книги / Проектирование оборудования для производства целлюлозы и древесной массы. Транспортирующие машины

4. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ТРАНСПОРТНЫ Е

УСТАНОВКИ

Пневматические транспортные установки применяют для переме­ щения насыпных (пылевидных, порошкообразных, зернистых, мелкокус­ ковых) и единичных грузов, упакованных в капсулы и патроны. В целлю­ лозно-бумажной промышленности пневмотранспорт используется для транспортирования технологической щепы, опилок, извести, и других на­ сыпных грузов.

Насыпной груз перемещается в виде аэросмеси за счет разности давлений в начале и конце трубопровода. Разность давлений в трубопро­ воде создается вакуум-насосами (всасывающие установки) или компрес­ сорами (нагнетательные установки).

Аэросмесь характеризуется коэффициентом массовой концентра­

ции:

где QM- массовая производительность, кг/с; Qe - массовый расход воздуха, кг/с.

Перемещение аэросмеси за счет разности давлений в трубопроводе обеспечивается только при определенной скорости воздуха, называемой критической, то есть наименьшей скоростью потока, при которой груз не скапливается в трубопроводе. На процесс транспортирования оказывают влияние следующие свойства грузов: сыпучесть, размер частиц, плот­ ность, коэффициент внутреннего трения и трения о твердые поверхности, влажность, слеживаемость, абразивность, угол естественного откоса. На­ пример, грузы с повышенной влажностью могут слеживаться и прилипать к стенкам трубопроводов и других элементов установок, закупоривая их.

Производительность пневмотранспортных установок достигает 400 т/ч, расстояние транспортирования до 4 км. Основными достоинства­ ми пневматического транспорта являются:

герметичность трассы перемещения груза; механизация загрузки и разгрузки; возможность перемещения грузов по сложной трассе;

сосредоточенность машинного оборудования в одном месте; возможность сочетания транспортирования с технологическими процессами, например охлаждением, сушкой, сортированием.

Кнедостаткам пневмотранспорта относится: высокий удельный расход энергии; относительно высокий уровень шума;

интенсивное изнашивание трубопроводов (особенно на поворот­

ных участках).

Пневматический транспорт эффективен при транспортировании гру­ зов с размерами частиц от 10 мкм до 80 мм. При транспортировании тон­ кодисперсных и порошковых грузов с размерами частиц меньше 10 мкм усложняется их отделение в конечном пункте от выпускаемого воздуха из трубопровода. Транспортирование груза с размерами кусков более 80 мм связано с большими энергетическими потерями.

Пневмотранспортные установки по принципу действия разделяют на три вида.

1.Перемещение груза по трубопроводу в потоке воздуха во взве­ шенном состоянии ( /х= 100).

2.Перемещение груза с высокой концентрацией по трубопроводу

(д = 200...600).

3. Перемещение груза по наклонному желобу под действием силы тяжести ( ц = 60... 150).

4.1. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ТРАНСПОРТНЫ Е

УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩ ЕНИЯ ГРУЗА

ВО ВЗВЕШ ЕННОМ СОСТОЯНИИ

Пневматические транспортные установки разделяют на всасываю­ щие, нагнетательные и всасывающе-нагнетательные (смешанные).

4.1.1. Всасывающая установка

Во всасывающей установке (рис. 4.1,а) вакуум-насос б создает раз­ ряжение в пневматической системе. Воздух вместе с грузом под действи­ ем атмосферного давления засасывается через сопло 1 из бункера в тру­ бопровод 2 и поступает в осадительную камеру 3. В осадительной камере груз отделяется от потока воздуха и накапливается в её нижней части. Воздух с мелкой пылью из осадительной камеры направляется в фильтр 4, где очищается и, пройдя вакуум-насос б, выбрасывается в атмосферу. Груз из осадительной камеры и фильтра выгружается через затворы 5. Затворы пропускают груз и препятствуют проникновению воздуха из атмосферы.

Рис. 4.1. Схемы установок пневматического транспорта дач транспортирования груза во взвешенном состоянии:

а - всасывающая; б - нагнетательная; в - всасывающе-нагнетательная

Всасывающие установки применяют для легких сыпучих грузов при перемещении их на небольшие расстояния. Перепад давлений во всасывающих установках невысокий (0,004...0,005 МПа).

4.1.2.Нагнетательная установка

Внагнетательной установке (рис. 4.1,6) сжатый воздух от компрес­ сора 7 поступает в смесительную камеру 10, в которую через питатель (за­ твор) 5 подается груз. В камере груз интенсивно перемешивается с возду­ хом и через транспортный трубопровод 2 поступает в отделители 3 на местах разгрузки. Для переключения потока с одного отделителя на дру­ гой в транспортном трубопроводе устанавливают переключатели 8. Отра­ ботанный воздух, пройдя фильтр, выбрасывается в атмосферу.

Нагнетательные установки применяются для транспортирования грузов на большие расстояния. Давление в установках достигает 0,6 МПа.

4.1.3. Всасывающе-нагнетательная установка

Всасывающе-нагнетательная установка (рис. 4.1,в) состоит из двух частей: всасывающей, забирающей груз, и нагнетательной, транспорти­ рующей его к месту разгрузки. Груз, засасываемый соплом 1, поступает по трубопроводу 2 в отделитель 3, который соединен с питателем 5. Воздух из отделителя 3, прошедший через фильтр 4, подается всасывающенагнетательной воздуходувной машиной 6 в смесительную камеру пита­ теля 5, смешивается с грузом и направляется к месту разгрузки в отдели­ тель 9. Груз может забираться из нескольких загрузочных мест и пода­ ваться в ряд пунктов.

Всасывающее-нагнетательные установки применяют при обеспыли­ вании технологических аппаратов, а также в качестве перегружающих устройств, когда необходимо совмещать две операции: забор груза из бун­ кера (кучи) и подачу его по вертикали.

Основное механическое оборудование пневмотранспортных устано­ вок состоит из трубопроводов с арматурой, воздуходувных машинных пи­ тателей (затворов), всасывающих насадок, струйных аппаратов, сопл, от­ делителей и фильтров. Конструкции, устройство и выбор механического оборудования подробно рассмотрены в [1, 2, 3].

4 .2 . ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПНЕВМ АТИЧЕСКИХ

ТРАНСПО РТНЫ Х УСТАНОВОК

Исходными данными при расчете пневмотранспортных установок являются производительность QMi т/ч, или V, м3/с, длина и конфигурация трубопровода, физико-механические свойства насыпного груза.

Пневматическое транспортирование в зависимости от вида груза имеет разную массовую концентрацию аэросмеси. В вентиляционных (ас­ пирационных) системах массовая концентрация аэросмеси д обычно на­ ходится а пределах от 1 до 5, в системах нагнетательного пневмотранс­ порта д = 8...60, а при транспортировании аэрированными потоками в за­ висимости от условий д = 60... 150.

На выбор величины д влияют вид питателей (затворов), приведенная длина трубопроводов, сыпучесть и слеживаемость грузов. Энергоемкость пневмотранспорта возрастает с уменьшением массовой концентрации. Принимать пониженную массовую концентрацию нецелесообразно. Оп­ тимальные значения коэффициента массовой концентрации в зависимости от расстояния транспортирования приведены на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Зависимость коэффициента массовой концентрации д от расстояния транспортировки

Сопротивление движению аэросмеси по трубопроводу, а, следова­ тельно, и давление в начале нагнетательного трубопровода тем выше, чем больше приведенная длина трубопровода L^. Общая длина трубопровода (см. рис 4.1) складывается из длин горизонтальных, вертикальных и кри­ волинейных участков трубопровода.

На криволинейных участках трассы (колено, отводы, переключения и др.) создаются дополнительные сопротивления прохождению аэросмеси. Колена условно заменяют эквивалентными прямолинейными участками L3K с соответствующими потерями давления. Эквивалентные длины колен, имеющих угол 90°, приведены в табл. 4.1. Для двухходовых переключений эквивалентная длина переключателя Ьжп «8 м.

Таблица 4.1 Значения длин трубопроводов Ьэк и коэффициента и

R - радиус закругления колен; dm- диаметр трубы;

и - коэффициент, учитывающий наибольший размер частиц груза.

Устойчивое транспортирование аэросмеси возможно лишь при ско­ рости воздуха, при которой частицы материала находятся во взвешенном состоянии и колеблются около какого-то среднего положения. Такое явле­ ние называют витанием частиц. Скорость воздушного потока, при кото­ ром наблюдается витание частиц, называют скоростью витания V5. Для надежного транспортирования необходимо, чтобы скорость воздуха К* = (1,3... 1,5) Vs. Уменьшение скорости может привести к пробкам (зава­ лам) груза в трубопроводе при изменении режима транспортирования.

Скорость воздуха в трубопроводе изменяется обратно пропорцио­ нально его давлению. В пневмотранспортных установках давление уменьшается от начального участка трубопровода к конечному участку по направлению движения аэросмеси, и скорость соответственно возрастает. Переносная способность струи воздуха пропорциональна его плотности и квадрату скорости. На начальном участке трубопровода, где воздуху со­ общается начальная скорость, переносная способность струи меньше, чем на последующих участках. В связи с этим, скорость воздуха должна опре­ деляться на выходе из трубопровода нагнетательной установки и у сопла всасывающей установки.

Для установок, давление которых в указанных выше местах близко к атмосферному, скорость воздуха определяется по формуле

где Е1г, XZeсуммарная длина горизонтальных и вертикальных участков трубопровода, соответственно;

LL3K- суммарная эквивалентная длина колен трубопровода; LL3Kп - суммарная эквивалентная длина переключателей.

Расход воздуха Ve, м3/мин, определяется по формуле

*3,6 ршМ ’

где рв - плотность воздуха; рв = 1 кг/м3 для всасывающей установки, рв = 1,2 кг/м3 для нагнетательной установки.

Массовая концентрация смеси д зависит от типа пневмотранспортной установки. Во всасывающих установках значение д принимается от 1 до 5. Для нагнетательных установок д определяют в зависимости от вида питателя (дозатора) (см. рис. 4.2). Большие значения д принимают для сухих, легко сыпучих грузов большой плотности рг = 2,5..3,5 т/м3, а мень­ шие - для влажных и абразивных грузов меньшей плотности.

Внутренний диаметр трубопровода рассчитывается по формуле

По внутреннему диаметру dmс учетом абразивности транспортируе­ мого материала выбирают стандартную трубу по ГОСТ 8732-70.

Давление воздуха в МПа в трубопроводе определяется й зависимо­ сти от типа пневмотранспортной установки:

- для нагнетательных установок давление в начале трубопровода рн

- для всасывающих установок разрежение в конце трубопроводар в

где /3 - коэффициент, учитывающий свойства груза; рн - потеря давления на подъем массы столба аэросмеси, МПа.

В формуле (4.6) перед p h знак (+) относится к движению аэросмеси вверх, а знак (-) к движению вниз; а в формуле (4.7) знак (+) относится к движению аэросмеси вниз, а знак (-) к движению вверх.

Для всасывающих установок опытный коэффициент /3 = 1,5-10"7, для нагнетательных установок /3 = (2...5) *10~5, где меньшее значение принимается для пылевидных грузов [4] или /3 принимают в зависимости от величины S= p L np Vg fd m (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Зависимость коэффициента /3 от величины S

Для высоконапорных установок потеря давления на подъем массы столба аэросмеси

где Ьв- длина вертикального участка трубопровода, м; g - ускорение силы тяжести; g = 9,81 м/с2;

Рд- средняя плотность воздуха на длине вертикального участка тру­

где а - коэффициент, учитывающие уменьшение давления в питателе; а= 1,15...1,25;

Др в —уменьшение давления в воздухопроводе от компрессора до пита­ теля; Др* = (0,02...0,03) МПа.

Тип компрессора выбирают в зависимости от требуемой производи­ тельности и необходимого давления или разрежения с учетом утечек воздуха.

Потребная мощность двигателя определяется по формуле

где Ам- изотермический коэффициент, Дж/м3; кв- коэффициент, учитывающий утечки воздуха; кв = 1,1... 1,15; rj - общий КПД машины; rj = 0,55...0,75.

Для компрессоров, работающих в изотермическом процессе сжатия,

где р0- атмосферное давление; р 0 = 0,1 МПа.

Для вакуум-насосов значение Ам принимают в зависимости от дав­ ления в воздухопроводе рм по табл. 4.2.

Исходные данные

Транспортирующий материал цемент плотностью д,= 3,2т/м3 Производительность QM= 180т/ч

Суммарная длина участков трубопровода: Е£г = 226 м, Е1в= 55 м Коэффициент, учитывающий наибольший размер частиц груза, v = 12 Радиусы закругления колен R = 2 м

Переключатели - 2 пгг., колена - 6 шт.

Расчетная схема пневматической транспортной установки приведена на рис. 4.4 [12].

Определяем приведенную длину трубопровода. Предварительно при­ нимаем диаметр трубопровода dm= (0,2...0,3)м

Ш т= 2/f0,2...0,3J = 10...6,7; R/dm> 3.

U 5

В трассе трубопровода имеется три горизонтальных и три верти­ кальных колена, аэросмесь подходит через два переключателя, следова­ тельно

Ьщ, = IL i + IL e + И ,г + ЕL,K+ Ш,„.„ = 226 + 55 + (3-5 + 3-8)+2-8 = 336 м.

Скорость воздуха

V,= и4(Гг + р 1 2пр = 1 2 Д 2 + 3-10‘5 -3362 = 25 м /с .