Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Необходимость обеспыливания воздуха в помещениях АПК 9
1.2. Существующие фильтры для обеспыливания воздуха (воздушные фильтры) 12
1.3. Электрофильтры. Необходимость их дальнейшего совершенствования 15
1.4. Трибоэлектризация и факторы, влияющие на нее. Трибоэлектрический генератор 20
1.5. Выводы. Задачи исследования 29
Глава 2. Теоретические предпосылки разработки электрофильтра с трибоэлектрическим генератором 32
2.1. Структурирование объекта 32
2.2. Исходные физические представления и допущения 33
2.3. Параметры и наложенные на них ограничения 35
2.4. Математическая модель переходного процесса при пуске трибоэлектрического генератора 38
2.5. Математическая модель установившегося режима работы ЭФ с ТЭГ 43
2.6. Сопоставление математической модели с экспериментальными данными и корректировка математической модели 48
2.7. Основные результаты и выводы 50
Глава 3. Методики и результаты экспериментальных исследований по обоснованию параметров ТЭГ 51
3.1. Программа исследований 51
3.2. Конструкция трибоэлектрического генератора 51
3.3. Экспериментальный стенд 52
3.4. Выбор материалов контактной пары 53
3.5. Выбор геометрических параметров контактной пары 58
3.6. Выбор конструкции коллектора 62
3.7. Определение геометрических параметров коллектора 70
3.8. Исследование влияния места расположения, количества коллекторов и расстояния между коллектором и барабаном на электрические параметры ТЭГ 76
3.9. Исследование переходного процесса при пуске ТЭГ 79
3.10. Получение внешней характеристики ТЭГ 81
3.11. Осциллографирование напряжения ТЭГ 82
3.12. Исследование распределения потерь мощности по отдельным элементам ТЭГ и снятие механической характеристики ТЭГ 83
3.13. Определение износа контактной пары 86
3.14. Основные результаты и выводы 88
Глава 4. Экспериментальные исследования электрофильтра с трибоэлектрическим генератором 89
4.1. Программа экспериментов 89
4.2. Экспериментальный стенд 89
4.3. Исследование влияния параметров окружающего воздуха на параметры ЭФ с ТЭГ 91
4.4 Исследование влияния угловой скорости вращения барабана и степени прижатия материалов контактной пары на параметры ЭФ с ТЭГ 93
4.5. Исследование возможности повышения степени очистки воздуха за счет изменения конструктивных параметров зоны зарядки ЭФ 100
4.6. Исследование устойчивости ЭФ с ТЭГ к возникновению электрических пробоев в межэлектродном промежутке 102
4.7. Основные результаты и выводы 106
ГЛАВА 5. Разработка и испытания опытного образца электрофильтра с трибоэлектрически генератором. Оценка экономической эффективности 108
5.1. Разработка опытного образца электрофильтра с ТЭГ
5.2. Лабораторные исследования опытного образца
5.3. Производственные испытания опытного образца
5.4. Экономическая эффективность применения электрофильтра с ТЭГ для очистки воздуха помещения от пыли 120
5.5. Основные результаты и выводы 124
Основные выводы 125
Направления дальнейших исследований 127
Список литературы 128
Приложения
- Электрофильтры. Необходимость их дальнейшего совершенствования
- Математическая модель переходного процесса при пуске трибоэлектрического генератора
- Исследование влияния места расположения, количества коллекторов и расстояния между коллектором и барабаном на электрические параметры ТЭГ
- Исследование влияния угловой скорости вращения барабана и степени прижатия материалов контактной пары на параметры ЭФ с ТЭГ
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из основных путей развития современного сельского хозяйства является индустриализация и концентрация производства, что приводит к резкому увеличению количества вреднодействующих веществ, содержащихся как в воздухе внутри сельскохозяйственных помещений, так и в воздушном бассейне предприятия. В связи с этим все более острой становится проблема очистки воздуха.
Для снижения концентрации пыли и находящихся на ней микроорганизмов в воздухе внутри сельскохозяйственных помещений до уровня, соответствующего санитарным нормам, целесообразно применять рециркуляционные двухзонные электрофильтры, в которых зарядка в поле коронного разряда и осаждение частиц осуществляются в разных конструктивных зонах. В состав этих аппаратов входит источник высокого напряжения, традиционно содержащий повышающий трансформатор и полупроводниковый выпрямитель.
При эксплуатации в электрофильтрах возникают электрические пробои, обусловленные накоплением пыли на осадительных электродах, попаданием в межэлектродный промежуток частиц больших размеров и обрывом коронирующего электрода. В результате пробоев происходит снижение эффективности электрофильтра вследствие вырыва отложившейся пыли с осадительных электродов и перерыва в работе электрофильтра из-за отключения источника высокого напряжения защитой от перегрузки, а в ряде случаев из-за выхода источника из строя.
Анализ состояния вопроса позволил сделать предположение о том, что повысить устойчивость электрофильтра к возникновению электрических пробоев в межэлектродном промежутке можно путем замены традиционного источника высокого напряжения на трибоэлектрический генератор. Такой замене способствует то, что рециркуляционный электрофильтр включает в себя вентилятор, приводимый во вращение электродвигателем, который может быть использован и для взаимного перемещения элементов контактной пары трибоэлектрического генератора.
Разработка коронноразрядного электрофильтра с трибоэлектрическим генератором для очистки воздуха в сельскохозяйственных помещениях требует проведения специальных исследований для раскрытия закономерностей процесса работы такого устройства и обоснования его параметров.
На основании вышеизложенного тема диссертационной работы обладает практической и научной актуальностью.
Работа выполнена в соответствии с Межведомственной координационной программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006 – 2010 гг. (Проблема IХ. Научное обеспечение повышения машинно-технологического и энергетического потенциала сельского хозяйства России), одобренной Президиумом РАСХН 16.11.06 г. и Межведомственным координационным советом по формированию и реализации Программы 19.10.06 г., и планом НИР ЧГАА на 1999 – 2010 гг.
Цель работы: разработать электрофильтр для очистки воздуха от пыли в сельскохозяйственных помещениях, обладающий повышенной устойчивостью к возникновению электрических пробоев в межэлектродном промежутке за счет применения трибоэлектрического генератора.
Задачи исследования
-
Разработать математическую модель процесса работы электрофильтра с трибоэлектрическим генератором.
-
Обосновать конструктивные параметры трибоэлектрического генератора как источника высокого напряжения для коронноразрядного электрофильтра.
-
Установить взаимосвязь между параметрами электрофильтра с трибоэлектрическим генератором и исследовать влияние на них параметров окружающего воздуха; проверить устойчивость электрофильтра с трибоэлектрическим генератором к возникновению электрических пробоев в межэлектродном промежутке.
-
Провести производственные испытания электрофильтра с трибоэлектрическим генератором и оценить экономическую эффективность его применения.
Объект исследования: процесс работы электрофильтра с трибоэлектрическим генератором.
Предмет исследования: закономерности процесса работы электрофильтра с трибоэлектрическим генератором; взаимосвязь между его параметрами.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
-
Разработана математическая модель процесса работы электрофильтра с трибоэлектрическим генератором, описывающая взаимосвязь между его параметрами.
-
Обоснованы конструктивные и режимные параметры трибоэлектрического генератора как источника высокого напряжения для коронноразрядного электрофильтра.
-
Раскрыта взаимосвязь между параметрами электрофильтра с трибоэлектрическим генератором, оценено влияние на них параметров окружающего воздуха и показана его устойчивость к возникновению электрических пробоев в межэлектродном промежутке.
-
Предложен «турнирный» метод ранжирования вариантов технического решения на основе экспериментальных данных.
Практическая ценность работы и реализация ее результатов
Разработанная математическая модель позволяет при проектировании электрофильтра с трибоэлектрическим генератором рассчитывать его конструктивные и режимные параметры, обеспечивающие требуемую степень очистки воздуха.
Электрофильтр с трибоэлектрическим генератором, защищенный патентами на изобретение РФ №2177837 и № 2144433, позволяет эффективно очищать воздух от пыли в сельскохозяйственных помещениях, обладая при этом повышенной устойчивостью к возникновению электрических пробоев в межэлектродном промежутке.
Разработанный электрофильтр с трибоэлектрическим генератором внедрен в цехе сортировки яиц СПК «Птицефабрика Челябинская».
Результаты исследований электрофильтра с трибоэлектрическим генератором используются в учебном процессе Челябинской государственной агроинженерной академии.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на ежегодных научно-технических конференциях ЧГАУ (г. Челябинск, 1999 – 2004 гг.), на ежегодных Международных научно-технических конференциях ЧГАУ (г. Челябинск, 2005 – 2010 гг.) и на Международной научно-практической конференции «Проблемы развития энергетики в условиях производственных преобразований» (Ижевская ГСХА, г. Ижевск, 2003 г).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 16 научных статьях, в том числе три статьи в изданиях, рекомендованных ВАК. Получены два патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (155 наименований), 14 приложений; содержит 141 страницу основного текста, в том числе 52 рисунка и 22 таблицы.
Электрофильтры. Необходимость их дальнейшего совершенствования
В электростатических фильтрах осаждение пыли происходит в электростатическом поле, создаваемом между параллельно расположенными пластинами.
В нашей стране и в ряде зарубежных стран разработаны различные конструкции электростатических фильтров [31 - 36]. Электростатические фильтры отличаются малым потреблением электроэнергии (вследствие отсутствия тока между осадительными пластинами). Недостатками электростатических фильтров являются низкий объемный расход воздуха и невысокая степень очистки воздуха.
Большее распространение получили ЭФ, в которых частицы пыли приобретают искусственный заряд в поле коронного разряда [37 - 43]. Коронный разряд (КР) представляет собой один из видов электрического разряда в газе, протекающий при нормальном атмосферном давлении, возникающий в резко неоднородном электрическом поле, когда радиус кривизны одного или обоих электродов во много раз меньше расстояния между ними. Коронный разряд может происходить при подаче на электроды постоянного или переменного напряжения. Коронный разряд постоянного тока может быть униполярным, когда коро-нирует один из электродов, и биполярным, когда коронируют оба электрода.
Широкое применение в настоящее время получили ЭФ с униполярным коронным разрядом постоянного тока. Коронноразрядные электрофильтры бывают однозонные и двухзонные (рис. 1.2). В однозонных ЭФ зарядка и осаждение пыли происходят в одной конструктивной зоне, где расположена коронирующая и осадительная система. В двухзонных ЭФ зарядка пыли происходит в первой зоне (ионизаторе), а осаждение — во второй зоне (осадителе), расположенных последовательно (рис. 1.2) [44-47]. Однозонные аппараты получили широкое применение для улавливания пыли во всех отраслях промышленности и в электроэнергетике [44, 45, 48 - 53]. Двухзонные электрофильтры применяются в основном для очистки вентиляционного воздуха [44]. Воздушный поток через электрофильтр может создаваться либо принудительно (механическим вентилятором), либо посредством явления, сопутствующего коронному разряду и называемого электрическим (ионным) ветром. Имеется ряд разработок электрофильтров, использующих явление электрического ветра [54 - 59]. Основным недостатком ионных вентиляторов является невысокий напор, следствием чего является низкая скорость воздушного потока, создаваемого электрическим ветром (около 1 м/с). Для очистки приточного воздуха и воздуха внутри животноводческих и птицеводческих помещений большее применение нашли двухзонные электрофильтры с принудительной вентиляцией [60]. В нашей стране разработан двухзонный электрофильтр типа ФЭ [4]. Данный фильтр собирается из унифицированных ячеек. Каждая ячейка имеет зону зарядки из коронирующих проволочных электродов, которые разделены выступающими удлиненными пластинами осадительной зоны. За осадительным пакетом устанавливается противоуносный пористый фильтр. В [61] предложен двухзонный электрофильтр для очистки воздуха в птицеводческих помещениях. Отличительной особенностью разработанного электрофильтра является то, что в зоне зарядки использованы игольчатые коронирующие электроды с заостренными выступами на боковых поверхностях игл, а зона осаждения выполнена в виде системы электродов «металл — диэлектрик». Диэлектрические электроды выполнены из гетинакса. Кроме названных, существуют и другие разработки двухзонных коронно-разрядных ЭФ [62 - 68]. На базе двухзонного электрофильтра была создана установка УОВ-1, предназначенная для очистки воздуха на птицефабриках и животноводческих фермах [69, 70]. В состав ЭФ входит источник высокого напряжения, традиционно содержащий повышающий трансформатор и выпрямительный блок [44, 71, 72, 73]. В современных электрофильтрах используют источники высокого напряжения с полупроводниковыми выпрямителями, различающиеся схемой выпрямления, способом регулирования напряжения и номинальной мощностью [44]. При эксплуатации в ЭФ периодически возникают электрические пробои за счет накопления пыли на осадительных электродах, попадания в межэлектродный промежуток частиц больших размеров [4] и обрыва коронирующего электрода [47, 74, 75]. Электрические пробои сопровождаются вырывом отложившейся пыли с осадительных электродов, что снижает эффективность ЭФ [4, 76]. Кроме того, при пробоях происходит отключение источника высокого напряжения защитой от перегрузки, что также снижает эффективность ЭФ из-за перерыва в его работе [4]. В ряде случаев пробои приводят к выходу источника высокого напряжения из строя [75].
Анализ и классификация методов и устройств, предназначенных для ис-крозащиты установок электронно-ионной технологии, позволяет разбить их на две большие группы [76, 77]: искрогасящие и искропредупреждающие устройства.
Искрогасящие устройства по принципу действия могут быть пассивные и активные, а искропредупреждающие только активные [76, 77]. Искрогасящие устройства — это устройства, которые либо ограничивают ток искрового пробоя безопасным значением (пассивные устройства), либо при появлении искры в разрядном промежутке производят отключение источника высокого напряжения от питающей сети (активные устройства). Искропредупреждающие устрой -19 ства в момент возникновения аварийной ситуации не только отключают источник высокого напряжения от питающей сети, не допуская появления в разрядном промежутке искры, но одновременно обеспечивают и разряд паразитных реактивностей электрической схемы установки путем закорачивания разрядного промежутка на землю с помощью высоковольтного ключа [76, 77].
Таким образом, искропредупреждающие и активные искрогасящие устройства при возникновении аварийной ситуации отключают источник высокого напряжения, прерывая тем самым технологический процесс, что неизбежно ведет к снижению эффективности работы установки. На основании этого указанные устройства были исключены нами из дальнейшего рассмотрения.
Математическая модель переходного процесса при пуске трибоэлектрического генератора
Суммарный момент сопротивления вентилятора Мп и трибоэлектрическо-го генератора Мс не должен превышать критического момента электродвигателя. Момент на валу электродвигателя Мд определяется суммарным моментом сопротивления вентилятора и ТЭГ. Угловая скорость вращения электродвигателя со изменяется от нуля до номинального значения. Мощность Ри потребляемая электродвигателем из сети, определяется нагрузкой на валу электродвигателя и не превышает значения Рн/г\л С н — номинальная мощность двигателя, Тд - КПД двигателя). Степень прижатия материалов контактной пары кп изменяется в пределах от 1,03 до 1,15.
Носители электрического заряда изначально присутствуют в любой системе, в свободном или в связанном состоянии. Генератор должен обеспечить отбор частиц, разделение зарядов, их перенос к коммутирующим устройствам и сообщение с внешней цепью. До выхода во внешнюю цепь заряды могут накапливаться в специальных устройствах. Функции отбора частиц, разделения зарядов, их переноса и ввода - вывода во внешнюю цепь являются для генератора основными. Если каждой функции сопоставить отдельное устройство, то структурную схему генератора можно представить в виде рис.2.4 [99].
В конкретных конструкциях разные функции могут совмещаться в одном устройстве. Могут также присутствовать прочие устройства, которые выполняют те или иные вспомогательные функции, в частности, регулировочные (регулировка силы прижима трущихся элементов, скорости их относительного перемещения и т.п.).
В трибоэлектрическом генераторе функцию резервуара выполняют эле_ менты фрикционной пары, а также внешняя цепь и окружающая среда; тран;с_ портером зарядов является поверхность барабана; коммутирующими устройствами являются коллектор и металлическая подложка; разделителем зарядов является область контакта фрикционных элементов. На поверхности и в при_ поверхностных слоях контактирующих материалов происходит разделение зарядов, в механизме которого, как уже отмечалось, имеется много неясного Через поверхность соприкосновения могут переходить как свободные электроны, так и ионы. Их дальнейшее перемещение происходит различными способами: а) механическим переносом вместе с движущимися поверхностями фрикционных элементов; б) за счёт поверхностной и объёмной проводимости фрикционных элементов и контактирующих с ними других деталей генераТо_ ра.
Наиболее сложными, как для экспериментального исследования, так и для теоретического объяснения, в случае диэлектрических материалов, Представляются явления возникновения и разделения зарядов на их поверхностях и последующего перемещения заряженных частиц за пределы контактных точек
В процессе работы трибоэлектрического генератора заряд из зоны трения механическим путём или за счёт электропроводности переносится к коммутирующим устройствам (токосъёмным контактам). Совершаемая при этом работа обеспечивает прирост разности потенциалов, который можно оценить по соотношению ёмкостей зоны контакта тел фрикционной пары и всей системы. На рис.2.5 схематически показано распределение зарядов в зоне трения (а) и на контактах генератора (б). Пусть UQ - разность потенциалов между соприкасающимися участками поверхностей, а С0 - электрическая емкость зоны соприкосновения, С - ёмкость генератора, /хх - напряжение на его внешних контактах в режиме холостого хода. Если весь заряд из зоны трения перешёл на внешние контакты, то напряжение на генераторе
Поскольку расстояние между поверхностями в зоне трения имеет микроскопическую величину, С0» С. Соответственно, Uxx » U0.
В процессе работы напряжение на внешних контактах генератора должно возрастать, поскольку на них поступают заряды из зоны трения, а в ней образуются новые заряды. Кинетику изменения напряжения можно рассчитать следующим образом [99]. Предположим, что из зоны контакта за единицу времени во внешнюю цепь поступает постоянное количество заряда 10. Тогда контактную зону можно заменить эквивалентным источником тока силой 1Э . От него заряжается конденсатор, ёмкость которого равна ёмкости всей системы С. Часть зарядов рекомбинирует или уходит в окружающую среду, что характеризуется сопротивлением утечки Ry (при отключенной внешней цепи). Тогда три-боэлектрический генератор можно заменить эквивалентной схемой (рис.2.6), где G обозначает эквивалентный источник тока. Напряжение на конденсаторе является напряжением на внешних контактах генератора в режиме холостого хода.
Выражение (2.8) позволяет рассмотреть и влияние некоторых параметров конструкции генератора на кинетику напряжения и на его стационарное значение. Так, с увеличением площади элементов контактной пары должна возрастать сила тока электризации 1Э, а следовательно и величина стационарного напряжения. Вместе с тем, из-за увеличения ёмкости системы, при этом должно увеличиться время выхода в стационарный режим. Качественно можно оценить и влияние на величину напряжения силы прижима в контактной паре. Учитывая изложенные в п. 1.3 физические представления об эволюции структуры материалов контактной пары при трении, следует ожидать, что с увеличением степени прижатия материалов контактной пары интенсивность процессов электризации увеличивается, т.е возрастает сила тока 1Э. Таким образом, напряжение на генераторе также увеличивается.
Отметим, что изложенные выше результаты анализа выражения (2.8) качественно согласуется с известными положениями по трибоэлектризации [88, 94].
Исследование влияния места расположения, количества коллекторов и расстояния между коллектором и барабаном на электрические параметры ТЭГ
На свободном конце вала барабана, выходящем из кожуха трибоэлектри-ческого генератора, укреплена крыльчатка вентилятора (диаметр крыльчатки 140 мм, количество лопастей - 6).
Двухзонный электрофильтр состоит из зоны зарядки и зоны осаждения. Зона зарядки (рис. 5.5) выполнена в виде системы электродов «провод между двумя параллельными плоскостями» и представляет собой короб квадратного сечения, выполненный из текстолита, с установленными по ходу воздушного потока плоскими некоронирующими электродами и расположенными между ними проволочными коронирующими электродами. Входное сечение зоны зарядки 150x150 мм, длина 70 мм. Некоронирующие электроды имеют высоту 150 мм, длину по ходу воздушного потока 70 мм и толщину 1 мм. Диаметр ко-ронирующего электрода 0,25 мм. Межэлектродное расстояние в зоне зарядки 35 мм. Коронирующие электроды соединены с коллектором ТЭГ, некоронирующие электроды соединены с заземленным болтом на корпусе установки.
Зона осаждения (рис. 5.6) выполнена в виде пакета пластин, изготовленных из гетинакса и расположенных в коробе из органического стекла по ходу воздушного потока. Расстояние между пластинами 3,5 мм. Четные пластины соединены с коронирующим электродом зоны зарядки, нечетные - с зазем\лен_ ным болтом на корпусе установки.
Между зоной зарядки и зоной осаждения установлена металлическая заземленная сетка (рис. 5.7) с размером квадратной ячейки 15 мм. Металлическая сетка соединена с некоронирующими электродами зоны зарядки. Двухзонный электрофильтр вместе с крыльчаткой вентилятора помегцены в корпус из стеклотекстолита. Для регулирования подачи воздуха на выходе из электрофильтра установлена жалюзииная решетка с возможностью измеиения наклона жалюзи. Все элементы установки (электродвигатель, трибоэлектрический генератор и электрофильтр) смонтированы на общем основании из стеклотекстолита Для обеспечения доступа к контактной паре ТЭГ предусмотрена съемная боковая стенка кожуха ТЭГ, к которой крепится накладка. Стенка снимается после отвинчивания двух гаек — барашков. Для облегчения доступа к электрофильтру в корпусе предусмотрена съемная боковая стенка. Программа исследований включала в себя: 1) определение времени достижения установившегося значения напряжения ТЭГ; 2) исследование влияния относительной влажности воздуха на степень очистки воздуха опытным образцом; 3) исследование озоновыделения при работе опытного образца; 4) измерение концентрации аэроионов на выходе опытного образца Напряжение на электрофильтре измерялось киловольтметром С-196 ток коронного разряда - микроамперметром М-95. Концентрация частиц пыли на входе и выходе электрофильтра измерялась фотоэлектрическим счетчиком аэрозольных частиц ПК.ГТА-0,3-002. Концентрация озона измерялась газоанализатором озона 3.02П-Р. Концентрация положительных и отрицательных аэрозмерялась счётчиком аэрофонов Сапфир:ЗМ. Скорость воздушного по-оходящего через электрофильтр, измерялась цифровым анемометром АП 1 Параметры окружающего воздуха (давление, температура, относительная сть) измерялись прибором: БМ-2. Мощность, потребляемая электродви-опытного образца из сети, измерялась по методу двух ваттметров приборами типа Д50042. Исследование влияния относительной влажности воздуха на степень очи-опытным образцом: проводилось по методике, которая аналогична описанной в п. 4.3. Исследование озоновыделения и измерение концентрации аэроионов м образцом проводились в лабораторном помещении размером 10x1 5x3 1 м. Опытный образец, был установлен в центре помещения таким об-тобы поток выходящего воздуха был направлен вдоль длинной оси помещения. Исследование озоновыделения при работе опытного образца состояло из двух частей: Г\ исследование пространственного распространения озона в воздухе помещения при работе опытного образца; 2) исследование зависимости концентрации озона в воздухе помещения от времени работы опытного образца. До включения опытного образца газозаборная трубка газоанализатора ус-вливалась на расстоянии 0,2 м от выходного отверстия опытного образца его сечения и измерялась фоновая концентрация озона. Концентра-по цеш ру ция озона измерялась в пяти повторностях. В первой части исследования измерение концентрации озона после вклю-ения опытного образца проводилось в точках, показанных на рисунке П.9.2. Р сстояние между точками по оси X составляло 0,2 м, по оси Y и Z - ОД м. Опыты проводились в трех повторностях. Во второй части исследования газозаборная трубка газоанализатора уста-ливалась на расстоянии 0,2 м от выходного отверстия опытного образца по тру его сечения. Опытный образец включался в работу и измерялась концентрация озона через каждые 5 минут в течение первого часа работы. При измерении концентрации положительных и отрицательных аэроионов счётчик Сапфир-ЗМ устанавливался на расстоянии 0,2 м от выходного отверстия опытного образца по центру его сечения. Концентрация аэроионов (с подвижностью 0,4 см2/(В-с) и более) измерялась в пяти повторностях до и после включения опытного образца. Опыты проводились в трех повторностях. В ходе лабораторных исследований были определены параметры опытного образца: 1) объемный расход воздуха через ЭФ с ТЭГ, м /ч 81; ?л СКорость воздушного потока на выходе из ЭФ с ТЭГ, м/с 1,0; 3) напряжение на ЭФ, кВ 8; 3) потребляемая мощность, Вт 107. Установлено (рис. П.9.1), что опытный образец выходит на рабочий режим (напряжение ТЭГ достигает установившегося значения) за 170 с. Зависимость напряжения на ЭФ от относительной влажности воздуха (рис. 5.8) имеет два характерных участка: I участок (ф = 50-Г-85 %) — с увеличением относительной влажности напряжение на ЭФ практически не меняется; П участок (ср = 85-ь97 %) — с увеличением относительной влажности напряжение на ЭФ резко снижается до нуля. Зависимость степени очистки от относительной влажности воздуха имеет три характерных участка (рис. 5.9): I участок (ф = 50- -80 %) - степень очистки воздуха снижается незначц_ тельно (так как на этом интервале напряжение практически не меняется); II участок (ф = 85-ИЭ0 %) - степень очистки воздуха значительно снижает ся вследствие снижения напряжения (начало существенного снижения л на блюдается при ф = 80.. .85 %).
Исследование влияния угловой скорости вращения барабана и степени прижатия материалов контактной пары на параметры ЭФ с ТЭГ
На основании проведенных исследований разработана конструкция ЭФ с ТЭГ и изготовлен опытный образец.
Резкое снижение степени очистки в опытном образце начинается при относительной влажности воздуха ср = 80...85 %, т.е. при таких значениях р, которые являются предельно допустимыми для сельскохозяйственных помещений.
Концентрация озона на выходе опытного образца - 7 мкг/м , что в 14 раз меньше ПДК, концентрация аэроионов на выходе опытного образца равна фоновой концентрации в помещении до его включения.
Степень очистки воздуха опытным образцом ЭФ с ТЭГ в производст венных условиях в зависимости от размера пылевых частиц составляет 0 88 0 95, т.е. удовлетворяет требованиям, предъявляемым к воздушным фильтрам второго класса, в число которых входят двухзонные электрофильтры. 5. Применение электрофильтра с трибоэлектрическим генератором экономически выгодно: ожидаемый годовой дисконтированный экономический эффект составляет 2200 руб. (по сравнению с электрофильтром, имеющим традиционный источник высокого напряжения). Результаты, полученные в настоящей диссертационной работе , позволяют сделать следующие выводы. 1. Очистку воздуха сельскохозяйственных помещений от пыли целесообразно осуществлять с помощью электрофильтров. Для повышения устойчивости коронноразрядных электрофильтров к возникновению электрических пробоев в межэлектродном промежутке предложено применить в качестве источника высокого напряжения трибоэлектрический генератор. 2. Разработанная математическая модель процесса работы электрофильтра с трибоэлектрическим генератором позволяет определять рациональные значения его параметров, обеспечивающие заданную степень очистки воздуха. 3. Экспериментально обоснованные конструктивные параметры трибоэлек-трического генератора (материалы контактной пары, диаметр барабана, способ отбора потенциала с поверхности барабана, тип коллектора и др.) позволяют использовать его как источник высокого напряжения для коронноразрядного электрофильтра. 4. Установленная взаимосвязь между основными параметрами электро фильтра с трибоэлектрическим генератором, а именно: - между режимными параметрами трибоэлектрического генератора (скоростью вращения барабана со и степенью прижатия материалов контактной пары /с,,) и электрическими параметрами электрофильтра с трибоэлектрическим генератором (напряжением холостого хода трибоэлектрического генератора, током коронного разряда, напряжением на электрофильтре) позволила получить выражение внешней характеристики для математической модели; - между режимными параметрами трибоэлектрического генератора, с одной стороны, и степенью очистки воздуха в электрофильтре и мощностью на валу электродвигателя, с другой стороны, показала, что для снижения потребляемой мощности заданную степень очистки воздуха следует обеспечивать за счет уменьшения со и увеличения кп, и позволила обосновать рациональные значения Основное содержание диссертации опубликовано в [99, 105, 119, 123, 124, 125,127,131,136,138,142,144,145,147,152,153, 154,155]. режимных параметров: со = 85...105 рад/с, ки - 1,14...1,15; - между скоростью вращения барабана и моментом сопротивления на валу электродвигателя (механическая характеристика трибоэлектрического генератора) позволила определить требуемую мощность на валу электродвигателя; - между мощностью коронного разряда Ркр и степенью очистки воздуха позволила обосновать возможность использования Ркр в качестве критерия при выборе конструктивных параметров зоны зарядки электрофильтра. 5. Электрофильтр с трибоэлектрическим генератором за счет высокого внутреннего сопротивления (от единиц до десятков ГОм) обладает повышенной устойчивостью к возникновению электрических пробоев в межэлектродном промежутке: увеличение тока сопровождается снижением напряжения на три-боэлектрическом генераторе, что препятствует возникновению электрического пробоя. При возникновении короткого замыкания трибоэлектрический генератор не повреждается, а после устранения замыкания напряжение на электрофильтре восстанавливается. 6. При увеличении относительной влажности воздуха ф с 50 до 80 % сте пень очистки воздуха л снижается незначительно, начало существенного сни жения л наблюдается при (р= 80...85%, что позволяет использовать электро фильтр с трибоэлектрическим генератором в сельскохозяйственных помещени ях. 7. Предложенный «турнирный» метод позволяет распределять большое число вариантов технического решения по степени их влияния на какой-либо параметр. 8. Производственные испытания показали, что степень очистки воздуха в опытном образце электрофильтра с трибоэлектрическим генератором составля ет 0,88...0,95 (в зависимости от размера пылевых частиц), т.е. удовлетворяет требованиям, предъявляемым к воздушным фильтрам второго класса, в число которых входят двухзонные электрофильтры. Применение электрофильтра с трибоэлектрическим генератором экономически выгодно: ожидаемый годовой дисконтированный экономический эффект составляет 2200 руб. (по сравнению с электрофильтром, имеющим традиционный источник высокого напряжения). 1. В области теоретических исследований считаем целесообразным учесть в математической модели установившегося режима работы ЭФ с ТЭГ геометрические параметры трибоэлектрического генератора. 2. В области экспериментальных исследований представляет интерес вы явление связи между степенью электризации и физическими свойствами мате риалов контактной пары.
