Расчет пневмотранспортных установок

Исходные данные.Для проектирования пневмотранспортной уста­новки даются схема трассы установки, производительность однотруб­ной установки или производительности материалопроводов (для разветвленных установок), род груза (грузов), подлежащего транспор­тированию.

Расчет установок всасывающего типа при низких концентрациях смеси.Важным этапом при проектировании пневмотранспортных уста­новок является прокладка трассы. Если это возможно, трасса должна соединять места загрузки и выгрузки по кратчайшим расстояниям с минимальным числом отводов и горизонтальных участков.

Расчет сводится к определению основных параметров установки, к которым относят: скорость и расход воздуха в материалопроводах; расходные концентрации в них; потери давления в материалопрово-дах и во всей установке; суммарный расход воздуха во всей установ­ке. В процессе расчета основных параметров подбирают элементы уста­новок, а в заключение выбирают воздуходувную машину.

При проектировании установок внутрицехового пневматического транспорта мукомольных заводов чаще всего задают суточную произ­водительность технологических линий. В этом случае при определе­нии расчетной производительности G_T проектируемой установки необходимо учитывать неравномерность работы линии в течение суток, т. е.

(6.1)

где к_н — коэффициент неравномерности, задаваемый условиями технологического процес­са; G_c — суточная производительность, т/сут; t_M — время работы линии в течение суток, ч.

Для зерноочистительных отделений мукомольных заводов коэф­фициент неравномерности следует принимать: для транспортных линий до бункеров второго отволаживания k_н = 1,2 и для линий, обслуживающих машины после второго отволаживания, к_н = 1,1. Для линий в размольных отделениях при определении расчетной производительности необходимо руководствоваться количественным балансом помола зерна:

(6.2)

где G_бал — количество продукта (по балансу), поступающее в материалопровод пневмо-транспортной установки, т.

Расчет пневмотранспортных установок низкого и среднего давле­ния основывается на допущении неизменности плотности воздуха, т. е. р_в = const = 1,2 кг/м³. В этом случае скорость воздуха в материало-проводе - величина постоянная.

Ниже изложена методика расчета.

Принимают величину коэффициента массовой концентрации η.

При проектировании пневмотранспортных установок, предназна­ченных для перемещения продуктов мукомольно-крупяного произ­водства, обычно принимают η=4...6, причем надо отметить, что боль­шие значения η следует брать для грузов с большой насыпной плот­ностью; для легких грузов, например вспученной кукурузы, прини­мают η= 0,5... 1,0.

Находят расчетную скорость воздуха (м/с) в материалопроводе:

(6.3)

где К₃ — коэффициент запаса (К₃ = 1,5); v_вит — скорость витания частиц груза, подлежаще­го транспортированию, м/с (приложение 16).

Определяют требуемый расход воздуха (м³/с) в материалопроводе:

(6.4)

где G_T — массовый расход сыпучего груза (расчетная производительность), кг/с.

По полученным значениям Q и v определяют диаметр материало-провода (м):

(6.5)

и округляют до ближайшего большего по стандарту.

По принятому значению диаметра материалопровода и скорости v пересчитывают Q и m(ню). Используя уточненное значение расхода воздуха в зависимости от типа установки, подбирают отделитель, а с учетом подсосов в нем и расхода воздуха в материалопроводе - пылеотдели-тель. На основе практики эксплуатации действующих пневмотранс-портных установок принимают следующие значения величин подса­сываемого в отделитель воздуха: при Δр до 5 • 10³ Па ΔQ_д = 20м^З/ч; при Δр до 1 • 10⁴ Па ΔQ_д = 40 м³/ч и при Δр до 15 • 10³ Па ΔQ_д = 60 м³/ч.

Рассчитывают диаметр воздухопроводов вентиляционной части установки с учетом того, что скорость воздуха в них не должна пре­вышать 10...12 м/с.

Потери давления в пневмотранспортере (Па)

(6.6)

Потери давления в приемном (загрузочном) устройстве

(6.7)

где ξ_пр коэффициент сопротивления приемного устройства; v_пр — скорость воздуха в приемном устройстве, м/с.

Значения коэффициента ξ_пр для:

Скорость воздуха в приемном устройстве

где А и А_np — площади поперечного сечения материалопровода и трубы приемного устройства, м².

Потери давления на разгон (в Па) для продуктов размола зерна

где М — экспериментальный коэффициент для грубых продуктов (зерно, продукты I, II, III и IV драных систем, 1-й и 2-й шлифовочных систем, крупка), М = 0,324; для мягких про­дуктов (все остальные продукты размола, мучка, отруби) М = 0,35.

Потери давления на трение (Па) при движении аэросмеси для зерна и продуктов размола

где Δ р_в — потери давления на трение при движении в материалопроводе чистого воздуха;

здесь λ— коэффициент гидравлического сопротивления:

здесь К — абсолютная шероховатость поверхности материалопровода; К = 0,1 • 10³ м; К_в и

К_Г — экспериментальные коэффициенты:

тут А_в, А_Г — опытные коэффициенты; для грубых (кроме зерна) А_в = 240 и для мягких продуктов размола А_в = 160; для зерна А_Г = 150, для грубых продуктов размола А_Г = 135 и для мягких продуктов размола А_Г - 110.

Коэффициент К_в для зерна принимают равным 0,55...0,8 для мате­риалопровода диаметром 100...180 мм и скоростей воздуха 22...25 м/с. Потери давления в отводе

где Δр_{от. в} — потери давления в отводе при движении чистого воздуха, Па; k_от — опытный коэффициент; Δ р'_р — потери давления на восстановление скорости груза после отвода, Па;

Потери давления в отводе при движении чистого воздуха

Опытный коэффициент

где В и т — экспериментальные коэффициенты (табл. 6.13); R — радиус закругления отвода, м.

Потери давления на восстановление скорости после отвода (в Па)

где Δ_от , Δ_у — коэффициенты, зависящие от величины центрального угла отвода, отноше­ния радиуса отвода к диаметру материалопровода и длины прямолинейного участка за отводом (рис. 6.15, ).

Потери давления на подъем груза в вертикальных и наклонных материалопроводах

где H — высота подъема груза или расстояние по вертикали от точки приема груза до входа в циклон-разгрузитель, м.

Разгрузитель подбирают по количеству поступающего в него воздуха Q_цр и скорости воздуха v_цр во входном патрубке циклона-раз­грузителя.

Скорость воздуха (м/с) во входном патрубке циклона-разгрузите­ля следует принимать равной:

Потери давления в отделителе

После определения потерь давления в основных элементах уста­новки проводят гидравлический расчет вспомогательных элементов установки.

Потери давления (Па) во вспомогательных элементах пневмо-установок

где Δр_по — потери давления в пылеотделителях; Δр_вз — суммарные потери давления в воздуховодах пневмотранспортной установки.

Потери давления (Па) в воздуховодах рассчитывают по участкам

Батарейный циклон подбирают по количеству поступающего в него воздуха Q_б.ци скорости воздуха v_б.цво входном патрубке:

Входную скорость воздуха v_б.ц (м/с) принимают для батарейных циклонов: 4БЦШ - 16,0...18,0 и типа УЦ - 10,0...12,0 м/с. Потери давления в батарейных циклонах (Па)

Значения коэффициента сопротивления принимают для батарей­ного циклона 4БЦШ ξ_б.ц = 6,0 D_6.ц, для батарейных циклонов 2УЦ, ЗУЦ, 2хЗУЦ, 2хЗУЦ ξ_б.ц = 20D_б.ц, для батарейных циклонов 4УЦ, 5УЦ, 2х4УЦ, 2х5УЦ ξ_6.ц = 22 D_6.ц (где D_6.ц - наружный диаметр циклона, м).

Матерчатый фильтр подбирают по количеству поступающего воздуха и допустимой нагрузке на ткань фильтра. Требуемая поверх­ность фильтровальной ткани (м²)

где Q_ф — количество поступающего в фильтр воздуха, м³ /ч; [q] — допускаемая удельная нагрузка на ткань фильтра, м³ /(мин • м²); в размольных отделениях принимают при помоле пшеницы [q] = 1,0…1,25 м³/(мин • м²), при помоле ржи [q] = 0,85...1,0 м³/(мин • м²) (верхние пределы для ЦР и УЦ, нижние — для ЦРК); в зерноочистительных отделениях [q] = 1,25...1,5 м³/(мин • м²) (верхний предел при двухступенчатой очистке).

При одноступенчатой очистке

при двухступенчатой

Сопротивление фильтра Δр_ф (Па) вычисляют по следующим фор­мулам:

для размольных отделений

для зерноочистительных отделений

По расчетной подаче воздуха Q_вм и давлению р_вм выбирают возду­ходувную машину по соответствующим характеристикам. Расчетная подача (м³/ч)

Количество воздуха ΔQ_ф, подсасываемого в высоковакуумный

фильтр Г4-2БФМ-90, принимают 800 м³/ч, для фильтра Г4-2БФМ-60 -600 м³/ч.

Перепад давления, который должна обеспечить воздуходувная машина:

По величинам р_вм и Q_вм рассчитывают мощность привода воздухо­дувной машины (кВт):

где η_вм, η - КПД воздуходувной машины и ее привода.

Расчет разветвленных пневмотранспортных установок выполняют аналогично описанному, но с некоторыми особенностями:

согласно плоскостной схеме и производительности определяют магистральный материалопровод;

выполняют все расчеты для магистрального материалопровода, как для простой (однотрубной) установки;

выбирают параметры остальных материалопроводов, исходя из вычисленных потерь давления в магистральном материалопроводе так, чтобы потери давления в них отличались от потерь давления в магистральном материалопроводе не более, чем на ± 5 %;

выбирают другие элементы установки по суммарному расходу воздуха в материалопроводах и определяют подсосы в них;

находят потери давления в вентиляционной части установки и складывают их с потерями давления в магистральном материало­проводе;

определяют требуемые параметры воздуходувной машины соглас­но потерям давления и расходу воздуха Q_вм, равному сумме расходов в материалопроводах и подсосах в элементах установки.

Расчет аэрозольтранспортных установок при высоких концентра­циях аэросмеси.В мукомольной промышленности аэрозольтранспорт-ные установки применяют в основном для перемещения муки, отру­бей и комбикормов. Методика расчета аэрозольтранспортной установ­ки для этих материалов разработана ЦНИИПромзернопроект и ВНИИЗ. Задание на расчет аэрозольтранспортной установки содержит следую­щие данные: характеристику транспортируемого груза, производи­тельность, схему с указанием длин участков, их положения, мест загрузки и выгрузки, режим работы (непрерывный или периодичес­кий) и особые условия (характеристика источника подачи воздуха, необходимость резерва производительности и т. п.).

Расчет ведут в такой последовательности. Выбирают тип питателя, который определяется режимом транспортирования: при непрерывном транспортировании применяют только винтовые или шлюзовые пита­тели; камерные питатели используют при периодической подаче продукта. Шлюзовые питатели целесообразно применять для подачи малоабразивных материалов. Назначают начальную скорость воздуха

v_н: для шлюзовых и шнековых питателей v_н = 7,5 м/с, для камерных -v_н = 3,0 м/с.

Для данной производительности находят оптимальный диаметр материалопровода. Если установка состоит только из вертикального участка, что характерно для аэрозольтранспортных установок муко­мольных заводов, то для определения диаметра материалопровода можно воспользоваться графиком (рис. 6.16). По графику при заданной производительности и расчетной длине материалопровода определяют оптимальный диаметр. Полученный диаметр горизонтального мате­риалопровода (м) проверяют по условию

Принимать значения диаметра материалопровода менее 0,037 м не рекомендуется. Задавшись величиной начальной скорости воздуха и определив диаметр материалопровода, приступают к расчету потерь давления.

Поскольку аэрозольтранспортные установки работают при сравни­тельно низких скоростях воздуха, то потерями давления при переме­щении воздуха можно пренебречь. Для пневмотранспорта при высоких концентрациях аэросмеси потери давления (Па) в материалопроводе будут равны:

Потери давления (Па) в вертикальном материалопроводе при транспортировании муки

где А — площадь сечения материалопровода, м²; и_в — средняя скорость перемещения муки по высоте материалопровода, м/с.

В уравнении для Δр^В первое слагаемое определяет потери давле­ния на разгон материала, второе - на подъем, третье - на преодоление трения.

Средняя скорость перемещения муки по высоте материалопро­вода (м/с)

Потери давления (Па) в горизонтальном участке материалопрово­да, если он установлен непосредственно за питателем:

где и_Г — скорость перемещения муки в горизонтальном материалопроводе.

Первое слагаемое в уравнении для Δр^г - это потери давления на разгон, второе - на трение. Величину скорости и_Г по длине горизон­тального материалопровода принимают постоянной и в случае не­посредственного примыкания его к питателю вычисляют по формуле

Если же горизонтальный материалопровод следует после верти­кального, то скорость муки в нем будет равна скорости муки в конце предшествующего вертикального материалопровода, т. е.

где u_к.в - скорость перемещения муки в конце вертикального материалопровода.

Если горизонтальный участок материалопровода следует после вертикального, потери давления на разгон исключаются, и сопротивле­ние в горизонтальном материалопроводе

Потери давления в отводах аэрозольтранспортных установок по предлагаемой методике отдельно не рассчитывают; при наличии последних их выпрямленную длину включают в общую протяженность материалопровода.

Определив потери давления в материалопроводе, сверяют их с давлением для выбранного типа питателя. Если Д р < Д р_пит , то тип питателя выбран правильно; если же потери давления в материалопро­воде превышают лимит давления для выбранного типа питателя, то

следует сделать перерасчет для нового типа питателя, допускающего большее давление в сети.

Возможен и другой вариант. Если при выбранном диаметре мате-риалопровода потери давления в последнем превышают лимит давле­ния для принятого типа питателя, необходимо снизить сопротивление материалопровода, увеличив его диаметр. При этом следует ориенти­роваться на значения диаметров, определенных как D₁=D + 0,001 м и округленных до ближайшего диаметра по стандарту.

Выбрав окончательный тип питателя, рассчитывают его сопротив­ление.

Последний этап расчета аэрозольтранспортной установки - это выбор типа нагнетателя. Для этого необходимо подсчитать давление и расход воздуха, которые должен обеспечить нагнетатель.

Зная потери давления в материалопроводе, определяют конечную скорость воздуха. Ввиду того что давление воздуха по длине материа­лопровода снижается, а объем увеличивается, скорость воздуха по длине материалопровода возрастает. В конце материалопровода (вертикального или горизонтального) скорость воздуха

где Δр — потери давления в материалопроводе, Па. Тогда расход воздуха

а расходная концентрация

Расчетное давление нагнетателя (Па) с учетом потерь в воздухо­воде, переключателях, разгрузителе и других вспомогательных частях при длине подводящего воздуховода l_в < 10 м

Если длина воздуховода для питателя l_в > 10 м, то

где Δр_вз — сопротивление воздуховода;

где v_вз — средняя скорость воздуха в воздуховоде; v_вз = 15 м/с.

Диаметр воздуховода (м)

а расчетная подача нагнетателя (м³)

где Q_y — утечка воздуха из питателя; определяют по графику (рис. 6.17).

Для оценки выбранных параметров установки находят удельную гидравлическую мощность

где L_э — сумма фактических длин вертикальных и горизонтальных участков, а также отводов.

Иногда материалопровод аэрозольтранспортной установки состоит из вертикальных и горизонтальных участков значительной длины: если отношение короткого участка (вертикального к горизонтальному или наоборот) превышает 15 % или независимо от этого соотношения в материалопроводе два или более однотипных (вертикальных или горизонтальных) участков, материалопровод считают смешанным.

Особенности расчета аэрозольтранспортной установки со смешан­ным материалопроводом заключаются в выборе оптимального диа­метра. Если в этом случае диаметр определяют по значению р_уд мето­дом последовательного подбора, то аналогично выбору диаметра для вертикального материалопровода находят первое значение диаметра D₁ а затем проверяют его по соотношению D₁ > 0,03 кореньG_T. Применитель­но к диаметру D₁ рассчитывают значение р_уд. После этого расчет повто­ряют применительно к следующим диаметрам: D₂ = D₁ - 0,01 м и D₃ = D₁ + 0,01 м. Значения р_уд2 и р_уд3 покажут направления дальнейших пересчетов для определения D_опт, соответствующего минимальному значению р_уд.

В нагнетающих пневмотранспортных установках при использова­нии сопел Лаваля, установленных в воздуховодах перед питателем, возможно автоматическое разделение воздуха, поступающего от одной воздуходувной машины, на несколько отдельных установок.

Аэродинамическое сопротивление сопел Лаваля

Тогда при использовании сопел Лаваля сопротивление установки

Наиболее широкое распространение получили три типа питателей: шлюзовые (барабанные или роторные), винтовые (шнековые) и ка­мерные.

Шлюзовые питатели рекомендуется применять при избыточном давлении до 0,7 *10⁵ Па для подачи муки и других мелкодисперсных грузов.

Утечка воздуха из шлюзового питателя (м³/мин)

Аэродинамическое сопротивление питателя при рабочем питателе

где ε — коэффициент сопротивления питателя на чистом воздухе; Q — расход воздуха в питателе, отнесенный к нормальным условиям, м³/мин; при подаче муки е Q² = 1.

Мощность, необходимая для привода шлюзовых питателей:

Винтовые (шнековые) питатели рекомендуется применять для подачи тонкодисперсных и мелкозернистых грузов при избыточном давлении в камере не выше 1,4*10⁵ Па.

Для подачи в материалопровод муки и других мелкодисперсных неабразивных грузов применяют винтовые питатели ПШМ конструк­ции ВНИИЗ.

В отличие от шлюзовых в винтовых питателях утечка воздуха не превышает 10...15 %, что достигается главным образом в результате образующейся пробки из материала на входе в аэрокамеру. Величина утечки воздуха (м³/мин)

где р_к - давление в аэрокамере, кПа; D_B — диаметр винта, м.

Аэродинамическое сопротивление Д р_в.п винтового питателя (Па) включает сопротивление пористой перегородки Д р_п.п и сопротивление собственно камеры Д р_к, т. е. Д р_в.п = Д р_{п п} + Д р_к.

Сопротивление пористой перегородки (Па) прямо пропорциональ­но скорости фильтрации:

где т_п.п — коэффициент сопротивления пористой перегородки (табл. 6.14).

Сопротивление собственно камеры питателя (Па) зависит от количества транспортируемого груза, расхода воздуха и диаметра материалопровода и при перемещении муки выражается эмпиричес­кой зависимостью

где Q - количество воздуха, поступающего в материалопровод, м³; Q = Q_n — q_в.п здесь Q_n — количество воздуха, поступающего в питатель, м³; q_в.n — величина утечки воздуха из питателя, м³.

Для ориентировочных расчетов мощности электродвигателя (кВт) можно пользоваться формулой

где p_уд — удельная мощность, приходящаяся на единицу производительности.

Исходя из опыта эксплуатации для винтовых питателей, у которых максимальное рабочее давление не превышает 0,5-10⁵ Па, величину р_уд следует принимать равной 1,8...3,6 (кВт*с)/кг; при давлении (0,5... 1,0)10⁵ Па - 3,6 (кВт*с)/кг, а при давлении (1,0...1,5)10⁵ Па -5,5(кВт*с)/кг.

Камерные питатели применяют для подачи любых тонкодисперс­ных и зернистых грузов в установках с давлением в начале трассы (1,4...4,0)10⁵ Па.

Производительность установки с однокамерными питателями (кг/с)

где к - коэффициент заполнения камеры; к - 0,8...0,9; V_к.п - вместимость камеры питате­ля, м³; ε_о — порозность насыпного слоя груза; t_ц — продолжительность одного цикла, с.

Аэродинамическое сопротивление камерного питателя (Па) скла­дывается из сопротивления пористого днища р_п.д и сопротивления слоя груза, лежащего ниже насадки, т. е.

Сопротивление пористого днища находят по формуле 6.8. Потери давления (Па) на аэрирование слоя материала

где h_сл — высота слоя материала, подвергаемого аэрированию, м; е — порозность слоя груза; р — плотность груза, кг/м .