Vereshchynskyi O.P., OLIS LLC, doktor nauk technicznych
Jak pokazuje wieloletnie doświadczenie w eksploatacji systemów aspiracyjnych w przedsiębiorstwach przetwórstwa zbożowego, ich wydajność i skuteczność w dużej mierze zależy od niezawodności działania śluz powietrznych (rys. 1), które są częścią urządzeń do oczyszczania powietrza. W większości przypadków awarie charakteryzują się zwiększoną emisją pyłu do atmosfery podczas pracy cyklonów, zmniejszoną wydajnością filtrów z powodu niewystarczającej regeneracji ich powierzchni filtracyjnej oraz okresowym zatykaniem się wewnętrznej wnęki cyklonów i filtrów cząstkami pyłu. Najbardziej dotkliwym przypadkiem jest jednak częste zacinanie się wirników śluz, co prowadzi do wymuszonego wyłączenia całego systemu transportu aspiracyjnego i technologicznego (ATTS).
Rys. 1 Zasuwa śluzowa.
1 – korpus; 2 – pokrywa korpusu; 3 – wirnik;
4 – łopatki wirnika; 5 – zespół łożyska;
6 – przezroczysta wkładka; 7 – siłownik.
W większości przypadków cyklony i filtry są instalowane na gałęziach ssących systemów zasysających, co powoduje rozrzedzenie powietrza w wewnętrznej wnęce tych urządzeń. Na tej podstawie śluzy powietrzne są projektowane tak, aby zapewnić odprowadzanie pyłu odseparowanego w urządzeniu na zewnątrz, przy jednoczesnym zapewnieniu odpowiednio wysokiego stopnia szczelności, który jest osiągany poprzez szczelne dopasowanie powierzchni łączących wirnik i obudowę. Obudowa i wirnik są uważane za zadowalająco dopasowane, jeśli podczas obracania się wirnika łopatki wirnika pewnie przecinają pasek papieru w szczelinie między obudową a wirnikiem! Zwiększenie tej szczeliny w wyniku złego wykonania śluzy lub zużycia ściernego współpracujących powierzchni pogorszy jej szczelność. W rezultacie strumień powietrza jest kierowany w górę przez śluzę powietrzną, aby napotkać wychodzące cząsteczki pyłu, które są zasysane do cyklonów lub filtrów. Charakteryzuje się to tym, że cząsteczki pyłu unoszą się nad śluzą i są wynoszone z powrotem, co jest wyraźnie widoczne przez przezroczystą wkładkę, jeśli urządzenie jest w nią wyposażone. Pył wdmuchiwany do wnęki cyklonu zmniejsza jego skuteczność czyszczenia (cyklon staje się zapylony), a pył wdmuchiwany do wnęki filtra przyczynia się do jego przylegania do worków filtracyjnych, zwiększa opór aerodynamiczny urządzenia i w rezultacie zmniejsza jego wydajność. Ponadto zawieszenie i przepływ wsteczny cząstek pyłu jest główną przyczyną zatykania się wewnętrznej wnęki cyklonów i filtrów. W takim przypadku wszystkie wtrącenia pyłu dostające się do cyklonu wraz z zasysanym powietrzem są uwalniane do atmosfery, a opór filtra wzrasta aż do zatrzymania przepływu zasysanego powietrza. Aby uniknąć wyżej wymienionych wypadków, konieczne jest stosowanie śluz powietrznych o wysokim stopniu szczelności i ich wymiana w odpowiednim czasie, gdy tracą szczelność z powodu zużycia ściernego.
I – VZS;II – VRZM.
Rys. 2 Separatory pneumatyczne z zamkniętym obiegiem powietrza.
Przyczynami zakleszczania się śluz mogą być niewspółosiowość wirnika i obudowy spowodowana niedokładną obróbką lub zużyciem powierzchni osadzenia urządzenia, zużycie łożysk, zanieczyszczenia mineralne (piasek) między powierzchniami łączącymi wirnik i obudowę, a także duże formacje stałe w komorach wirnika. Szczególnie narażone na zużycie w elewatorach są śluzy z łożyskami ślizgowymi zaprojektowane do użytku w pneumatycznych systemach transportowych młynów, które przemieszczają produkty przemiału ziarna, które nie zawierają zanieczyszczeń mineralnych. W warunkach silnie ściernego pyłu z elewatora łożyska ślizgowe szybko się zużywają, doprowadzając śluzę do stanu awaryjnego. Przemieszczanie zasysanych produktów o wysokiej zawartości minerałów przez śluzy w elewatorach jest procesem naturalnym. Dlatego wnikanie cząstek stałych między łopatki wirnika a obudowę, co często prowadzi do ich zakleszczenia, jest nieuniknione. Prawdopodobieństwo to można jednak znacznie zmniejszyć. Zastosowanie separatorów pneumatycznych z zamkniętym obiegiem powietrza, takich jak VSZ i VSZM (rys. 2), do oczyszczania ziarna z lekkich zanieczyszczeń eliminuje potrzebę oczyszczania ogromnych ilości powietrza procesowego o wysokim stężeniu zanieczyszczeń, w tym zanieczyszczeń mineralnych. Objętości powietrza zasysanego są nieznaczne w porównaniu z objętościami powietrza procesowego, a pył w nich zawarty jest zazwyczaj drobny i nie powoduje zakleszczania wirnika. Tak więc zastosowanie separatorów pneumatycznych z zamkniętym obiegiem powietrza znacznie zmniejsza liczbę wymaganych cyklonów i filtrów, a także stwarza korzystne warunki dla działania śluz.
Pojawienie się dużych formacji stałych w komorze cyklonu i filtra jest spowodowane gromadzeniem się cząstek pyłu, kondensacją wilgoci i opadami atmosferycznymi. Aby zapobiec gromadzeniu się cząstek pyłu, należy zablokować działanie ATTS bez uruchamiania zasysania. Nawet gdy wentylator systemu zasysania jest zatrzymany, ze względu na procesy wyrzucania i konwekcji, strumienie zapylonego powietrza generowane przez urządzenia transportowe i procesowe przenikają do wnęki cyklonów lub filtrów przez kanały zasysające, tworząc tam osady pyłu. Zapobieganie gromadzeniu się osadów pyłu we wnęce cyklonu i filtra jest ułatwione dzięki prawidłowej procedurze uruchamiania i zatrzymywania urządzeń ATTS, a także poprzez czyszczenie wspomnianych urządzeń bezpośrednio przed uruchomieniem i bezpośrednio po zatrzymaniu. Podczas uruchamiania ATTS w trybie automatycznym, najpierw uruchamiane są śluzy powietrzne filtrów i cyklonów, po opóźnieniu do 30 sekund – urządzenie do regeneracji powierzchni filtra, następnie po opóźnieniu do 30 sekund – wentylator zasysający, a po pełnym uruchomieniu wentylatora – urządzenia transportowe i procesowe. Po wyłączeniu ATTS wszystkie powyższe urządzenia powinny zostać wyłączone w odwrotnej kolejności, z zachowaniem odpowiednich czasów. Izolacja termiczna kanałów powietrznych, obudów cyklonów i filtrów, zwłaszcza jeśli znajdują się one w otwartych przestrzeniach, pomaga zapobiegać kondensacji wilgoci. Aby uniknąć wycieków, cyklony i filtry powinny być bezpiecznie przykryte, a zewnętrzne kanały powietrzne powinny być solidnie uszczelnione.
Istnieją przypadki, w których powierzchnia wirnika jest szlifowana jako rozwiązanie eliminujące częste wyłączenia awaryjne z powodu zakleszczenia śluzy. Środek ten, choć prowadzi do pewnego zmniejszenia ryzyka zakleszczenia, powoduje znaczne zmniejszenie szczelności wrót śluzy powietrznej i opisane powyżej niedociągnięcia w działaniu cyklonu lub filtra.
Rys. 3 Wirnik z łopatami z wymiennymi elementami sprężystymi.
1 – łopata wirnika;
2 – wymienny element elastyczny.
W ostatnim czasie wielu producentów produkuje zasuwy śluzowe, w których wirnik składa się z łopatek z wymiennymi elementami sprężystymi (rys. 3). Takie zasuwy śluzowe nie wymagają stosowania odlewów żeliwnych i precyzyjnej obróbki skrawaniem, a gdy elementy elastyczne ulegną zużyciu, są wymieniane. Zasuwy o opisanej konstrukcji są tańsze i znacznie trwalsze od tradycyjnych. Zastosowanie elementów sprężystych zapewnia odporność na zakleszczanie się takich śluz w przypadku zanieczyszczeń mineralnych, choć czyni je bardziej wrażliwymi w przypadku dużych formacji stałych ze względu na zagrożenie pęknięciem elementów sprężystych i odkształceniem łopatek wirnika. Nasze testy wykazały, że stopień szczelności takich śluz jest znacznie gorszy od tradycyjnych. Konstrukcję śluz z elementami elastycznymi należy jednak uznać za obiecującą, choć o ograniczonym zakresie. Takie śluzy mogą być stosowane w przypadku gruboziarnistych relacji zasysania reprezentowanych przez resztki pożniwne, zepsute ziarna, nasiona chwastów itp. Taka mieszanina powinna być wolna od drobnych składników pyłowych, które stwarzają zagrożenie zawiesiną i przepływem wstecznym.
Jak wynika z powyższego, kluczem do niezawodnego działania śluz jako części cyklonów i filtrów workowych jest prawidłowe zaprojektowanie, rozmieszczenie i działanie podnośnika ATTS, stosowanie wysokiej jakości śluz, ich terminowa naprawa i wymiana.
