4.2 Пневмотранспортные установки.

Общие сведения.

Пневматическая транспортная установка – это комплекс устройств, перемещающих сыпучие материалы (пылевидные, порошкообразные, зернистые, измельченные и т.д.) с помощью давления сжатого газа или путем создания разрежения в трубопроводах.В большинстве пневмотранспортных установок в качестве транспортирующего газа используют воздух.

Общеизвестны преимущества пневматических устройств перед другими видами транспортного оборудования.

Пневмотранспортные установки обеспечивают:

1. Возможность перемещения сыпучих материалов по сложной траектории и на значительные расстояния.

2. Забор материала из различных средств доставки и труднодоступных мест.

3. Выдачу материала в различных точках.

4. Надежную защиту от атмосферных воздействий и хорошие санитарно – гигиенические условия труда для обслуживающего персонала.

5. Отсутствие пыления материала.

6. Высвобождение производственных площадей, т.к. трубопроводы располагают по стенам помещений, а оборудование имеет малые размеры.

7. Простоту эксплуатации, возможность полной автоматизации процесса транспортирования.

В то же время им присущ ряд недостатков:

1. Сравнительно высокий удельный расход энергии на единицу массы перемещаемого материала.

2. Износ трубопроводов и других частей установки.

3. Расслоение транспортируемого материала.

Пневмотранспортные установки, транспортирующие насыпные, пылевидные, зернистые, кусковые грузы во взвешенном состоянии в потоке воздуха разделяют на всасывающие (см. рис.1, а), нагнетательные (см. рис.1, б), и смешанные (см. рис.1, в).

Всасывающая установка (см. рис. 1, а) состоит из сопла 2, засасывающего вместе с воздухом насыпной груз 1, трубопровода 3, по которому груз потоком воздуха подается в отделитель (циклон) 4, где частицы груза выпадают из теряющего скорость воздуха и через шлюзовой затвор 7 выдаются в приемный пункт. Воздух, насыщенный пылью, из отделителя поступает по трубопроводу 5 в фильтр 6, где очищается от пыли и отсасывается вакуум-насосом 8. Всасывающие установки удобны там, где требуется забирать груз из нескольких пунктов и доставлять в одну точку (например, транспортировать компоненты формовочной смеси из разных бункеров в смеситель). Разрежение воздуха во всасывающих установках обычно равно (20…40)10³ Па и редко достигает 7010³Па.

Рис. 1. Принципиальные схемы всасывающей(а), нагнетательной(б) и смешанной(в) пневмотранспортных установок:

1 – насыпной груз; 2, 11 – сопла; 3, 5, 12, 16 – трубопроводы; 4, 13, 17 – отделитель (циклон); 6, 14 – фильтр; 7, 18 – затвор; 8 – вакуумный насос; 9, 15 – компрессор; 10 – питатель.

Нагнетательная установка (см. рис.1, б) состоит из компрессора 9, подающего сжатый воздух в транспортный трубопровод. Сыпучий материал подается питателя 10. Далее груз увлекается потоком воздуха по трубопроводу, который может иметь разветвления для одновременной подачи груза в различные приемные пункты. В конце каждого ответвления находится разгрузочный комплекс, состоящий из отделителя (циклона) 4, шлюзового затвора 7 и фильтра 6. Нагнетательные установки удобны, например, тогда, когда формовочная смесь из одного пункта (смесителя) распределяется по нескольким точкам (например, бункерам формовочных машин). Они бывают высокого давления (0,3…0,4 МПа и редко 0,6 МПа), среднего давления (0,2…0,3МПа) и низкого (0,15…0,2МПа) давления.

В нагнетательных установках низкого и среднего давлении для ввода материала в трубопровод используют камерные питатели.

На рис. 1, в показана установка смешанного типа, которая включает всасывающий 12 и нагнетательный 16 трубопроводы. Насыпной груз, засасываемый соплом 11, поступает по трубопроводу 12 в отделитель 13, который одновременно служит питателем для нагнетательного трубопровода 16. Воздух из отделителя 13, прошедший через фильтр 14 подается компрессором 15 в трубопровод 16. Насыпной груз выпадает из воздуха в отделителе 17 и выдается в пункт приемки через шлюзовой затвор 18. Установки смешанного типа забирают груз из нескольких загрузочных мест и выдают одновременно в ряд пунктов.

Элементы конструкций пневмотранспортных установок (трубопроводов, всасывающих сопел, отводов–колен, питателей, затворов, переключателей, отделителей–циклонов, фильтров и т.п.) рассмотрены в работе [5].

Задачей расчета пневмотранспортных установок является установление внутреннего диаметра трубопровода , расхода воздуха , общей потери давления , мощности привода воздуходувной машины или вакуум – насоса. Полученные данные используются при выборе оборудования, входящего в состав установки, а именно воздуходувной машины или вакуум – насоса, питателя, разгрузителя, системы очистки и др.

Расчет установки нагнетательного действия.

Исходные данные для расчета[5]:

1. Производительность , кН/ч;

2. Характеристики трассы транспортирования: длины горизонтальных и вертикальных участков, количество переключателей и отводов (колен).

1. Определяют приведенную дальность транспортирования:

, м, (16)

где и – суммы геометрических длин соответственно прямых горизонтальных и вертикальных участков трассы, м; и – суммы длин, эквивалентных соответственно отводам и переключателям трубопровода, м.

Рекомендуемые значения для отводов с углом поворота 90 при заданных , (где – радиус отвода), представлены в таблице 8.

Таблица 8

Значения эквивалентных длин (м) для отводов.

Вид транспортируемого материала	отношение
	4	6	10	20
Порошкообразный	4…8	5…10	6…10	8…10
Зерновой однородный	-	8…10	12…16	16…20
Мелкокусковой неоднородный	-	-	28…35	38…45

Для пылевидных материалов рекомендуется принять =8м, а для песка и формовочных смесей – =15м.

2. Применительно к найденной определяют (по графику на рис. 2) величины оптимальной скорости воздуха v_в (м/с), на выходе и массовой концентрации смеси  в трубопроводе.

3. Определяют расход воздуха:

, м³/мин, (17)

где – расчетная весовая производительность (по материалу) установки, кН/ч; – удельный вес воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре +10 C. Можно принять = 12 Н/м³.

4. На основании найденного расхода воздуха и выбранной скорости воздуха определяют внутренний диаметр трубопровода: , м. (18)

Рис. 2. График зависимости оптимальной скорости воздуха v_в на выходе из трубопровода и массовой концентрации смеси  от приведенной дальности транспортирования :

1 – v_в для всех пневмотранспортных установок; 2 –  для камерных насосов; 3 и 4 –  для винтовых насосов.

После этого выбирают по ГОСТ 8732-78 трубу с, соответствующим расчету, внутренним диаметром (или ближайшим большим к рассчитанному). По этому диаметру уточняют величину расхода воздуха при той же скорости его движения и массовую концентрацию смеси по формулам:

, м³/мин; (19)

. (20)

5. Определяют полное сопротивление трубопровода (общие потери давления ), выражаемое суммой:

, кПа, (21)

где – путевые потери давления в трубопроводе с учетом потерь в отводах и переключателях, кПа; – потери давления на подъем материала в вертикальных участках, кПа; – потери давления в загрузочном устройстве на ввод материала в трубопровод, кПа.

Указанные потери давления рекомендуется определять из выражений:

кПа; (22)

кПа; (23)

кПа, (24)

где – опытный коэффициент сопротивления; – коэффициент трения воздуха о стенки трубы. Для гладких стальных труб можно принять , (здесь – критерий Рейнольдса); – средний удельный вес воздуха на вертикальном участке, принимаемый равным 18 Н/м³; – коэффициент, зависящий от типа загрузочного устройства. Для винтовых устройств ; камерных – ; и – удельный вес (Н/м³) и скорость воздуха (м/с) на входе в трубопровод при начальном давлении и изотермическом расширении воздуха.

После подстановки (22)…(24) в (21) получаем:

,кПа.(25)

Величины и можно найти из выражений:

, Н/м³; (26)

, м/с. (27)

Коэффициент определяют из выражения:

, (28)

где – опытный коэффициент. Для пылевидных и мелкозернистых материалов можно принять =90…100.

Критерий Рейнольдса рассчитывается по формуле:

, (29)

где – коэффициент кинематической вязкости воздуха м²/с. Для воздуха при стандартных условиях =14,910^-6 м²/с.

6. Выбирают воздуходувную машину (компрессор) с соответствующими характеристиками.

Для выбора воздуходувной машины необходимо знать потребные значения производительности и создаваемого давления с учетом всех возможных потерь в подводящих элементах.

Требуемую производительность находят исходя из условия, что потери на утечки в сети могут достигать 10%. Тогда,

, м³/мин. (30)

При определении требуемого давления учитывают, что при вводе воздуха в смесительную камеру коэффициент потерь давления =1,25, а потери давления в подводящем воздухопроводе с учетом сопротивления фильтров равны 50 кПа. В результате получается:

кПа. (31)

По найденным значениям и выбирают воздуходувную машину подходящего типоразмера.

7. Определение мощности привода воздуходувной машины.

Мощность воздуходувной машины находят по формуле:

, кВт, (32)

где G – весовой расход воздуха, Н/с; A – теоретическая работа воздуходувной машины, расходуемая на сжатие или всасывание количества воздуха весом 1 Н в изотермических условиях, Дж; – КПД машины.

Согласно известному из термодинамики выражению,

, Дж, (33)

где ₀ – удельный объём (м³/Н) воздуха на входе в воздуходувную машину (при атмосферном давлении).

Весовой расход воздуха определяется из уравнения:

, Н/с. (34)

Выражение (32) с учетом (33) и (34) преобразуется к виду:

кВт. (35)

Пример расчета нагнетательной пневмотранспортной установки приведён в Приложении В.