PORLEVÁLASZTÁS CIKLONBAN

Ciklon áramlási ellenállásának meghatározása

Mérési segédlet

Mérés célja:

Porleválasztó ciklon nyomásesésének vizsgálata különböző áramlási sebességeknél és belépő portömeg esetén. A mérés során a ciklon ún. „összportalanítási foka” is mérhető, szintén az áramlási sebesség és a por tömegáram függvényében.

A mérőberendezés elemei:

1. feszültség szabályozó 7. mérőperem

2. a csigás adagoló hajtása (fúrógép motor) 8. fojtás

3. modell méretű ciklon 9. fúvó

4. csigás poradagoló 10. U csöves manométer

5. a leválasztott por tárolására használt edény 11. ferdecsöves manométer

6. zsákos porleválasztó (a maradék por leválasztására)

M I N T A

A mérés során elvégzendő feladatok:

1. A csigás adagoló poradagolásának vizsgálata, kalibrálás

2. Üresjárási jellemzők (ciklon nyomásesés a térfogatáram függvényében) mérése. legalább 10-15 pont felvételével

3. Állandó porterhelés mellett q ciklon nyomásesésének és porleválasztási hatásfokának mérése álladó átáramló térfogatáram mellett

4. A 3. pont megismétlése különböző tömegáramú poradagolás esetén (új kalibráció is szükséges!)

5. Más térfogatáramon a mérések megismétlése

1. Megtöltjük a (4) adagolótölcsért ismert mennyiségű porral, majd beindítjuk a csigás adagoló (2) hajtását, azaz beállítunk egy adott (alacsony) fordulatszámot az (1) feszültségszabályozóval. Miután a motor felvette az üzemi fordulatszámát (ezt hallás alapján lehet ellenőrizni), elkezdhetjük az adott fordulatszámhoz tartozó kalibrálást. Az adagoló alá helyezzünk egy üres tálkát, amelyhez előzőleg a mérleget táráztuk. Egy perc után kivesszük a tálkát és megmérjük az adagolt por tömegét. A mérést a pontosság kedvéért háromszor ismételjük meg, majd mérésekből átlagot számolva kapjuk a poradagolásra jellemző mérőszámot (portömegáram [kg/s]). A kalibrációs mérést másik fordulatszámoknál is el kell végezni.

2. A (7) mérőperemre rácsatlakoztatjuk a (10) U-csöves manométert. A ferdecsöves manométert nem kötjük még rá a ciklon előtti ill. utáni nyomásmérési helyekre. Az U-csöves (10) manométerhez vezető csöveket elszorítva elindítjuk a fúvót maximális térfogatáram mellett. Ellenőrizzük, hogy az (5) edény megfelelően lezárja-e a ciklon (3) alját. Csatlakoztatjuk a (11) ferdecsöves manométert a ciklon (3) nyomásmérési pontjaihoz. /Itt érdemes vigyázni, mert mindkét mérési ponton a nyomás a légkörinél kisebb./ Beállítjuk ferdecsöves manométeren (11) a megfelelő mérési tartományt /nagyjából ilyenkor a legnagyobb a nyomásesés ciklonon (3)/. A fúvót (9) különböző mértékben fojtva (8) kb. 10 mérési pontban leolvassuk a mérőperem és a ciklon nyomásesését.

3. A ciklonról (6) a ciklon oldalának megkocogtatása után leszereljük az 5-jelű edényt, kitárázzuk a mérleget, majd visszaszereljük az edényt a ciklonra. A nyomásmérőket bekötve hagyjuk, fokozatosan beindítjuk a fúvót (9) és közelítőleg beállítjuk a mérni kívánt térfogatáramot. Ezután elindítjuk a csigás poradagolót (4), de a port még nem adagoljuk a ciklonba, hanem csak hagyjuk, hogy a 2-jelű motor elérje a 1-jelű feszültségszabályozó alapján beállított feszültséghez tartozó fordulatszámot. Ezután a port hirtelen a ciklon (3) beszívó nyílásába eresztjük és elindítjuk az órát. Miközben folyamatosan beadagoljuk a port, lemérjük a nyomáseséseknek megfelelő kitéréseket az U csöves (10) és a ferdecsöves (11) manométeren. A ferdecsöves manométeren (11) természetesen a dőlési szöget is leolvassuk. A mérésvezető oktatóval megbeszélt idő (3-4) perc elteltekor elzárjuk a por útját a ciklon felé, majd leállítjuk a fúvót (9), megkocogtatjuk a ciklon falát, levesszük az 5-jelű edényt és lemérjük a leválasztott por tömegét. Ezután újabb térfogatáramra állunk be és ismételten elvégezzük a mérést azonos adagolt pormennyiség (az 1-jelű feszültségszabályozó megegyező állása) esetén. 10 különböző térfogatáramra érdemes elvégezni a mérést. Ezután még egy másik (tehát összesen kettő, de ha az idő engedi három) portömegáram beállítással is elvégezzük a mérést.

M I N T A

Eredmények

(az alábbi adatok csak tájékoztató jellegűek, a mérésen a mérőcsoportnak magának kell rögzítenie az aktuális p₀, T₀ paramétereket!)

Környezeti levegő paraméterei (a helyszínen leolvasandó):

t₀=? [°C] levegő hőmérséklet

R=287 [J/kg/K] specifikus gázállandó

p₀=? [Pa] légköri nyomás

=? [kg/m³] levegő sűrűség

A csigás adagoló kalibrálása

fordulatszám-szabályozó állása	1 perc alatt adagolt por	tömegáram [g/min]
A	15.6	15.6
B	17.3	17.3
C	32.5	32.5

A ciklon mérési eredményei

Poradagolás nélküli mérés:

U-csöves nyomásmérő kitérés hmp [mm]	ferdecsöves manométer kitérés lck [mm]	ferdecsöves manométer konstans (sin)
360	107	0.5
356	104	0.5
354	103	0.5
352	102	0.5
350	102	0.5
348	101	0.5
346	100	0.5
338	95	0.5
325	91	0.5
307	86	0.5
281	77	0.5
237	62	0.5
193	50	0.5
159	37	0.5

A poradagoló állása: A

M I N T A az U-csöves nyomásmérő kitérés [mm]	ferdecsöves manométer kitérés [mm]	ferdecsöves manométer konstans (sin)	egy perc alatt leválasztott portömeg [g/min]
335	68	0.5	11.2
303	68	0.5	9.9
295	16	0.5	1.2
273	13	0.5	2.4
235	31	0.5	11.6
225	20	0.5	3.7
211	22	0.5	6.5

A poradagoló állása: B

az U-csöves nyomásmérő kitérés [mm]	ferdecsöves manométer kitérés [mm]	ferdecsöves manométer konstans (sin)	egy perc alatt leválasztott portömeg [g/min]
284	54	0.5	22.7
263	43	0.5	24.8
240	22	0.5	3.9
225	12	0.5	5.8
208	8	0.5	5.2
178	29	0.5	26.3
170	7	0.5	5.3

Számítási összefüggések a mérés kiértékeléséhez:

Nyomáskülönbség számítása:

[Pa]

ahol a mérőfolyadék sűrűség (U-csöves manométer, _víz=1000 kg/m³, ferdecsöves manométer, _alkohol=840 kg/m³), g gravitációs térerősség vektor nagysága (=9,81N/kg), a manométer dőlésszög (sina=0.5; 0.2; 0.1; 0.04; 0.02).

Térfogatáram számítása /már előzőleg „kalibrált” mérőperemmel mértünk/

[m³/h] számításnál a mértékegységre ügyelni!

Referencia-sebesség számítása:

számítás q_V[m³/s] -ra átváltás után!

ahol d az A_ref referencia keresztmetszet átmérője, jelen esetben a ciklon belépő csövének belső átmérője: d=32mm.

Veszteségtényező számítása:

[-]

ahol Dp_ck a nyomásesés a ciklonon.

Az összportalanítási fok számítása:

M I N T A

[-] vagy [%]

ahol m_le a leválasztott por tömege (vagy tömegárama, ami a leválasztott por tömege és a leválasztás időtartamának hányadosa), illetve m_be a beadagolt por tömege (vagy tömegárama) az adagoló kalibrálási adatait felhasználva.

A mérés célja minden esetben (különböző adagolás mellett, a ciklon kül. porterhelése mellett) a ciklon összportalanítási fokának és a veszteségtényezőjének kiszámítása és ábrázolása, elemzése. A számított adatokat a mérés során változtatott paraméterekre vonatkozóan kell kielemezni, ábrázolni diagramban.

A mérési jegyzőkönyv egyéb formai követelményeit a szintén letölthető „mereskov.doc” tartalmazza.

Javaslom a mérési jegyzőkönyv borítólapjának a honlapon ugyanitt letölthető egységes borítólapot!

A jegyzőkönyv beadási határideje a mérés után 2 héttel.

Bővebb felkészüléshez pl. Lajos T. előadásjegyzete használható

Budapest, 2007.10.10.

Suda Jenő Miklós, egyetemi adjunktus

www.ara.bme.hu, tel.: 463-3465, email: suda@ara.bme.hu

Meghatározandó és ábrázolandó mennyiségek:

f(;; v_be)

Veszteségtényező

Összleválasztási fok

Por koncentráció

(Itt a por tömegárama a poradagolás kalibrációból számítandó!)

Térfogati arány

Tömegarány

Határ szemcseátmérő

Térfogati arány (a_p) és tömegarány (M)

A két-, vagy többfázisú áramlások vizsgálatánál leginkább elterjedt paraméter az alábbi kifejezéssel definiálható térfogati arány. Egy egyszerű modellt használva, ha egy egységnyi poros gáz térfogatot felosztunk olyan n db a³ térfogatú résztérfogatra, amely kocka térrészekben csak egyetlen gömb alakú, átmérőjű porszemcse helyezkedik el, akkor a poros gázelegy (átlagos) térfogati arányára így:

kifejezés adódik, ahol a két fázis, jelen esetben a poros gáz elegyben a por V_p és a gáz V_g térfogatának aránya szerepel. Hasonló meggondolások alapján az ún. tömegarány is definiálható:

A térfogati arány és a tömegarány közötti átszámítás a fázisok sűrűség aránya ismeretében egyszerűen adódik:

vagy

Határ szemcseátmérő

Egy igen egyszerűsített modell alkalmazásával vizsgáljuk meg a ciklon működését, leválasztási fokát befolyásoló tényezők hatását. Keressük annak a porszemcsének a d_p,h átmérőjét (határ szemcseátmérő), amit a ciklon éppen leválaszt.

Az ábrán látható az ún. merülőcső meghosszabbításában felvett, r₁ sugarú, henger alakú keresztmetszeten vizsgáljuk a porszemcsére ható erők egyensúlyát. A d_p,h /2 sugarú szemcse a gázzal megegyező v_1t tangenciális sebességgel mozog az r₁ sugarú körpályán. E mozgás fenntartásához

sugár irányú, centripetális erőre van szükség, amit az r₁ sugáron keringő porszemcse és a v_1r sebességgel radiálisan befelé áramló közeg közötti kölcsönhatás, az F_e áramlási ellenállás erő (Stokes-féle ellenálláserő)

szolgáltat. Ezért írható:

azaz

ahol a gáz v_1r sebessége a térfogatáram alapján számítható:

.

A kísérleti tapasztalatok figyelembe vételével közelítsük a tangenciális áramlási sebesség sugár irányú eloszlását a potenciálos örvényével:

,

ahol a tangenciális beáramlási sebesség, a beáramlási keresztmetszet átlagos sugara (ld. ábra jelöléseit). Az összefüggésből kifejezve a v_1r radiális sebességet behelyettesítés után adódik a határ szemcseátmérőre:

Adatok:

r_p = 2500 kg/m³

M = 200mm

r₁ = d/2 = 16mm (a ciklon belépő / kilépő csövének belső átmérője 32mm)

R_be = lemérendő

p₀ = leolvasandó barométerről

T₀ = leolvasandó hőmérőről

r_g = számítandó (gáztörvényből), R=287 J/(kg·K)

m = 18·10^-6 kg/(m·s)