Диплом (1228506), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Термическая регенерация имеет ряд недостатков:

• необходимость охлаждения слоя после нагрева значительно уве­личивает продолжительность рабочего цикла, следствием чего является возрастание расхода адсорбента, массы и габаритов адсорберов, энергии;

• регенерация адсорберов горячим воздухом требует применения воздухонагревателей;

• необходимость контроля и управление температурным режимом, аварийная блокировка;

Указанные недостатки установок нагревного (термического) типа являются причиной того, что широкое распространение получили так называемые короткоцикловые безнагревные адсорбционные установки (КБА).

Осушка сжатого воздуха КБА заключаются в следующем:

• процесс адсорбции проводится в течение коротких циклов;

• регенерация адсорбента производится при давлениях сжатого воздуха более низких, чем при адсорбции;

• процессы регенерации и охлаждения происходят одновременно;

• адсорбирующим агентом служит редуцированный осушенный воздух, в котором парциальное давление водяных паров всегда ниже, чем в слое регенерируемого адсорбента.

3.3 Расчет адсорбционных процессов

Изучение температурных условий эксплуатации подвижного состава показало, что для надежной работы пневматических систем локомотивов достаточно, если температура точки росы осушаемого сжатого воздуха будет на 3-5 °С ниже температуры окружающей среды. Данный параметр является одним из основных при расчетах адсорбционных процессов.

Уравнение 3.1 необходимо для расчета массы адсорбента.

, (3.1)

где G – масса адсорбента;

τ_пц – продолжительность процесса поглощения влаги;

V₀ , V_p – удельные расходы осушаемого и регенерационного воздуха;

к_и – коэффициент избытка регенерационного воздуха;

С₀, С – влагосодержание осушаемого и осушенного воздуха;

а_д – динамическая влагоёмкость адсорбента.

Объем адсорбента равен

, (3.2)

где ρ_ад – насыпная плотность адсорбента.

Рекомендуемое соотношение размеров слоя адсорбента определяется по формуле 3.3

Н = (2 + 4)D, (3.3)

где Н и D - высота и диаметр слоя адсорбента.

Диаметр слоя адсорбента определяется из выражения

. (3.4)

Одной из наиважнейших характеристик процесса короткоцикловой безнагревной адсорбции является длительность полуцикла работы адсорбера до его переключения на режим регенерации адсорбента.

Результаты исследований приведены на рисунке 3.3 для установки с цеолитом NaA и на рисунке 3.4 для установки с древесными опилками.

Рисунок 3.3 - Зависимость точки росы осушенного сжатого воздуха от длительности полуцикла работы адсорбента при адсорбции на цеолите NaA (t₀=20 °C, φ=100%)

Значения определялись из выражения

, %, (3.5)

где ПВ_р и ПВ₆ - продолжительность включения компрессора при наличии расхода регенерационного воздуха и без него.

Продолжительность включения компрессора определяется как соотношение времени его работы к общей продолжительности цикла (работа плюс стоянка).

Для стабильного процесса КБА должен обеспечиваться достаточный расход регенерационного воздуха. Его величина не должна быть ниже вычисляемой по уравнению

, %, (3.6)

где р_р и р₁ - давление регенерационного и осушаемого потоков.

Для локомотивных пневматических сетей величина находится в пределах 11-13%.

Из рисунков 3.3 и 3.4 следует, что существует определенная продолжи­тельность полуцикла, при которой достигается наилучшая степень осушки, т. е. минимальное значение t_p. Положение экстремума кривых практически не зависит от величины ; для цеолита оно наблюдается при τ_пц=3,5 мин, для древесных опилок - при τ_пц =8 мин. Отклонение величины τ_пц как в сторону его увеличения, так и в сторону уменьшения приводит к снижению эффективности процесса, т. е. к возрастанию тем­пературы точки росы осушенного сжатого воздуха. Увеличение цикла процесса уменьшает частоту срабатывания управляющей аппаратуры, уменьшается износ адсорбента, чем повышается надежность адсорбционной установки.

Рисунок 3.4 - Зависимость точки росы осушенного сжатого воздуха от длительности полуцикла работы адсорбента при адсорбции на древесных опилках (t₀=20 °C, φ=100%)

Кроме того, сокращаются непроизводительные расходы сжатого воздуха, неизбежные при переключении адсорберов с режима адсорбции на режим регенерации. Это снижает нагрузку на адсорбер, повышает его срок службы. Что касается эффективности обоих типов адсорбента, то получаемые величины tp и при осушке цеолитом и древесными опилками практически равны при соответствующих им опти­мальных значениях τ_пц. Значение температуры точки росы в зависимости от длительности полуцикла и относительного расхода воздуха на регенерацию можно определить по формуле 3.7

- для цеолита

(3.7)

Рисунок 3.5 - Зависимость содержания влаги в осушенном воздухе от её

количества в осушаемом при адсорбции на цеолите NaA (τ_пц =3,5 мин)

Расход воздуха на локомотивах при ведении поезда непостоянен во времени. Ввиду этого и продолжительность включения компрессора (ПВ) является величиной переменной. Влияние ПВ в установившемся режиме адсорбционного процесса на температуру точки росы t_p приведено на рисунках. 3.6 и 3.7.

- для цеолита NaA

(3.8)

Рисунок 3.6 - Номограмма зависимости точки росы сжатого воздуха от ПВ компрессора при адсорбции на цеолите NaA (t₀=20 °C, φ=100%)

- для древесных опилок

(3.9)

Рисунок 3.7 - Номограмма зависимости точки росы сжатого воздуха от ПВ компрессора при адсорбции на древесных опилках (t₀=20 °C, φ=100%)

Одной из основных характеристик адсорбционного процесса является также динамическая влагоёмкость адсорбента, т. е. количество влаги, поглощаемое единицей массы поглотителя при реальных условиях адсорбционного процесса. Ее величина может быть определена для цеолита NaA

Рисунок 3.8 - Динамическая влагоёмкость цеолита NaA

Для цеолита:

(3.10)

где V₀ , V_p – удельные расходы осушаемого и регенерационного воздуха

4. ПРОЕКТ ВЛАГОУСТРОНЯЮЩЕГО КОМПЛЕКСА ТОРМОЗНОГО КОМПРЕССОРА

4.1 Применяемый адсорбирующий материал на основе гидрогеля

Это новое поколение материалов, обладающих уникальной способностью многократно высыхать и потом опять набухать, фактически не меняя своих свойств. Одного внесения достаточно на пять лет (в соответствии с гарантией производителя). Гидрогель (рисунок 4.1) стерилен и не токсичен, в течение пяти лет сохраняет свои свойства при высоких и низких температурах в промышленной емкости. Использование гидрогеля является безотходным. Через пять лет гидрогель распадется на безвредные компоненты. Внешне гидрогель имеет диаметр 4 мм и массу 1.2 грамма.

Рисунок 4.1 – Внешний вид силиконового гидрогеля применяемого в адсорбирующем устройстве тормозного компрессора

4.2 Результаты лабораторных исследований

Эксперименты проводились в летних, зимних условиях и при температурах 100 150 ⁰С. Для реализации данных температур был использован жарочный шкаф. Данная температура превышает верхний температурный предел равный 60-70 ⁰С нагрева воздуха в первой ступени сжатия с последующим охлаждением в радиаторе компрессора с принудительным охлаждением.

Рисунок 4.2- Результат лабораторного исследования поглощения влаги 300 граммами адсорбента

Гидрогель поглощает и удерживать при набухании до 10,5 л воды (раствора) на 300 г гидрогеля или около 0,03 л раствора на 1 г препарата. На рисунке 4.2 приведен результат лабораторных исследований в нормальных (домашних) условиях. Данный эксперимент проводился трехкратно после каждой контрольной временной точке и сведен в общее значение. В замкнутой емкости гидрогель полностью высушил влагу.

Рисунок 4.3 – Вид насыщенного влагой силиконового гидрогеля

Рисунок 4.3 – Вид насыщенного влагой силиконового гидрогеля при

температуре – 25⁰С (зимние условия)

При отрицательных температурах, при промерзании, (в случае отстоя локомотива на ТО-5, база запаса), адсорбер сохраняет свою форму и при последующем оттаивании.

При воздействии высоких температур 100 – 150⁰С, наполненный влагой адсорбер высох в течение 5-7 минут. При этом по консистенции он стал напоминать прозрачный камень (стекло). Диаметр ядра составил около 3,5 мм.

При воздействии в агрессивной водной среде (масляный раствор, раствор с содержанием солей), адсорбер впитал раствор. При этом цвет гранул адсорбера изменился в цвет раствора.

Отрицательным явлением может считаться повышенное содержание соли концентрацией 100гр./1л. воды. При этом в период высушивания (регенерации) гранулы адсорбера разрушаются на более мелкие.

Вывод: предварительный, лабораторный анализ показал высокую эффективность и надежность применения данного вида современного и инновационного силикагеля. Его надежность соответствует требованиям. В период охлаждения воздушного потока в секциях радиатора температура падает с 60-70⁰С (ступень низкого давления, рисунок 1.2) до около 35 ⁰С. В этот момент пары масла из масляной системы компрессора вместе с парами воздуха будут относительно быстро поглощаться кассетами - адсорбентными установками при его модернизации

Характеристики

Список файлов ВКР