отвеивательные аппараты для отделения посторонних включений от техуглерода. Однако, применяемые аппараты предназначены для отделения от пылящего техуглерода посторонних включений, которые по качественному и фракционному составу отличаются от посторонних включений при пневмоуборке. В данном случае посторонние включения в основном представляют из себя: граффитированные частицы техуглерода – грит, частицы окалины и коррозии аппаратов и трубопроводов, частицы обмуровки реакторов и боровов. В качестве аппаратов отвеивания для этих целей используются инерционные сепараторы, отвеивательные аппараты двух типов – с горизонтальными и вертикальными валами /20/. На Волгоградском ЗТУ используются антициклоны – аппараты инерционного типа. Общий принцип работы перечисленных аппаратов основан на разности инерционных сил действующих на частицы техуглерода и частицы посторонних включений. Указанные аппараты характеризуются относительно большой производительностью, но низкой эффективностью разделения. Поэтому данные аппараты используются в работе по многоступенчатой схеме.

Для систем пневмоуборки, в процессе предполагаемого отделения технического углерода, посторонними включениями в основном являются: частицы грунта, цементного пола, металлическая пыль.

На основании вышеизложенного возникает необходимость разработки устройства отделения посторонних включений от техуглерода применительно к системе пневмоуборки.

Для решения вопроса о способе отделения посторонних включений от технического углерода в системе пневмопылеуборки необходимо рассмотреть качественный и фракционный состав технического углерода и посторонних включений.

Известно, что размеры частиц и агрегатов технического углерода охватывают широкий диапазон от 9 до 600мкм /20/. За счет коагуляции частиц в воздушном потоке при транспортировке форма и структура частиц постоянно меняются. Размеры образующихся при этом агрегатов и агломератов составляют 60—300 мкм для пылящего техуглерода, а основная масса его (90%) сосредоточена во фракциях 150—300 мкм./21/.

Истинная плотность технического углерода различных марок находится в пределах 1200—2000 кг/м³/20,22/. Поскольку плотность агрегатированных частиц технического углерода несколько меньше плотности составляющих их «элементарных» частиц, для основных фракций, с достаточным приближением, можно ограничится нижним пределом указанного диапазона плотности – 1200 кг/м³.

Размеры частиц посторонних включений при пневмоуборке могут быть от 1 до 3000 мкм. Основная масса их сосредоточена во фракциях от 200 до 2000 мкм. Плотность неметаллических посторонних включений при пневмоуборке может быть в диапазоне 1400—1960 кг/м³, а плотность металлической пыли в диапазоне 2700—8700 кг/м³.

На рис.4.2 приведена диаграмма скоростей витания для размеров частиц основных фракций технического углерода и цемента, как характерного материала по плотности указанных посторонних включений (ρ=1900 кг/м³). Расчет скоростей витания производился по зависимостям, приведенным в /23/ для отдельных частиц без учета концентрации их в воздушном потоке.

Как видно из диаграммы (рис 4.2) абсолютное разделение частиц техуглерода и посторонних включений гравитационным методом в вертикальном воздушном потоке невозможно. Диапазоны скоростей витания основных фракций технического углерода и посторонних включений могут накладываться. При соблюдении скорости воздушного потока в соответствии с нижней границей диапазона перекрытия скоростей витания практически все посторонние включения будут оседать, но при этом осядет и часть технического углерода. При соблюдении скорости воздушного потока в соответствии с верхней границей диапазона перекрытия скоростей витания технический углерод практически полностью будет увлечен воздушным потоком, но при этом, вместе с техническим углеродом, будет увлекаться и часть посторонних включений. Это говорит также о том, что использование и инерционных методов не позволит достичь абсолютного разделения. Однако, учитывая содержания посторонних включений в техуглероде (10—20%) при пневмоуборке и диапазоны скоростей витания их основных фракций, можно сделать вывод, что использование гравитационного метода разделения в воздушном потоке, направленном вертикально вверх, возможно с достаточно высокой эффективностью разделения.