Внимание, воздух ! - Олег Жолондковский

Если взглянуть в микроскоп на различные пробы пыли, то можно увидеть такое разнообразие форм, которое даже трудно себе представить. Здесь длинные кристаллы, и пучки волокон, и Архимедовы спирали, и правильные пластинки, и чешуйки с рваными краями. Нет только шариков. А ведь чаще всего инженер, варьируя исходными данными для конструирования, представляет себе именно шарик, который подлежит улавливанию. Сознательно идя на такое допущение, он значительно упрощает стоящую перед ним задачу. По расчету получается, что циклон должен улавливать минимум 90% всей пыли, а когда его выполнят в металле и подключат к трубопроводам, картина эта резко меняется. Фактический коэффициент улавливания большинства циклонов не превышает 80%. Так сказывается тот факт, что пылинки неоднородны по своей форме и размерам.

Многие виды пыли обладают парусностью. Если дунуть на обычную бытовую пыль, она взовьется в воздух и будет долго в нем парить. Одни пылинки летят вверх, другие медленно оседают, третьи беспорядочно пляшут в потоках воздуха. Особой парусностью обладают волокнистые частицы. Когда они попадают в циклон, то на них при вращении в потоке действуют две силы: одна -- центробежная, отталкивающая пылинку к стене, другая -- центростремительная. Последняя возникает потому, что на пылинку влияет уходящий из циклона воздушный смерч. Как парусник, попавший в ураган, пылинка несется вслед за потоком и вылетает из циклона. Чем больше таких частиц попадает в циклон, тем ниже его эффективность.

Известный специалист по вентиляции профессор Батурин, зная эти недостатки циклонов, предложил очистку воздуха от пыли производить в пылеосадочных камерах, конструктивно напоминающих анфиладу "комнат" со смещенными друг относительно друга дверными проемами. Запыленный воздух входит в дверь и за счет расширения теряет свою скорость. Ранее поддерживаемые струей крупные частицы пыли при этом также теряют скорость и падают. Освободившись от тяжелых частиц, воздух входит в следующую "комнату", и там из него выпадают более мелкие фракции. Затем следуют третья и четвертая "комнаты", затраты энергии на прохождение которых в камере Батурина очень незначительны. Ведь скорость движения воздушного потока здесь ничтожно мала.

Но кроме энергии есть и другая статья затрат -- стоимость самого аппарата. Ведь для того чтобы разместить на заводе анфиладу "комнат", нужно пожертвовать производственной площадью; чтобы сделать стенки камеры непроницаемыми, нужно вложить ценный материал и труд рабочих. Словом, экономия на электроэнергии полностью поглощается капитальными затратами.

Может быть, чтобы как-то сократить габариты камеры, в нее поместить коронирующие и осадительные электроды. Но тогда получится электрофильтр. Его сопротивление потоку воздуха тоже ничтожно, но электрооборудование, необходимое для создания потенциала, и его эксплуатация обходятся дорого. Построить камеру с дождевальной установкой -- возникает другая проблема: куда девать сточную воду? Поставить в камере генератор ультразвука -- опять нехорошо. На создание ультразвуковых волн расходуется очень много электроэнергии, к тому же они угнетающе действуют на организм человека. И, вообще, все это не ново. И электрофильтры, и оросительные камеры, и ультразвуковые пылеуловители применяются в промышленности, но пока обычный циклон остается вне конкуренции. Его дешевизна, компактность и, в общем-то, не такая уж высокая энергоемкость вполне устраивают многие предприятия. Но есть заводы, где циклоны давно потеряли право на жизнь. И стоят-то они там только потому, что до сих пор не было изобретено пылеуловителя, который обладал бы такой же компактностью, дешевизной и неприхотливостью в эксплуатации, как циклон.

Вот, например, в хлопкообрабатывающей промышленности электрофильтр не поставишь. От электрических разрядов загорится хлопок. Оросительная камера там тоже ни к чему. Улавливаемый из системы пневмотранспорта хлопок должен оставаться сухим. Поставить обычную пылеосадочную камеру? Но на среднем хлопкоочистительном заводе пневмотранспорт выбрасывает такое количество запыленного воздуха, что для его очистки рядом с одним корпусом завода потребуется воздвигнуть такой же корпус, в котором разместились бы пылеосадочные камеры... Не лучше положение на асбестоперерабатывающих, льноперерабатывающих и многих других предприятиях. Словом, нужен не циклон, а антициклон.

"Антиконструкция" родилась совершенно случайно. Как это произошло, я расскажу позже. В поисках способа улавливания пыли мне пришлось сделать все наоборот: подавать запыленный поток не по касательной к корпусу циклона, а по его вертикальной оси. Очищенный же воздух отсасывать из патрубка, который раньше назывался входным. Циклон сделали стеклянным с подвижным входным патрубком, расположенным по вертикальной оси так, что его торец был направлен на отверстие для выгрузки улавливаемого материала. С первых же мгновений испытания стало ясно, что налицо совершенно новый эффект. Парусная пыль при повышении скорости воздуха не тянется послушно за ним, как в обычном циклоне, а с резким хлопком вылетает в пылевыпускное отверстие. И, наоборот, при понижении скорости она, не достигая отверстия, делает поворот кругом и уходит в вытяжной патрубок.

Вот первое и основное отличие нового пылеуловителя от всех его старших собратьев. Ведь и в оросительных камерах, и в электрофильтрах, и в ультразвуковом аппарате, и во всех прочих системах пылеуловителей стоит увеличить скорость прохождения газового потока выше нормы, как сразу ухудшается эффект пылеулавливания. В антициклоне же все наоборот, чем выше скорость потока, тем сильнее летят частицы пыли в отверстие для выгрузки. Из этого следует, что можно сконструировать сверхкомпактный пылеуловитель, ведь площадь его сечения будет уменьшаться пропорционально росту скорости воздушного потока.

Итак, достигнута первая цель технической задачи -- компактность аппарата. Практически он будет занимать вдвое меньше места, чем обычный циклон. Вдвое меньше пойдет на его изготовление листовой стали. Следовательно, и цена его будет значительно ниже. Остается подсчитать эксплуатационные затраты. Для преодоления сопротивления обычного циклона расходуется часть электроэнергии, потребляемой мотором вентилятора. Чем выше сопротивление циклона, тем больше электроэнергии уходит на его преодоление. У антициклона сопротивление в 2 с лишним раза меньше, чем у обычного циклона.

По этому же принципу был сконструирован еще один пылеуловитель, названный двухступенчатым. В нем сочетается обычный циклон с антициклоном. Воздух, содержащий пушистые частицы, например хлопка, входит сначала в обычный циклон и вращается в нем. При этом пушинки сталкиваются и накатываются в довольно большие шарики, из-за высокой парусности они вылетают из циклона и поступают в антициклон, в котором и улавливаются. Здесь обычный циклон выполняет функцию подготовителя пыли для более успешного улавливания антициклоном. Ведь в нем чем выше парусность, тем эффективнее улавливание пыли. Правда, двухступенчатый пылеуловитель менее компактен, чем антициклон, но в нем можно отделить от пушистой пыли тонкую минеральную. В условиях хлопкоочистительных заводов это качество очень пригодится.

Антициклон в чистом виде уже сейчас способен заменить громоздкие пылеосадочные камеры и сетчатые фильтры, устанавливаемые на текстильных предприятиях в системах кондиционирования воздуха перед оросительными камерами. Большую пользу он принесет и в пневмотранспорте, если его использовать вместо циклонов-разгрузителей.

АНТИЦИКЛОН ВЫЗВАЛ ШКВАЛ ЗАПРОСОВ

Об антициклоне я рассказал в девятом номере журнала "Техника и наука" за 1974 г. После этого огромный поток писем буквально обрушился на редакцию. Я расскажу о тех своих ответах читателям, которые и сегодня не потеряли своей актуальности.

Меня спрашивали, защищен ли антициклон патентом.

Да, мне выдано авторское свидетельство No 270484 на антициклон, отличающийся тем, что воздуховод, расположенный на вертикальной оси корпуса, через который обычно отсасывают из циклона очищенный воздух, служит для подачи запыленного потока, а воздуховод, подключенный к циклону, обычно служащий для подачи запыленного потока, использован по совершенно новому назначению -через него отсасывают очищенный воздух. На сочетание двух устройств -антициклона и обычного циклона -- выдано авторское свидетельство No 336049 (рис.6).

Читатели журнала интересовались, как удалось изобрести антициклон и действительно ли это произошло случайно. Действительно случайно, но таких случайностей в моей жизни было уже несколько. Дело в том, что лет 15 назад в каком-то журнале я прочитал высказывание деда Чарлза Дарвина -- Эразма. Он рекомендовал периодически ставить самые дикие опыты. Так я и поступаю, Я проделал множество таких опытов, и из них ничего не получалось, но было несколько случаев, когда кое-какой эффект наблюдался. Как-то, попав на завод, где были установлены волочильные станы, я поразился огромной запыленности в помещении. Оказывается, пыль, вернее окалина, слетала с проволоки, которую волочили на станах. Ее сдували струи воздуха, подаваемого на проволоку для ее охлаждения.