Акустическая очистка

Акустическая очистка — это метод обслуживания, используемый в системах обработки и хранения материалов , которые обрабатывают сыпучие гранулированные или твердые материалы , такие как зерновые элеваторы , для удаления скоплений материала на поверхностях. Акустический очистительный аппарат, обычно встроенный в оборудование для обработки материалов, работает, генерируя мощные звуковые волны , которые стряхивают твердые частицы с поверхностей, уменьшая необходимость в ручной очистке.

Акустический очиститель состоит из источника звука, похожего на воздушный гудок , который можно найти на грузовиках и поездах, прикрепленный к оборудованию для обработки материалов, который направляет громкий звук в салон. Он питается сжатым воздухом, а не электричеством, поэтому нет опасности искрообразования, которое может вызвать взрыв. Он состоит из двух частей:

• Акустический драйвер. В драйвере сжатый воздух, выходящий через диафрагму, заставляет ее вибрировать, создавая звук. Обычно он изготавливается из цельной обработанной нержавеющей стали . Диафрагма, единственная подвижная часть, обычно изготавливается из специального титана аэрокосмического класса для обеспечения производительности и долговечности.
• Колокол, расширяющийся рог, обычно изготавливается из нержавеющей стали марки 316. Колокол служит резонатором звука , а его расширяющаяся форма эффективно связывает звук с воздухом, увеличивая громкость излучаемого звука.

Общая длина акустических очистителей-рупоров составляет от 430 мм до более 3 метров. Устройство может работать в диапазоне давлений от 4,8 до 6,2 бар или от 70 до 90 фунтов на квадратный дюйм. Результирующий уровень звукового давления составит около 200 дБ.

Обычно существует 4 способа управления работой акустического очистителя:

• Наиболее распространенным является простой таймер.
• Диспетчерское управление и сбор данных (SCADA)
• Программируемый логический контроллер (ПЛК)
• Вручную с помощью шарового крана

Акустический очиститель обычно звучит в течение 10 секунд, а затем ждет еще 500 секунд, прежде чем зазвучать снова. Это соотношение для включения/выключения приблизительно пропорционально сроку службы диафрагмы. При условии, что рабочая среда находится в диапазоне от −40 °C до 100 °C, диафрагма должна прослужить от 3 до 5 лет. Генератор волн и колокол имеют гораздо более длительный срок службы и часто переживают среду, в которой они работают. ^[1]

Старые колокола, которые были сделаны из чугуна, были подвержены ржавчине в определенных средах. Новые колокола, сделанные из 316 spun steel, не имеют проблем с ржавчиной и идеально подходят для стерильных сред, таких как в пищевой промышленности или на фармацевтических заводах.

Акустическая очистка началась в начале 1970-х годов с экспериментов с использованием корабельных гудков или сирен воздушной тревоги . Первые акустические очистители были сделаны из чугуна . С 1990 года технология стала коммерчески жизнеспособной и начала использоваться в сухой обработке, хранении, транспортировке, производстве электроэнергии и обрабатывающей промышленности. Последняя технология использует 316 крученую нержавеющую сталь для обеспечения оптимальной производительности.

Большинство акустических очистителей работают в диапазоне звуковых частот от 60 Гц до 420 Гц. Однако некоторые работают в инфразвуковом диапазоне, ниже 40 Гц, что в основном ниже диапазона человеческого слуха, чтобы соответствовать строгим требованиям контроля шума . Существуют три научные области, которые сходятся в понимании технологии акустической очистки.

• Распространение звука. Это связано с пониманием природы звуковых волн, того, как они изменяются и как они взаимодействуют с окружающей средой.
• Математика окружающей среды. Материаловедение , поверхностное трение , расстояние и площади, знакомые инженеру-механику.
• Химическая инженерия . Химические свойства порошка или вещества, подлежащего расслаиванию. Особенно самоклеящиеся свойства порошка.

Акустический очиститель создаст ряд очень быстрых и мощных колебаний давления, вызванных звуком, которые затем передаются в твердые частицы золы, пыли , гранул или порошка. Это заставляет их двигаться с разной скоростью и отрываться от соседних частиц и поверхности, к которой они прилипли. После того, как они будут отделены, материал упадет под действием силы тяжести или будет унесен потоком технологического газа или воздуха.

Ключевыми характеристиками, которые определяют, будет ли акустический очиститель эффективен для любой данной проблемы, являются диапазон размеров частиц, содержание влаги и плотность частиц, а также то, как эти характеристики будут меняться с температурой и временем. Обычно идеальными являются частицы размером от 20 микрометров до 5 мм с содержанием влаги ниже 8,5%. Верхние пределы температуры зависят от температуры плавления частиц, а акустические очистители использовались при температурах выше 1000 °C для удаления зольных отложений в котельных установках.

Важно, чтобы рабочие частоты соответствовали требованиям. Более высокие частоты могут быть направлены точнее, в то время как более низкие частоты будут передаваться дальше и обычно используются для более жестких требований. Типичный выбор доступных частот будет следующим:

• 420 Гц для небольшого акустического очистителя, который может использоваться для устранения засоров у основания силоса.
• Частота 350 Гц будет более мощной, и эту частоту можно использовать для устранения скоплений материала в вентиляторах тяги (вытяжных вентиляторах), фильтрах, циклонах, смесителях, сушилках и охладителях.
• 230 Гц. На этой частоте мощность достаточна для использования в большинстве случаев генерации электроэнергии .
• 75 Гц и 60 Гц. Это, как правило, самые мощные акустические очистители, которые часто используются в больших емкостях и силосах .

Внедрение акустических очистителей стало значительным улучшением во многих областях охраны здоровья и безопасности . Например, при очистке силосных башен предыдущие решения, как правило, были навязчивыми или разрушительными. Воздушные пушки, сажеобдувочные машины , внешние вибраторы, молотки или дорогостоящий доступ человека — все это заменено неинвазивными звуковыми рожками. Акустический очиститель не требует простоя и будет работать во время обычного использования объекта. Если рассмотреть пример очистки силосных башен немного дальше, то есть две типичные проблемы.

Это происходит, когда силос блокируется на выходе. Раньше проблема решалась путем ручной очистки снизу силоса, что в свою очередь создавало значительный риск падения материала при очистке засора. Акустический очиститель может работать сверху силоса через материал на месте, чтобы очистить засор у основания.

Уплотнение на боковой стороне силоса. Это не только уменьшает рабочий объем в силосе, но и ставит под угрозу контроль качества, нарушая цикл «первый пришел — первый вышел». Более старый материал, уплотненный на боковой стороне силоса, также может начать деградировать и выделять опасные газы. Акустический очиститель будет производить звуковые волны, которые заставят уплотненный материал резонировать с другой скоростью по сравнению с окружающей средой, что приведет к отслоению и зазору.

• Повторное использование во время работы означает меньшее количество незапланированных отключений.
• Улучшение потока материалов за счет устранения зависаний, блокировок и заторов.
• Минимизация перекрестного загрязнения за счет обеспечения полного опорожнения окружающей среды.
• Улучшение очистки и снижение рисков для здоровья и безопасности.
• Повышение энергоэффективности. Уменьшение накопления на поверхностях теплообмена приводит к снижению потребления энергии.
• Продлевается срок службы растений. Избегаются агрессивные режимы очистки.
• Простота эксплуатации. Легко автоматизировать гудки либо через регулярные интервалы, либо привязать звучание к изменениям в окружающей среде, таким как давление или скорость потока.
• Что важно, они изначально предотвращают возникновение проблемы скопления материала.

Эти преимущества означают, что финансовая окупаемость зачастую наступает очень быстро.

Также можно напрямую сравнивать акустические очистители с альтернативными решениями.

• Воздушные пушки . Они хорошо зарекомендовали себя, но дороги и имеют ограниченное покрытие, поэтому требуют покупки нескольких единиц. Они также шумят и имеют высокий расход сжатого воздуха.
• Вибраторы. Их легко установить в пустой силос, но они могут вызвать повреждение конструкции, а также способствовать уплотнению порошка.
• Низкофрикционные накладки. Они очень тихие, но дороги в установке. Также они подвержены эрозии и могут загрязнять окружающую среду или продукт.
• Надувные подушки и вкладыши. Опять же, их легко установить в пустом силосе. Они помогают наращиванию боковой стенки, но не влияют на образование мостов. Их также трудно обслуживать, и они могут вызывать уплотнение.
• Флюидизация через одностороннюю мембрану. Это может помочь уже уплотненному материалу. Однако они дороги и сложны в установке и обслуживании. Они также могут способствовать механическому взаимодействию и образованию мостов.

• Котлы . Очистка поверхностей теплообмена.
• Электрофильтры . Акустические очистители используются для очистки бункеров, поворотных лопаток, распределительных пластин, собирающих пластин и электродных проводов.
• Пароперегреватели , экономайзеры и воздухоподогреватели.
• Воздуховодные работы.
• Фильтры. Акустические очистители используются на обратных воздушных, импульсных струйных и вибрационных фильтрах. Они эффективны для снижения перепада давления на поверхности сбора, что увеличивает срок службы мешка и предотвращает засорение бункера. Как правило, они могут полностью заменить как обратные воздушные вентиляторы, так и вибрационные фильтры и значительно снизить потребность в сжатом воздухе на импульсных струйных фильтрах.
• Вентиляторы ID. Акустическая очистка помогает обеспечить равномерную схему очистки даже для недоступных частей вентилятора. Это сохраняет равновесие вентилятора.
• Входное отверстие печи . Акустические очистители помогают предотвратить скопление частиц на входном отверстии печи , что сводит к минимуму образование носового кольца.
• Механические предварительные коллекторы. Акустические очистители помогают предотвратить образование отложений вокруг крыльчаток и между трубками.
• Мельницы. Акустические очистители помогают поддерживать поток материала, а также предотвращают засоры в силосах предварительного помола. Они также помогают предотвратить накопление материала в сепараторах и вентиляторах ниже по потоку.
• Планетарные охладители. Акустические очистители помогают предотвратить образование мостиков и обеспечивают полную эвакуацию.
• Фильтр. Акустические очистители помогают очищать вращающиеся лопатки, распределительные пластины, собирающие пластины и электродные провода. Они могут либо помогать, либо заменять механические системы встряхивания. Они также предотвращают накопление частиц в нижних бункерах, что в противном случае привело бы к резкому повышению непрозрачности.
• Подогреватели. Используются в башнях, газовых стояках, циклонах и вентиляторах.
• Грузовые трюмы судов. Используются как для очистки, так и для деаэрации текущих грузов.
• Силосы и бункеры . Для предотвращения застревания и образования крысиных нор.
• Статические циклоны. Акустические очистители будут работать как внутри циклона, так и с соответствующими воздуховодами.

• Ультразвуковой очиститель — очистка с использованием более высоких частот, чем в акустических очистителях.
• Звуковые воздуходувки для удаления сажи
• Ультразвуковой гомогенизатор

Медиа, связанные с акустическими очистителями на Wikimedia Commons