Исследование пылеулавливающего оборудования деревообрабатывающего цеха

технические науки

УДК 674.05

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ЦЕХА

Александрова Вероника Васильевна, магистрант, Сапожников Игорь Витальевич, кандидат технических наук, доцент;

МФ МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва, Российская Федерация

Аннотация: В статье рассмотрены вопросы аспирационной системы для удаления отходов с рабочих мест деревообрабатывающих станков и оборудования, очистки воздуха от древесных частиц и пыли с помощью эффективной системы инженерных сооружений на примере тягодутьевой трубы. Предложена основная цель исследования системы аспирации и пневмотранспорта деревообрабатывающего цеха на основании пылеулавливающего оборудования противопоточного циклона. Рассмотрены методики расчёта интегрального состава отходов деревообработки. Обоснованы варианты замены установленного пылеулавливающего оборудования на более эффективное, обеспечивающее нормы качества очищенного воздуха в соответствии с нормативными документами. Проведён анализ фракционного состава древесных отходов оборудования деревообрабатывающего цеха и степени очистки для циклона и вихревого пылеуловителя. Оценена эффективность и особенности эксплуатации установленного пылеулавливающего оборудования.

Ключевые слова: аспирационная система деревообрабатывающего цеха; пылеулавливающие оборудования; тягодутьевая труба.

RESEARCH OF DUST COLLECTING EQUIPMENT WOODWORKING SHOP

Alexandrova Veronika Vasilevna, master's degree, Sapozhnikov Igor Vitalyevich, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor;

BMSTU (MB), Moscow, Russia

Abstract: The article deals with the issues of an aspiration system for removing waste from working places of woodworking machines and equipment, air purification from wood particles and dust using an effective system of engineering structures, for example, a draft pipe. The main purpose of the study of the system of aspiration and pneumatic transport of a woodworking shop on the basis of dust-collecting equipment of a counter-flow cyclone

is proposed. Methods for calculating the integral composition of woodworking waste are considered. The variants of replacing the installed dust-collecting equipment with a more efficient one that ensures the quality standards of the purified air in accordance with regulatory documents are justified. The analysis of the fractional composition of wood waste from woodworking shop equipment and the degree of purification for cyclone and vortex dust collector was carried out. The efficiency and operation features of the installed dust collecting equipment were evaluated.

Keywords: aspiration system of woodworking shop; dust-collecting equipment; draft pipe.

Для цитирования: Александрова, В. В. Исследование пылеулавливающего оборудования деревообрабатывающего цеха / В. В. Александрова, И. В. Сапожников. - Текст : электронный // Наука без границ. - 2020. - № 6 (46). - С. 29-33. - URL: https://nauka-bez-granic.ru/No-6-46-2020/6-46-2020/ For citation: Alexandrova V.V., Sapozhnikov I.V. Research of dust collecting equipment woodworking shop // Scince without borders, 2020, no. 6 (46), pp. 29-33.

В качестве исследования взяты пылеулавливающие оборудования, которые состоят из противопоточного циклона ЦН-11 и вихревого пылеуловителя.

В деревообрабатывающем производстве источником выделения пыли является технологическое оборудование, при работе которого пыль, стружки и опилки образуются в качестве отходов механической обработки древесных материалов. Задача удаления отходов деревообработки с рабочего места и предотвращения попадания их в объем производственных помещений решается с помощью системы аспирации. Причем задача эта решается путем отсоса воздуха от режущих органов станков с максимально возможным уносом отходов в момент образования.

Аспирационные системы служат для удаления отходов деревообработки из зоны режущих инструментов и рабочей зоны вокруг станков с целью улучшения условий труда персонала и уменьшения запыленности помещений деревообрабатывающего цеха.

Пневмотранспорт обеспечивает перемещение измельченной древесины (щепа, стружки, волокно) или мелких деталей из древесины (спичечная со-

ломка) с одного инженерного оборудования к другому, обеспечивая непрерывность технологического процесса.

Аспирационная система деревообрабатывающего цеха состоит из стандартных элементов, входящих в каждую напорную систему пневмотранспорта: сеть разветвленных воздуховодов, тягодутьевые машины и пылеулавливающие оборудования. Исследование пылеулавливающего оборудования состоит из противопо-точного циклона ЦН-11, а в качестве тягодутьевой оборудования используется радиальный вентилятор В ЦП7 -40-10 снабженного двигателем АИР 160М8 мощностью 11 кВт. Сеть воздуховодов уже разведена в помещении цеха, а деревообрабатывающие станки установлены по месту и подсоединены к воздуховодам. Поэтому для экспертной оценки эффективности аспира-ционной системы необходимо рассчитать фракционную степень очистки пылеулавливающего оборудования и оценить потребный напор, производительность и мощность тягодутьевой машины.

Анализ фракционного состава древесных отходов оборудования деревообрабатывающего цеха показал, что в зависимости от способа обработки

состав древесных частиц меняется. Стандартная методика оценки эффективности очистки воздуха от пыли аппаратами типа циклона ЦН-11 предусматривает, что фракционный состав частиц подчиняется логнормальному распределению. В отсутствие логнор-мальной зависимости необходимо интегрировать фракционный состав отходов напрямую. Для этого необходимо знать дисперсионную зависимость состава отходов. В первом случае допускается интегрирование функциональной зависимости, по крайней мере, можно довести конечное выражение до квадратур. Во втором случае необходимо воспользоваться квадратурными формулами численного интегрирования. Но в любом случае для оценки фракционной эффективности необходимо знать общий объемный расход пылевоздушной смеси на входе пылеудаляющего оборудования и массовую концентрацию пыли по

фракциям.

Интегральное распределение состава отходов деревообработки. По интегральному распределению на уровне 50 % определяют средние (медианные) размеры присутствующих в дисперсном составе частицы й50. Медианный диаметр частиц (мкм) определяет такие размеры, при которых масса всех частиц, имеющих размер в распределении меньше или больше d50, составляет 50 %. Кроме того, по интегральному распределению частиц по размерам определяют среднеквадратичное отклонение о = й841 / d50 в распределении ЛНР о) это параметр поли дисперсности распределения). Интегральное распределение состава отходов деревообработки соответствует ЛНР в том случае, если в логарифмическом масштабе по оси размеров частиц зависимость фракционного состава будет выглядеть прямой линией (рис.).

Рисунок - Интегральный состав отходов деревообработки

Интегральная функциональная зависимость массового выхода отходов деревообработки получается суммированием данных по всем фракциям, начиная с наименьших размеров.

Была произведена оценка по методу наименьших квадратов для ло-гнормального распределения, где показано математическое ожидание // = = 85,33 мкм, логарифм среднеквадратичного отклонения 1п(ор) = 0,368.

Это говорит о том, что для отходов деревообработки деревообрабатывающего цеха со средними размерами 85,33 мкм циклон ЦН-11 является эффективным аппаратом для очистки пылевоздушной смеси действующего циклона с диаметром V = 1,6 м, для него медианная тонкость очистки составляет всего 5,885 мкм.

Аналогичные результаты расчета исследования показывают, что циклон ЦН-11 с расчетными размерами V = 2,4 м улавливает почти все крупные частицы древесных отходов, оставляя в небольшом количестве мелкие с размерами менее 40 мкм. Общее количество пыли, выходящее вместе с воздухом в окружающую среду, составляет 301,485 г/час. Учитывая, что общий расход воздуха, поступающего на вход в циклон, равен расходу на выходе и составляет 60620 м3/час, концентрация древесной пыли, выбрасываемой в воздух окружающей среды, равна 4,973 мг/м3.

Это вполне допустимая концентрация пыли для рабочей зоны, так как согласно гигиеническим нормам ПДК древесной пыли в воздухе рабочей зоны должна составлять не более 6 мг/м3, но на порядок больше, чем допустимо выбрасывать в окружающую среду.

Согласно гигиеническим требованиям ОБУВ, концентрация пыли в воздухе при выбросе её в атмосферу не должна превышать 0,5 мг/м3, а концентрация в очищенном воздухе после циклона составляет 4,97 мг/м3 [1].

Таким образом, анализ результатов расчетов циклона ЦН-11 показал, что его эффективность может быть вполне достаточной при построении аспира-ционной системы рециркуляции для обеспечения очистки пылевоздушной смеси деревообрабатывающего цеха. В то же время для удовлетворения гигиеническим требованиям при выбросах очищенного воздуха в атмосферу необходимо предпринимать дополнительные меры.

Как показал расчёт, для нормальной работы циклона полезная мощность аспирационной системы деревообрабатывающего цеха должна составлять 33,22 кВт. Это в три раза больше, чем может выдать установленный в аспи-рационной сети деревообрабатывающего цеха радиальный вентилятор В-ЦП7-40-10 с двигателем АИР 160М8, у которого мощность всего 11 кВт.

Поскольку концентрация пыли в очищенном воздухе в циклоне ЦН-11 не удовлетворяет гигиеническим требованиям организованных выбросов в атмосферу, существует несколько возможностей для устранения этой проблемы. Одна из них - это поменять аппарат очистки воздуха от пыли на более совершенный, например, вихревой пылеуловитель. Вихревые пылеуловители, как показал анализ исследования, обладают во многом сходными характеристиками с проти-вопоточными циклонами по производительности, по потерям давления и по требуемой мощности тягодутьевых машин. В этом смысле замена цикло-

на ЦН-11 на вихревой пылеуловитель аналогичной производительности не потребует кардинальных изменений в систему аспирации деревообрабатывающего цеха. Тем более что и сам циклон (О = 1,6 м), установленный в аспирационную сеть, требует замены на более производительный циклон и с большим диаметром (О = 2,4 м). Кроме того, вихревые пылеуловители обладают меньшими значениями медианной тонкости очистки ^50~3 мкм) по сравнению с циклонами ^50~10 мкм). Это позволит существенно снизить коэффициент проскока частиц и уменьшить размеры фракционного состава пыли.

Второй вариант предусматривает меньшие инженерные изменения и экономические затраты. При правильно организованном выбросе воздуха в атмосферу через инженерный организованный источник, например, трубу, можно снизить концентрацию пыли до необходимых требований. Чтобы оценить необходимые для этого геометрические параметры трубы, требуется провести серьёзные газодинамические расчеты, но можно

воспользоваться методикой расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Согласно этой методике, по известным параметрам горячего воздуха или дыма, геометрическим характеристикам трубы и географическому расположению предприятия можно рассчитать максимальную концентрацию вредных веществ, выбрасываемых через устье трубы, и распределение концентрации в зависимости от расстояния до трубы. Соответственно, зная максимальную концентрацию вредных веществ и некоторые параметры, согласно методике, решив обратную задачу, можно определить недостающие параметры, например, высоту трубы.

Проведенный анализ исследования аспирационной системы деревообрабатывающего цеха показал, что для соответствия гигиеническим требованиям очищенного воздуха необходимо провести реконструкцию пылеулавливающего оборудования и тягодутьевой машины. В качестве реконструкции оборудования лучше использовать вихревые пылеуловители.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.1339-03. Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.

REFERENCES

1. Gigienicheskie normativy GN 2.1.6.1339-03. Orientirovochnye bezopasnye urovni vozdejstviya (OBUV) zagryaznyayushchih veshchestv v atmosfernom vozduhe naselennyh mest [Hygiene standards GN 2.1.6.1339-03. Approximate safe levels of influence (having put) on polluting substances in atmospheric air of populated areas].

Материал поступил в редакцию 21.05.2020 © Александрова В.В., Сапожников И.В., 2020