Расчет пневмотранспортных установок нагнетательного типа

В настоящее время на лесопромышленных предприятиях широко используется низкокачественная древесина, которая большей частью перерабатывается в щепу. Для транспортировки щепы целесообразнее использовать нагнетательные пневмотранспортные установки. Их схема представлена на рис. 4.20.

Рис. 4.20. Схема нагнетательной пневмотранспортной установки:

1 – фильтр; 2 – всасывающий патрубок; 3 – отвод; 4 – задвижка;

5 – воздуходувная машина; 6 – питатель; 7 – нагнетательный трубопровод; 8 – циклон; 9 – бункер

Ниже представлены методика и пример расчета пневмотранспортной установки при следующих исходных данных: порода древесины – сосна; П = 40 м³/ч; = 3 м; = 4 м; = 15 м; = 8 м; = 32 м; = 30°; = = 60°; задвижка открыта наполовину; z = 3; подача питания поперечная. Для заданной производительности установки находим весовой расход , Н/с, транспортируемой измельченной древесины:

70,8 Н/с, (4.106)

где – коэффициент неравномерности подачи материала в пневмотранспортную систему ( = 1,15…1,5); П – часовая производительность установки в плотных м³; – удельный вес древесины, Н/м³.

Для обеспечения весового расхода щепы необходим объемный расход воздуха

2,0 м³/с, (4.107)

где – удельный вес атмосферного воздуха ( = 11,8 н/м³); – весовая концентрация аэросмеси. В средненапорных установках на базе турбовоздуходувок = 3…7.

Транспортирующая скорость воздуха в нагнетательном трубопроводе определяется по эмпирической формуле

33 м/с, (4.108)

где – отношение скорости воздуха к скорости материала (для щепы = 1,33); b – коэффициент, зависящий от формы и размеров транспортируемого материала (для щепы b = 12). Удельный вес воздуха в начале нагнетательного трубопровода

, (4.109)

11,82 Н/м³,

где g – ускорение свободного падения, м/с²; r – газовая постоянная, дж/кг×к (r = 29,27 кГм/кГ×к = 287,1 Дж/Кг×К); , – атмосферное и избыточное давление воздуха в трубопроводе, Па или Н/м². Для стандартных условий при абсолютной температуре = 293 к, = 760 мм рт.ст = 101367 Н/м². Для средненапорных установок можно принять = 1,96 Па.

Диаметр нагнетательного трубопровода

, (4.110)

0,278 м.

В приложении 2 (табл.П.2.10, ГОСТ 8732-58) находим подходящую трубу с наружным диаметром 299 мм, толщиной стенок 8 мм и = 283 мм = 0,283 м. При этом диаметре уточняем скорость воздуха в горизонтальном нагнетательном трубопроводе:

, (4.111)

31,8 м/с.

Далее определим потери давления во всасывающем и нагнетательном участках пневмотранспортной установки. Для их нахождения необходимо знать коэффициент сопротивления трубопроводов , который определяется по формуле А.Д. Альтшуля

, (4.112)

где D – абсолютная шероховатость трубопровода. Для сварных труб D = 0,04…0,1 мм = (0,4…1)×10^-4 м; Д – диаметр всасывающего ( ) или нагнетательного ( ) трубопровода, м ( = 1,5…2; = 1,6×0,283 = 0,45 м); – критерий (число) Рейнольдса, характеризующий, в каком режиме (турбулентном или ламинарном) работает пневмотранспортная установка.

В установках для пневмотранспорта измельченной древесины поток воздуха характеризуется турбулентностью течения, т.е.

, (4.113)

где – коэффициент кинематической вязкости воздуха – отношение абсолютной вязкости ( = 17,95×10^-6 Н×с/м²) к плотности ( , кг/м³). Для стандартного воздуха = 14,9×10^-6 м²/с; – скорость движения воздуха, м/с.

Для нагнетательной установки во всасывающем трубопроводе скорость вычислим по формуле (4.111) и при = 0,45 м.

12,6 м/с.

Подставляя значения , , , в формулу (2.113), определим число Рейнольдса для нагнетательного ( = 603986) и всасывающего ( = 380537) участков. Зная величины , , , и принимая = 0,8×10^-4 м, по формуле (4.112) находим коэффициенты сопротивления всасывающего ( = 0,0151) и нагнетательного ( = 0,0155) трубопроводов.

Потери давления на всасывающем участке

, (4.114)

где – длина всасывающего патрубка, м; – коэффициент сопротивления воздушного фильтра (для низконапорных и средненапорных установок фильтры не применяются, т.е. = 0); – коэффициент, зависящий от величины открытия задвижки (при полном открытии = 0,15, при открытии наполовину = 5,2, на четверть = 30); – коэффициент сопротивления отвода (отводы служат для изменения направления транспортировки) трубопровода.

, (4.115)

0,044,

где – угол поворота отвода, град; r – радиус закругления отвода, м; м; Z – отношение среднего радиуса кривизны к диаметру проходного отверстия. Обычно . При = 1,5 м z = 3.

Подставляя значения параметров в формулу (4.114), находим потери давления

510,32 Н/м².

В нагнетательном трубопроводе потери давления складываются из потерь на разгон материала , в загрузочном устройстве , на движение материала по трубопроводам , на движение материала на подъем , в отводах трубопровода , на выходе и определяется из выражения

, (4.116)

Потери давления на разгон материала

, (4.117)

2437 Н/м²,

где – скорость движения материала, м/с ( = 0,6…0,8; = 0,7×31,8 = 22,3 м/с).

Потери давления в загрузочном устройстве

, (4.118)

304,6 Н/м²,

где – коэффициент сопротивления загрузочного устройства. Для шлюзового питателя барабанного типа с поперечной подачей = 0,45…0,7, с продольной подачей = 0,8.

Для средненапорных установок потери давления при транспортировке по трубопроводам

, (4.119)

5720,2 Н/м²,

где – длина нагнетательного трубопровода, м ( ); К – опытный коэффициент, зависящий от типа транспортируемого материала и диаметра трубопровода. Для щепы при < 0,3 м к = 0,6; при = 0,3 м к = 0,7; при > 0,3 м к = 0,8; – средний удельный вес воздуха в трубопроводе, Н/м²: = 11,81 Н/м²,

где – удельный вес воздуха в конце нагнетательного трубопровода; – средняя скорость течения воздушного потока, м/с: 31,77 м/с.

Потери давления при движении материала на подъем рассчитываются при углах подъема a > p/3 по формуле

, (4.120)

572,3 Н/м²,

где – длина трубопровода на подъем, м ( = ); a – угол подъема наклонного трубопровода, град. (a = ); – скорость воздуха в вертикальных и наклонных трубопроводах, м/с ( = (1,3…1,5), = 1,4×31,8 = 44,5 м/с).

Одинаковая скорость движения материала в горизонтальных и вертикальных трубопроводах достигается путем увеличения скорости воздуха в вертикальных трубопроводах за счет уменьшения их диаметра = 0,215 м.

Потери давления в отводах

, (4.130)

637,7 Н/м²,

где – опытный коэффициент, показывающий увеличение концентрации смеси в отводах (для щепы = 1,8); , – коэффициенты сопротивления второго и третьего отводов. Они определяются по формуле (4.115). При , = 0,287 м и 1 м 0,082.

Потери давления на выходе из трубопровода

, (4.131)

803,3 Н/м²,

где – коэффициент сопротивления выходного участка. При подаче в циклон = 2,5…5, в кучу = 1; – скорость воздуха во входном патрубке циклона, м/с.

Для рассчитанной производительности по воздуху q = 2 м³/с из приложения 2 выбираем циклон №7 с размерами входного патрубка a = 0,25 м, b = 0,38 м и определяем скорость 21,1 м/с. Суммарное давление во всасывающем и нагнетательном участках трубопровода

10985,4 Н/м².

Потребная мощность электродвигателя воздуходувной машины

44755 вт = 44,8 кВт,

где z – коэффициент запаса (z = 1,1…1,2); – кпд воздуходувной машины ( = 0,5…0,75); – КПД привода (при соединении через муфту = 1, при клиноременной передаче = 0,9).

По значениям q и n из приложения 2 (табл.П.2.12) выбираем воздуходувную машину ТБ-150-1,12 с q = 2,3 м³/с, n = 2950 об./мин. и N = 45 кВт с электродвигателем А-83-2, у которого n = 2950 об./мин. и N = 55 кВт.

Задания для выполнения практической работы 4.8

1) Изучить типы пневмотранспортных установок, конструкцию их узлов и деталей.

2) Рассчитать диаметр всасывающего и нагнетательного трубопроводов.

3) Определить потери давления во всасывающем и нагнетательном трубопроводах.

4) Рассчитать мощность и подобрать тип воздуходувной машины.