ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ И ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ МАШИНЫ НА ЗАВОДАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

РАСЧЕТ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТИРУЮЩИХ УСТАНОВОК

Исходными данными для расчета ПТУ являются: производи­тельность установки по цементу или другому материалу (Q Т/ч), Схема трубопровода с указанием■длины горизонтальных, верти­кальных и наклонных участков, а также расположение колен, задвижек, двухходовых зазоров.

Часовая производительность ПТУ определяется в зависимости от условий эксплуатации, а именно — выполняет ли установка законченную транспортную операцию или она входит в общую технологическую линию и ее производительность зависит от дру­гих машин. В первом случае производительность установки оп­ределяется по формуле (150), во втором случае часовая произво­дительность ПТУ определяется по максимальной производитель­ности технологической машины с гарантированным запасом в 10— 20% на случай более форсированного режима эксплуатации тех­нологической линии.

Ввиду того что трубопровод включает так называемые местные сопротивления (колена, двухходовые затворы), их заменяют экви­валентной по сопротивлению длиной прямых трубопроводов. - Значения длины трубопроводов, эквивалентных коленам, при­ведены в табл. 43.

Таблица 43

Значения длины трубопроводов, эквивалентных коленам

Значения в м при соотношении

Вид груз;)

^Пылевидный...............................

'Зерновой однородный.... .Мелкокусковой неоднородный Крупнокусковой неоднородный

Примечание. R — радиус кривизны колена; внутренний диа­

Метр трубы.

По данным ВНИИстройдормаша для цемента эквивалентную 'ну L3K для колена под углом 90° и — > 3 при горизонталь-

АТр

Расположении можно принимать 5 м, при вертикальном рас - ожении 8 м.

Двухходовой переключатель эквивалентен трубопроводу дли - 8 м (L3N = 8 м).

Приведенная длина трубопровода

Lnp - 4- • i- Z,L3N м, (252)

Где —' еумма длин горизонтальных участков в At;

— сумма длии вертикальных участков в At;

— сумма длин, экивалеитных коленам, в м

— сумма длин, эквивалентных переключателям трубо­проводов (двухходовым затворам), в м.

Многочисленными опытами установлено, что частица мате­риала, помещенная в восходящем потоке воздуха (рис. 146), ве­сом G Н, испытывает со стороны последнего давле­ние Т «, направленное в сторону движения по­тока.

Возникновение силы Т объясняется проявле­нием сил инерции потока (вследствие изменения направления его движения) и аэродинамического эффекта, заключающегося в том, что частицы воз­духа, встретив поверхность тела в точке а, дви­жутся по этой поверхности, изменяя направление своего движения, за точкой b частицы воздуха отрываются от поверхности тела, вследствие чего за точкой b образуется разрежение. Разность давлений в зонах Bab' и Bcb' определяет интен­сивность аэродинамического воздействия. Силой трения воздуха при обтекании частицы материала обычно пренебрегают [22]. Под влиянием силы

TOC o "1-3" h z, _ тяжести и силы воздействия потока частица будет Рис. 146. Схема п * "

Взаимодействия двигаться. Пренебрегая потерей в весе тела, по-

Воздушного по- мещенного в среду, уравнение движения тела

Тока и материала будет

T — н, (253)

Где —■ ускорение тела в м/сек1. Экспериментально установлено, что

Т = ^ (Ve — Uf кгс/м2, (254)

Где — коэффициент, зависящий от характера материала;

7в — плотность воздуха в кг! мъ G = 9,81 — ускорение силы тяжести в м! секг F — площадь миделева сечения в м2 (площадью миде - лева сечения называют площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную к скорости потока); —■ скорость воздуха в м! сек и — скорость тела в м! сек Va — и — относительная скорость воздуха в м! сек.

В зависимости от соотношения сил Т и G возможны три случая:

1) Т >> G, прн этом >> 0, тело движется вверх с некото­рым ускорением;

2) Т <CG, <С 0, тело движется с отрицательным ускоре­нием, т. е. падает вниз:

3) Т = G, - jjj --- 0, т. е., если тело не имело начальной ско­рости, то оно находится в покое.

Так как скорость воздушного потока практически всегда из­меняется в некоторых пределах, то, как показывают наблюдения, в вертикальной стеклянной трубе при Т ■ G частица колеблется относительно какого-то среднего положения, т. е. как говорят, «витает».

Скорость воздушного потока соответствующая этому со­стоянию, называется скоростью витания (при витании и = 0).

Вследствие разнообразной формы частиц перемещаемых ма­териалов тела неправильной формы условно заменяют «эквива­лентным шаром», имеющим тот же объем и вес. В этом случае формула (254) будет иметь вид

Ad3 . в яD2 ,0

Откуда

=УЩ^М1сек■ (256>

На основе экспериментальных данных для шара i|) = 0.23, тогда для тел шарообразной формы

0в= м! сек. (257)

Для тел другой формы

- с УЩ^ м/сек, (258)

Где с — коэффициент, зависящий от формы и крупности кусков (табл. 44); Ум — плотность материала в кг/ж3.

Чтобы материал мог двигаться, скорость воздуха в трубопро­Воде должна быть больше скорости витания

= nvs, (259)

Где п — коэффициент запаса больше единицы.

Движение частиц во взвешенном состоянии в горизонтальном ^Трубопроводе происходит за счет восходящих струй, возникаю­Щих при турбулентном движении потока.

Правильный выбор скорости движения воздуха имеет большое практическое значение, так как от этого зависит потребная произ­водительность компрессорной установки и, следовательно, рас­ход энергии на пневматическое транспортирование. Кроме того,

Завышение скорости дви­жения воздуха в трубопро­воде вызывает увеличение сопротивления сети тру­бопроводов и необходи­мость повышать давление, создаваемое компрессором, т. е. уменьшает эффек­тивность пневматической транспортирующей уста­новки.

Определить скорость движения воздуха в трубо­проводе теоретически труд­но из-за большого числа влияющих на нее факто­ров (размеры частиц и удельный вес транспор­тируемого материала, дли­на транспортирования, сте­пень концентрации материалов в трубопроводе). Поэтому при практических расчетах пользуются опытными данными. На рис. 147 приведен график зависимости скорости движения воздуха у выхода из трубопровода при транспортировании цемента от рас­стояния перемещения.

Для определения скорости движения воздуха применительно к участку с давлением, близким к атмосферному, т. е. у выпускного Отверстия в нагнетательных установках и у сопла всасывающих Установок (Ye ^ кг/м3), можно пользоваться формулой (27]

V<=aVim + BL«r М!Сек> (260)

Где а — коэффициент, учитывающий крупность частиц транспор тируемого материала (см. табл. 45); Ум — плотность материала в кг! м3.

В = (2н-5) 10-5 — коэффициент, учитывающий свойства ма­териала (меньшие значения В соответствуют транспорти­рованию сухих пылевидных грузов);

Lnj> — приведенная длина трубопровода в м.

Для всасывающих устройств в связи с небольшой длиной тру­бопровода обычно слагаемое BL2np в формуле (260) не учитывают.

Другим чрезвычайно важным параметром ПТУ является ве­совая концентрация — отношение весовой производительности ПТУ к весовому расходу воздуха

Qm

(261)

;£де ^ — коэффициент концентрации смеси.

Чем больше коэффициент концентрации, тем меньше расход оздуха, следовательно, с точки зрения экономичности установки елательно, чтобы концентрация была больше. Однако при чрез - ipHo высокой концентрации наблюдается закупоривание трубо - Роводов, особенно в местах закруглений, что нарушает нормаль - работу установки. Так как перемещение материала в ПТУ происходит за счет Вергии расширяющегося воздуха (давление по мере удаления от "Ьмпрессора падает), то естественно, что с увеличением расстояния анспортирования количество воздуха на одну тонну транспор - Груемого материала должно возрастать, т. е. с увеличением рас - Яння концентрация смеси уменьшается. Указанное подтверж - гся опытами. На рис. 148 приведен график для определения * ')ициента концентрации при транспортировании сыпучих ма - Риалов, которым можно пользоваться при ориентировочных..счетах. Для каждого типа питателей (винтового, камерного) .Введено по две кривых, соответствующих минимальному и мак­Альному значению ц. Верхнюю границу значений [г следует ^йрать для сухнх, легко сыпучих материалов большой плот­
Ности (удельного веса) (у„ — 2500-^3200 кг! м3), а нижнюю гра­ницу f-i — для материалов меньшей плотности, а также более влажных и абразивных.

Между скоростью движения воздуха в трубопроводе, коли­чеством подаваемого воздуха и диаметром трубопровода сущест­вует зависимость, определяемая из условия непрерывности струи (объемом порошка пренебрегаем),

Ltd2

Qe = 3600 ~ Veye кг/ч, (262)

Откуда диаметр трубопровода

D =' /aSSSSF. (263)

Давление воздуха, создаваемое компрессором и необходимое

Для движения потока с задан­ной скоростью, зависит от ха­рактера транспортируемого ма­териала, сопротивления трубо­провода при продувании чисто­го воздуха и весовой концен­трации смеси.

Для условий цементной про­мышленности в установках с винтовыми питателями можно принимать следующие величины давления воздуха в смеситель­ной камере винтового пита­теля:

Расстояние подачи в м до 100 от 100 от 200 от 300

До 200 до 300 до 700 Давление воздуха в апгн 2,0 2,5 2,5 3,5—4,0

Более детальный расчет трубопроводов можно производить по приведенной ниже методике[8].

Для горизонтального трубопровода при продувании чистого воздуха между давлением воздуха в начале трубопровода и в конце существует следующая зависимость:

Для нагнетательной установки

Рн = 10/». ]/L + ^ н! см -= 1 4 Xi7T%); <264>

Для всасывающей установки

Н! сж РК = Р,

Где Рн и Рк — давление в начале и конце трубопровода;

I — коэффициент сопротивления движению чистого воздуха;

D — внутренний диаметр трубопровода в м.

Опыты показывают, что указанные формулы применимы и к воз­душно-порошковому потоку, состоящему из двух фаз — газо­образной (воздух) и твердой (материал). Но значение коэффици­ента % будет уже другое. Коэффициент сопротивления в этом слу­чае зависит от концентрации

Смеси

8

X = Р)1. (266)

Коэффициент, опреде - g*}0~7

Ляемый опытным пу - «л/гг7

Тем, который зависит Q От величины

Рис. 149. График зависимости коэф­фициента р от S

Для определения р разработан график (рис. 149). Кроме сопротивлений в трубопроводе, необходимо учитывать потерн давления в связи с подъемом материала на высоту H в м:

ЬУвУ Ю4

Где H — высота подъема в м

Ув — 1,6ч-2 кг/м3 — удельный вес воздуха в трубопроводе на­гнетательной установки; для всасывающей установки Ye ^ 1 кг/л3; i —- коэффициент смеси.

В нагнетательных установках Рк ^ 10 н! см2 (1 кгс! см2), а во .всасывающих Рн & 10 н/см2 (1 кгс/см2); X, — рщ поэтому формулы (264) и (265) при движении по трубопроводу смеси воздуха и мате­риала примут вид:

Для нагнетательных ПТУ

± 10 Ph н1смг Рн =

Для всасывающих ПТУ

10 |/ ЮР/, н! см

[рк - ]/1 - ^f^ ± Л* ) . (270)

Давление Рм> создаваемое компрессором, должно быть больше вычисленного по формуле (269)

Р» = ъРнЛ Рв н/см2 (271)

Где а = 1,15ч-1,25—коэффициент, учитывающий падение дав­ления в питателе; Рв -- 2-4-3 н/см2 (0,2-н0,3 кгс/см2) падение давления в возду­хопроводе (от компрессора до питателя). Мощность двигателя компрессора

"'--Mm™- К = <272>

Где Ам — работа, затрачиваемая на сжатие 1 м3 воздуха, зави­сящая от характера процесса сжатия в воздуходувной машине (изотермическое, адиабатическое hjjh поли­тропическое); V0 — производительность компрессора в м*/мин Г| = 0,55-^0,75 — общий к. п. д. компрессора. При изотермическом сжатии

Ам -: 230 ЗООР0 Ig ^ ^, ( Ам := 23 030Ро lg ^ , (273)

Где Р0 ~ Ю н/см3 (1 кгс/смг) атмосферное давление.

Пример. Определить основные параметры пневматической транспортной установки с винтовым питателем для подачи цемента от мельниц в силосы. Про­изводительность 60 т/ч плотность цемента = 3100 кг/м3; плотность воз­духа ув = 1.2 кг/м3.

Схема трубопроводов показана на рис. 150. Максимальный размер частиц (случайно попавших) D — 10 мм трубопровод состоит из трех горизонтальных участков L'Z = 30 м, Le = 100 м и L^ = 100 м, вертикального участка Le ~ 25 м И включает три колена, а также два двухходовых затвора (переключатели трубо­проводов). По табл. 44 находим L3K = 10 .и, L3N принимаем 8 м. Приведенная длина трубопровода

LnP = + + ЯЬк + S^m = 230 + 25 + 30 + 16 = 301 .и. Скорость витания

Пгл~1/~28Мм пРЛ и F28,4-0,01 -3100 ,

Us = 0,64 у —у-^ — 0,64 у ------------------------------------------- = 17 м/сек.

По графику (рис. 147) определяем действительную скорость в трубопроводе Ve — 26 м/сек.

256

Отношение скорости воздуха к скорости витания

„ 26 1 R

П = — = J - = 1,Ь.

Ws 17

По графику (рис. 147) находим весовой коэффициент смеси ц = 27. Определяем количество воздуха

QJi= 60000 = 2200 Ц 27

Диаметр трубопровода

4-2200

0,152 « 150 мм.

3600л Ye f 3600-3,14.28-1,2 Потеря давления от подъема материала на высоту La — 25 я при плотности воздуха в трубопроводе у — 2 кг/м3 будет

25-2.27 Ю4

27.301-26» D ~ 0,15 " ' По графику (рис. 149) для этого значения s находим Р 3*10~7. Давление воздуха в начале трубопровода (смесительная камера винтового Питателя):

Л, =

3-10~7'27-301-26- 0,15

Нвнеси1

Давление компрессора

Рм = аРн Рв = 4,0-1,2 + 0,2 — 5 кгс/см-.

Работа, затрачиваемая на сжатие 1 л<3 воздуха до 5 кгс/см-, равняется

AM = 23 030P0]g^= 23 030 Lg « 15 000 кге-м/м*.

Г О 1

Производительность компрессора

Qg 2200 3/

Мощность двигателя компрессора при I] = 0,7

И А"У 15 000.30 1ПС

N* = 60.102т| 60.102-0,7 = 105 ^

По таблЛ42 принимаем винтовой питатель с винтом диаметром 200 мм.

По графику (см. рис. 139) определяем мощность двигателя питателя N = = 85 кет. Общая мощность двигателей ПТУ

Мобщ = N + NM = 85 + 105 = 190 кет.

Расход энергии на транспортирование 1 т цемента

. Мобщ 190 . „ Ауд = -Q- = -Gg- ** 3,2 квт-ч/т.

Следует иметь в виду, что теоретический расчет ПТУ даже с учетом практических коэффициентов носит приближенный ха­рактер; поэтому после монтажа и пуска установки необходим не­который регулировочный период, в течение которого должно быть установлено опытным путем наивыгоднейшее давление и ко­личество поступающего воздуха. Как правило, путем тщательной регулировки удается значительно повысить техиико-экоиомиче - ские показатели ПТУ по сравнению с расчетными.