|
Лекция 14. Расчет пневмотранспортных
установок
Для расчета и проектирования ПТУ
необходимы следующие исходные данные:
-производительность ПТУ по грузу
(продукту)  кг/с;
-транспортируемый груз (продукт) и
его физико-механические свойства (плотность, скорость витания  , гранулометрический состав и др.);
-планы и разрезы этажей, выполненные
в масштабе не менее 1 : 50, с нанесенным на них технологическим и прочим
оборудованием с указанием мест приемки и доставки продукта.
Проектирование ПТУ производится в
следующем порядке:
-составляется пространственная или
плоская схема ПТУ с указанием длин отдельных участков системы, мест
расположения приемников, продуктопроводов, фасонных частей, циклонов, фильтров,
вентиляторов и др.оборудования;
-в разветвленных сетях определяется
расчетная нагрузка на каждый продуктопровод в отдельности;
-производится расчет, задачей
которого является установление диаметров продуктопроводов  и воздухопроводов,
расхода воздуха  , общей потери давления по главной магистрали сети  (и потерь давлений в ответвлениях при сложной, сети);
-по полученным данным расчета
подбирается стандартное оборудование ПТУ (вентиляторы, циклоны, фильтры и т.
д.);
-оформляются монтажные плоскостные и
аксонометрические схемы ПТУ с указанием всех параметров, по которым
изготавливается и монтируется пневмооборудование.
14.1. Скорость воздуха в трубопроводах пневмотранспорта
Скорость воздуха  в продуктопроводах
зависит от скорости витания продукта  .
Скорость витания  вит некоторых продуктов, м/с Таблица 10
|
Груз
|
, м/с
|
Груз
|
,м/с
|
|
Пшеница, ячмень
|
9,0…11,5
|
Мука, опилки
|
7,5…8,1
|
|
Рожь, овес
|
8,0…10,0
|
Соя, песок
|
17,0…20,0
|
|
Горох, вика
|
14,0…17,0
|
Солома резаная
|
3,5…4,25
|
|
Фасоль, кукуруза
|
12,5…14,0
|
Мякина
|
1,7…4,5
|
|
Подсолнечник,гречиха
|
7,0…8,6
|
Полова
|
0,67…3,1
|
Скоростью витания частиц называется
скорость воздуха в вертикальной трубе, при которой частицы сыпучего груза
поддерживаются потоком воздуха и находятся в состоянии равновесного витания, т.
е. не оседают и не уносятся вверх.
Скорость витания продуктов размола и
муки колеблется в пределах 7,5...8,1 м/с. При проектировании ПТУ важно правильно выбрать
скорость движения воздуха в трубопроводах. Слишком высокие скорости ведут к
перерасходу энергии, повреждению продукта, быстрому износу труб; заниженные
скорости при малейшей перегрузке транспорта приведут к завалам.
Скорость движения воздуха для
всасывающих и нагнетательных установок низкого и среднего давления можно
определить по формуле:
(54)
где  — коэффициент,
зависящий от сложности трассы, концентрации смеси и физико-механических свойств
транспортируемого груза (для зерна и муки = 1,25...2,5).
Чтобы избежать завала трубопроводов,
при большой массовой концентрации и повышенной влажности транспортируемого
груза придают большие
значения.
Движение частиц во взвешенном
состоянии в горизонтальном трубопроводе происходит под действием восходящих
струй, возникающих при турбулентном движении потока. Скорость частиц груза  в потоке меньше
скорости воздуха и составляет примерно  = 0,85 .
Правильный выбор скорости воздуха
имеет большое практическое значение, так как от этого, помимо прочего, зависит
потребная производительность воздуходувной машины и, следовательно, расход
энергии на пневмо-транспортирование. Кроме того, завышение скорости воздуха в
трубопроводе вызывает увеличение сопротивления сети и необходимость повышать
напор вентилятора, что также снижает эффективность ПТУ.
Некоторые параметры транспортируемых сыпучих материалов. Таблица 11
|
Группа
|
Материалы
|
Скорость воздуха,
 , м/с
|
Концентрация смеси,
 кг/кг
|
|
I
|
Мелкоштучные
|
25…35
|
3…5
|
|
II
|
Зернистые
|
16…25
|
3…8
|
|
III
|
Порошковые и пылевидные
|
16…22
|
1…4
|
|
IV
|
Волокнистые
|
15…18
|
0,1…0,6
|
Определить необходимую величину
скорости воздуха в трубопроводе теоретическим путем крайне сложно из-за
большого числа влияющих факторов (размеры и плотность частиц продукта, длина
пути транспортирования, концентрация материала в трубопроводе). Поэтому при
практических расчетах пользуются опытными данными. В табл. 11 приведены
ориентировочные пределы параметров для различных транспортируемых сыпучих
материалов.
14.2. Коэффициент концентрации смеси
Работа ПТУ для сыпучих грузов
характеризуется коэффициентом массовой концентрации смеси , кг/кг, под которым понимается отношение массы груза
(продукта) к массе (расходу) воздуха, перемещаемых в единицу времени:
(55)
где  — соответственно
производительность установки по грузу и
воздуху, кг/с.
Если обозначить массу груза —  и массу воздуха —  на фиксированной длине
 трубопровода, то производительность по грузу и воздуху можно
выразить формулами  и  . Тогда коэффициент массовой концентрации будет равняться:
(56)
где  — соответственно
скорость частиц груза и потока воздуха.
Для ПТУ низкого и среднего давления
ориентировочные значения для различных групп транспортируемых материалов
приведены в табл. 10. В нагнетательных установках высокого давления значение
величины может превышать 300
кг/кг.
14.3. Определение расхода воздуха и диаметра трубопровода
Расход воздуха в неразветвленной ПТУ
может быть рассчитан по формуле (55), в соответствии с которой
 (57)
Значение коэффициента массовой
концентрации смеси выбирается в зависимости от вида транспортируемого продукта
и типа ПТУ (см. табл.10).
Объемный расход воздуха
(производительность по воздуху) с учетом его плотности  определяется
выражением:
(58)
Плотность воздуха для ПТУ низкого и
среднего давления принимают =1.2кг/м3.
По известной скорости воздуха рассчитывается сечение
и диаметр трубопровода:
(59)
Лекция 27.
14.4. Расчет общих потерь
давления (напора) в пневмотранспортной сети
Напором называется разность давлений,
создаваемая на концах трубопровода, необходимая для транспортирования груза.
Эта разность давлений должна быть равна сумме всех потерь давления (напора) на
отдельных участках пневмотрассы.
В общие потери  входят: потери на
преодоление инерции груза и воздуха, т. е. сообщения им средних скоростей и  ( - динамический напор); потери на трение при движении
продукта (груза) и воздуха в трубопроводе  ; потери в местных сопротивлениях (при вводе груза в
трубопровод, в отводах, тройниках, диффузорах, коифузорах и т. д.) ;
потери на вертикальный подъем груза потери в разгрузителях и фильтрах 
Таким образом, уравнение общих потерь
напора:
 (60)
Динамический напор может быть найден
из уравнении живых сил и работы воздушного потока, составленных для
фиксированного участка трубопровода длиной и сечением  .
Кинетическая энергия воздуха и частиц
груза на участке трубопровода длиной равна:
(61)
где и — соответственно масса
воздуха и груза на участке трубопровода длиной .
Работа воздушного потока на пути , совершаемая силой  , равна:
(62)
Поскольку в данном случае приращение
кинетической энергии равно
работе потока за тот же промежуток
времени, т. е. А = Е, имеем
 (63)
Масса
груза на фиксированной длине трубопровода, с учетом
формулы (56) можно представить в виде:
(64)
Учитывая, что  и скорость частиц
груза  , и подставляя (64) в (63), после преобразований получим
выражение для расчета динамического напора:
(65)
Таким образом, динамический напор
пропорционален квадрату скорости воздуха, зависит от коэффициента массовой
концентрации, но не зависит от площади сечения трубопровода.
Потери напора на трение от движения
чистого воздуха на общей длине трубопровода L определяется по формуле:
(66)
где  — коэффициент
сопротивления трению; его величину находят опытным путем или рассчитывают по
выражению  (формула Блазиуса).
Здесь  — число Рейнольда ( —
кинематическая вязкость
воздуха).
Потери напора на трение при движении
по трубам смеси воздуха и частиц груза определяют по формуле:
 (67)
где  = 0,68...0,31 (при = 13...26 м/с) -
коэффициент, зависящий от концентрации смеси, скорости и физико-механических
свойств продукта. Потери давления в местных сопротивлениях могут быть
рассчитаны по выражению:
(68)
где  — сумма коэффициентов
местных сопротивлений при постоянной
скорости воздуха в системе.
Значения  для различных
элементов фасонных частей воздухопроводов приведены в разделе «аспирациоиные
установки».
Потери давления на вертикальный
подъем груза на высоту  определяются, если
приравнять силу тяжести массы груза G= и силу напора воздуха  . Тогда (после сокращения F)
(69)
где  — ускорение силы
тяжести.
Потери в разгрузителях и фильтрах  определяются по общим
методикам, принятым при расчетах аспирационных систем.
Уравнение полных потерь давления в
пневмотранспортной системе после подстановки всех составляющих в уравнение (60)
имеет вид:
 (70)
По полученной общей потере давления в
сети и расходу воздуха подбирают вентилятор и рассчитывают мощность
электродвигателя на привод по формуле:
(71)
где  — коэффициент,
учитывающий подсосы в сети, = 1,15;  коэффициент неучтенных потерь напора в пневмосистеме, 
 = 0,55...0,8 — КПД
вентилятора;  = 0,95...0,97 — КПД
подшипников;  = 0,96... 1,0 — КПД
передачи.
|
