Аэродинамические характеристики циклонов

Аэродинамические характеристики циклонов

Аэродинамические характеристики циклонов, или зависимость гидравлического сопротивления батарейного циклона от скорости (расхода) газов, снятая при испытаниях, используется в процессе эксплуатации для оценки состояния пылеуловителя путем сравнения ее с показаниями приборов во время эксплуатации (см. стр. 96). Эта характеристика выражается следующим уравнением:

где ∆h_n - перепад полных напоров между выбранными сечениями на входе и выходе пылеуловителя; § - коэффициент гидравлического сопротивления; w_усл - условная скорость газов, м/сек; g - ускорение силы тяжести (9,81 м/сек²); у_г - действительный удельный вес газов, определенный по их составу (см. стр. 18), кГ/м³. Полный перепад напоров определяется по разнице статических давлений и динамических напоров во входном и выходном сечениях:

∆h_п = (h_ст + h_д)_вых - (h_ст + h_д)вх, кГ/м².

Условная скорость газов вычисляется по среднему расходу газов в пылеуловителе с учетом присосов наружного воздуха: w_усл = V_ср/3 600 F .

где V_cр - средний расход газов через пылеуловитель при рабочих условиях, м³/я,

V_ср = V_вх + V_вых/2 = 2 V_вх + V_прис/2 = V _вх + V _прис/2 = V_вх (1+ k_прис/2)

F - суммарное полное внутреннее сечение корпусов всех элементов, м². В свою очередь расход газов в каком-либо сечении может быть определен по величине динамического (скоростного) напора в этом сечении:

V = 3 60Of_w = k_f √2gh_д/y_г

где k - коэффициент пропорциональности; f - площадь сечения газохода.

Таким образом, аэродинамические характеристики циклонов сводится к измерению следующих величин: статического и динамического напоров во входном и выходном сечениях, состава газов и их температуры, также барометрического давления наружного воздуха.

Одним из важных условий испытания аэродинамические характеристики циклонов является правильный выбор сечений для замеров. Эти сечения должны располагаться на прямолинейном, желательно вертикальном, участке, имеющем равное сечение на всем протяжении, быть достаточно удаленными от фасонных частей - колен, диффузоров, а также шиберов, не иметь отложений пыли. Длина участка должна составлять примерно 8-10 условных диаметров, причем измерительное сечение необходимо располагать в третьей четверти длины участка по ходу газов. Участки круглого сечения следует предпочитать квадратным, а квадратные - прямоугольным.

Если участок не удовлетворяет указанным требованиям или в нем при проб угольного  сечения, замерах обнаруживаются вихри с обратным движением газов, то в начале участка рекомендуется установить успокоительную решетку.

Рис. 40. Разбивка прямоугольного сечения.

Даже при соблюдении всех этих требований, в измерительном сечении наблюдается неравномерность распределения скоростей и концентраций (см. рис. 5) тем большая, чем сложнее конфигурация газохода, и возрастающая с увеличением скоростей газов. Поэтому измерения приходится вести не в одной точке сечения, а в разных его местах с вычислением средней скорости. Практически сечение разбивают на ряд равновеликих площадей, в которых и производится точечное измерение скорости.

Прямоугольное сечение разбивается на геометрически подобные ему прямоугольники, как показано на рис. 40. Размер сторон прямоугольника обычно принимается равным 200-400 мм, а если можно ожидать, что поле скоростей в сечении окажется весьма неравномерным, то прямоугольники делаются в меньших размеров. Для газоходов небольшого сечения количество рядов прямоугольников по ширине не должно быть меньше трех; по оси каждого ряда к стенке газохода приваривается кольцо для установки измерительной трубки, закрываемое крышкой (рис. 41). Измерения осуществляются в геометрическом центре каждого прямоугольника.

Рис. 41. Установочное кольцо  с пробкой.

Рис. 42. Разбивка круглого сечения.

Круглое сечение делится, как показано на рис. 42, на воображаемые равновеликие кольца, количество которых зависит от диаметра газохода. Так, сечения размером до 200 мм разбиваются обычно на три площади (включая и центральный круг). Для больших сечений следует добавлять по одному кольцу на каждые 100 мм диаметра. В газоходах диаметром более 1 000 мм делается от 12 до 16 колец. Однако при неблагоприятных для измерений участках эти правила должны быть ужесточены в сторону большего количества колец.

Измерения производятся в точках окружностей, делящих каждое воображаемое кольцо еще на две равновеликие площади. Радиусы этих окружностей, знание которых, собственно, и является существенным для испытаний, находятся по формуле

r_п = R√2_n -1/2_m

где R - внутренний радиус газохода, мм; n - порядковый номер кольца; m - число колец, на которое разбито сечение.

В табл. 9 приводятся значения rn в долях от радиуса газопровода при различном числе колец. Штуцера для измерительных трубок привариваются к газопроводу в четырех местах на двух взаимно перпендикулярных диаметрах.

Рис. 43. Пневмометрическая трубка Прандтля.

Пневмометрические трубки, предназначенные для измерения динамического напора газов, показаны на рис. 43 и 44. Трубка Прандтля (рис. 43) имеет головку с полусферическим наконечником, устанавливаемую строго параллельно движению газов. В головке сделано центральное сверление, соединяющееся через отдельный канал с плюсовым присоединительным штуцером. В этой полости создается давление, соответствующее полному напору движущегося потока, набегающего на полусферический наконечник.

На боковой поверхности головки имеются щелевые отверстия, сообщающиеся с минусовым штуцером трубки. Эти отверстия воспринимают лишь статический напор, причем практически без искажении, благодаря небольшой ширине щелей и их расположению в зоне нулевого динамического давления. Недостатком такой трубки является подверженность щелей забиванию при работе на запыленном потоке в связи с небольшой их шириной. Значительно надежнее работает в условиях запыленности изображенная на рис. 44 трубка НИИОГАЗ, у которой отверстие для замера статического напора имеет больший размер.

Рис. 44. Пневмометрическая трубка НИИОГАЗ.

Однако эта трубка дает искаженную величину статического давления и поэтому требует тарировки для установления поправочного коэффициента. При измерении динамического напора пневмометрической трубкой к ее штуцерам дифференциально подключается один из приборов, показанных на рис. 45. Тягонапоромеры ТНЖ и микроманометры ММН применяются при замерах небольших перепадов давлений (ТНЖ - до 100 мм вод. ст., ММН - до 200 мм вод. ст.), причем показания микроманометров с переменным наклоном умножаются на коэффициент, зависящий от угла наклона капилляра и нанесенный на секторе прибора. Для осуществления точных замеров при небольших перепадах эти приборы заливаются спиртом, удельный вес которого должен быть известен для внесения поправки на показания прибора. Стеклянные U-образные манометры обычно заливаются подкрашенной водой, а при замере перепадов свыше 500 мм - ртутью.

Таблица 9. Расстояние точек измерения динамического напора в круглом газопроводе от центра r_n/R.

При дифференциальном подключении приборы показывают непосредственно динамический напор как разность между полным и статическим

h_д = h_п – h_ст

Пользуясь трубкой НИИОГАЗ, замеренные величины умножают на поправочный коэффициент, присущий данному экземпляру трубки, который обычно близок к 0,55. При пользовании трубкой Прандтля замеренные динамические напоры принимают за действительные, поскольку коэффициент этой трубки равен единице.

Для удобства выполнения замеров пневмометрическая трубка навешивается на штырь, приваренный к газоходу перпендикулярно его оси. К штырю также прикрепляется шкала (рис. 46), размеченная таким образом, чтобы по ее делениям трубка в процессе обхода сечения могла устанавливаться в нужных точках. Для предотвращения подсоса воздуха, искажающего результаты замеров, во внутреннюю нарезку колец, приваренных к стенке газохода, ввинчивается сальниковое устройство (рис. 47), которое надежно уплотняет место ввода трубки в газоход.

Рис. 45. Вторичные приборы для измерения расхода.

а - тягонапоромер ТНЖ; б - микроманометр ММН; в - U-образный жидкостный манометр.

Вместо сальника часто применяют (особенно при использовании трубок НИИОГАЗ) резиновые пробки с отверстием посередине, разрезанные с одной стороны для надевания на трубку. Средняя скорость газов в сечении находится путем вычисления среднеарифметической величины из всех значений скорости, полученных при проведении измерений в намеченных точках сечения,

где i - количество точек замеров.

Если скорость в сечении определяется многократно, можно в ряде случаев провести его тарировку относительно какой-либо одной точки, скажем в геометрическом центре сечения, и, получив так называемый коэффициент скоростного поля, находить среднюю скорость газов как произведение скорости в выбранной точке на коэффициент поля, отнесенный к этой точке.

Рис. 46. Установка пневмометрической трубки.

При тарировке коэффициент скоростного поля находят по следующему соотношению:

k_п = w_ср/w₀

где w₀ - скорость в выбранной, основной точке. Это же соотношение используют в дальнейшем при повторных замерах для нахождения средней скорости по замеренной величине w₀:

w_ср = k_пw₀.

Рис. 47. Сальник для измерительной трубки.

Как уже упоминалось, коэффициент поля меняет свое значение с изменением расхода газов. Поэтому необходимо изучить распределение скоростей при разных нагрузках и затем построить зависимость коэффициента поля от скорости газов в основной точке. Такой график позволит находить количество протекающих газов без обхода сечения трубкой всякий раз, когда меняется нагрузка.

Тарировка сечения производится обычно двумя трубками: одна устанавливается в основной точке, другую же перемещают по намеченным точкам сечения, ведя одновременную запись показаний динамических напоров, замеряемых обеими трубками. При тарировке прямоугольных сечений можно пользоваться несколькими трубками; передвигая их одновременно, значительно сокращают время, потребное для тарировки.

Статическое давление изменяется по сечению незначительно, поэтому достаточно определить в основной точке. При пользовании трубками Прандтля это можно сделать следующим образом: от плюсового штуцера вторичного прибора (U образного манометра, ТНЖ и т. п.) отсоединяют резиновый шланг, сообщающийся с плюсовым штуцером -пневмометрической трубки. При этом прибор покажет статическое давление в данной точке. Замеряя статический напор, так же как и динамический, необходимо следить за тем, чтобы трубка была установлена строго перпендикулярно потоку, а головка трубки располагалась по оси газохода. Замер статического напора необходимо произвести сразу же после измерения с тем, чтобы эти величины были определены при одном и том же режиме.

Такой метод определения применим лишь при пользовании трубками с коэффициентом, равным 1 (т. е. типа Прандтля). Вообще же следует предпочитать обычный метод измерения - статического напора через вваренные в стенку газохода штуцера, внутренний срез которых должен быть ровным и строго параллельным потоку газов, без заусенцев и наплывов сварки. При больших размерах сечений для большей точности замеров вваривают несколько штуцеров по периметру газохода и соединяют их резиновым шлангом. Плотность соединений должна быть при этом специально проверена.

Температура газов измеряется с помощью ртутных термометров, хвостовики которых погружаются в газоход через специальные штуцера, которые затем тщательно уплотняются асбестом для того, чтобы предотвратить охлаждение термометра присасываемым воздухом. Глубина погружения термометров должна быть такой, чтобы снаружи оставалась лишь необходимая для отсчета часть шкалы, при этом показания будут наиболее точными.

Аэродинамические характеристики циклонов при снятии замеров статического  динамического напоров, температуры газов и присосов воздуха производят несколько раз в желательно большем диапазоне расходов. Измеренные величины записывают в журнал наблюдений (приложение 1).

Рассчитав с помощью формул, приведенных на страницах 18, 35 и 114, величины h_н, у_г и w_ycл для каждого режима, приступают к построению графика, в котором есть аэродинамические характеристики циклонов. Поскольку сопротивление аппарата пропорционально квадрату скорости газов, кривая зависимости имеет форму параболы (рис. 48).

Построение аэродинамической характеристики значительно упрощается, если воспользоваться логарифмической сеткой координат. В этих координатах квадратичная парабола преобразовывается в прямую линию, в чем можно убедиться, прологарифмировав уравнение гидравлического сопротивления батарейного циклона.

lg∆h_п = 2 lg w_yсл + lg §y_r/2_g

Из этого уравнения следуют два важных вывода:

• Угол наклона аэродинамической характеристики в логарифмических координатах всегда одинаков и составляет arctg2, т. е. примерно 63,5°.
• Расположение аэродинамической характеристики в этих координатах для равных запыленности, температуры и состава газов зависит от коэффициента гидравлического сопротивления батарейного циклона к нахождению которого, собственно, и сводится работа по снятию аэродинамической характеристики.

Таким образом, в логарифмической сетке координат аэродинамичекая характеристика может быть в принципе построена по одной точке, как показано на рис. 49.

Рис. 48. Аэродинамическая характеристика батарейного циклона.

Рис. 49. Вид аэродинамической характеристики циклона в логарифмических координатах.