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图1实验台喷吹系统示意图
图2数据采集系统示意图
1.2实验方法与工况
本次实验是在喷吹管上布置10个压力传感器,滤袋上布置6个压力传感器,在相同工况下脉冲阀对滤袋喷吹实验通过安装在储气罐、气箱、喷吹管、滤袋上的传感器全面获得喷吹量、喷吹管内压力分布、滤袋内压力分布等数据,经计算机软件处理后获得实验结果,每次采集10组数据计平均值。
根据工况要求,对脉冲喷吹实验台进行调整,换装某品牌4寸脉冲阀和10m长直径φ160mm滤袋,将14个喷嘴和各种数量喷嘴喷吹短管组合对接成28个喷嘴喷吹管,喷吹管总长度7313mm,直径φ114mm。喷嘴长度50mm,直径φ26mm,在喷吹管和第1~28条滤袋上布置压力传感器,靠近脉冲阀一侧的滤袋编号为1,沿喷吹管气流方向滤袋编号依次为2到28。各参数设定值:脉冲宽度150ms、喷吹压力0.35MPa,采样时间1s,其中喷嘴两侧开孔,作用是诱导引射喷嘴外面的空气,提高清灰效果。
2喷吹量及压力分布研究
2.1喷吹压力与喷吹量关系的测试
下面以某品牌4寸脉冲阀,喷吹管直径为φ114mm条件下,在脉冲阀导通时间设定为150ms时为例进行实验,其他参数条件不变的情况下,测量了喷吹压力0.25~0.5MPa区间脉冲阀喷吹所消耗的压缩空气体积,实验得出:喷吹量与喷吹压力呈线性关系,具体数值见表格1。
表1某品牌4寸脉冲阀在脉冲宽度为150ms各喷吹压力下压缩空气的喷吹量
2.2喷吹管内压力分布
喷吹管内压力分布趋势通过布置在喷吹管上的10个压力传感器测点获得,位置布置如图3所示,实心箭头所指位置为传感器安装位置,传感器安装与喷嘴同心。
依照实验工况,采集10组数据求平均值作为参考数据,如图3布置通过10个测点的压力曲线图可得到以下数据和结论:
图3传感器位置布置示意图
气流压力值抵达各采集点用时依次为0.029s、0.030s、0.031s、0.032s、0.036s、0.042s、0.044s、0.046s、0.048s、0.050s,从测点采集数据显示压力到达时间趋势沿气流方向呈线性逐渐增大。气流从1号喷嘴移动到距离7000mm处的28号喷嘴耗时约22ms,通过计算气流平均速度约320m/s左右。
气流压力峰值抵达各采集点用时依次为0.084s、0.083s、0.082s、0.078s、0.072s、0.067s、0.065s、0.063s、0.061s、0.059s,从测点采集数据显示压力峰值到达时间趋势沿气流方向逐渐减小。气体进入喷吹管后高速射流,瞬间抵达尾部,在气流从气箱流向喷吹管尾部的整个过程中受压缩反冲膨胀后,逐渐将动能转变为压力能,此时气体沿着喷吹气流反方向运动。膨胀气体从尾部返回到第1个喷嘴所耗时约22ms。
采集点气流压力峰值依次为0.181MPa、0.184MPa、0.186MPa、0.190MPa、0.193MPa、0.197MPa、0.199MPa、0.201MPa、0.206MPa、0.211MPa,从测点采集数据显示压力峰值沿气流方向呈线性逐渐上升。受喷吹管尾部封板影响28个喷嘴处的气流压力峰值沿气流方向逐渐增大。第28个喷嘴与第1个喷嘴的压力峰值比较差值约+0.023MPa左右。实验结果表明靠近喷吹管尾部其对应的滤袋清灰力度较大。
2.3滤袋内压力峰值分布
在实验初期,为了能更准确的测量滤袋上的压力分布状况,首先在1号滤袋上较密集的开40个孔用于安装压力传感器进行实验,找出了压力峰值曲线的3个拐点分别为到滤袋口距离455mm处(压力最大值)、7815mm(压力最小值)、9945mm(滤袋底部压力上升为较大值),在这3个拐点基础上,在滤袋上分布6个测点,测点位置如图4所示。
图410m滤袋测点位置示意图(mm)
1号滤袋到28号滤袋分别在如图4所示的离滤袋口455mm、2615mm、4165mm、7815mm、9165mm、9945mm位置布置测试点安装压力传感器。实验得出:压力峰值的最大值都出现在第1个测点处(距滤袋口455mm),压力峰值的最小值都出现在第4个测点处(距滤袋口7815mm);从第1个测点到第4个测点,压力峰值逐渐减小,从第4个测点到第6个测点,压力峰值逐渐增大,因此从滤袋口至下,压力越来越小,直到底部,气体积压,压力略微上升。28个滤袋上形成的压力分布整体趋势基本是一致的,从第1号滤袋至第28号滤袋压力值有增大趋势,图5为1号、28号滤袋压力分布曲线对比图,这和喷吹管上压力分布沿气流方向逐渐增大的趋势是一致的。
图51号袋、28号袋压力分布对比
分析数据和曲线可知,在距滤袋口400~2600mm处,脉冲气流速度比较大,充分膨胀,此处的压力变化非常剧烈,压力峰值较大,大约在3.5~12kPa之间。距滤袋口2600mm至滤袋底部处,脉冲气流逐渐衰减,压力峰值逐渐减小,压力峰值为1.2~3.5kPa,压力变化比较缓慢,在7815mm附近达到最小值1.2~1.8kPa,由于到达滤袋底部的气体受压迫并反冲,7815mm之后压力开始上升,至滤袋底部时压力值为1.9~2.1kPa,此处的脉冲气流速度很小,压力虽然有所上升,但压力曲线变化已非常平缓了。因此通常采用压力峰值在滤袋上、中、下部的分布状况来判断滤袋的清灰效果的好坏。
3结论
(1)借助于现有的实验台模型,模拟与工程现场相同的工况下,测量了脉冲喷吹清灰过程中喷吹管和滤袋上的压力变化规律,可以指导计算机数值模拟。
(2)气体进入喷吹管后高速射流,瞬间抵达尾部,在气流从气箱流向喷吹管尾部的整个过程中受压缩反冲膨胀后,逐渐将动能转变为压力能,膨胀气体由喷嘴高速射出,诱导周围空气形成射流气流到达滤袋,在滤袋内形成径向反吹气流进行清灰。
(3)沿气流方向喷吹管上测点压力值由近端到远端逐渐上升变大,而滤袋上压力值曲线趋势同样出现相似规律。
(4)压力峰值由袋口至袋底依次出现,滤袋内外压差急剧变化,使得原本吸附在滤袋表面的粉尘层脱落。位于滤袋口的上部位置压力大,清灰力度大,随着脉冲气流逐渐衰减,压力也随之减小。因气体在滤袋底部受压迫并反冲,因此在距离滤袋底部大约2200mm的位置压力处于最低点,而不在最底部。
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