Тема 10. Пневматический транспорт

10.2 Основы теории пневмотранспортирования

Пневматическое транспортирование основывается на следующих положениях. Движение сыпучих грузов в воздушном потоке рассматривается как двухкомпонентный поток, в котором воздух является транспортирующей (несущей) средой, а твердые частицы – перемещаемой. Обе среды двигаются в одном направлении, но с разными скоростями.

При значительных скоростях воздушного потока на частицу преимущественное воздействие оказывает составляющая силы давления F_x (рис. 10.4), направленная по оси трубопровода и равная

,

Рис. 10.4

где с – коэффициент аэродинамического сопротивления; А–площадь проекции частицы на плоскость, перпендикулярную вектору ее относительной скорости; υ_в и υ_м – скорость соответственно воздуха и частицы; – плотность воздуха.

При разных соотношениях аэродинамиче6ской силы F_x и силы тяжести mg частицы возможны следующие виды движения частицы в трубе: оседание, взвешенное состояние и унос. Скорость вертикального восходящего потока воздуха, при которой частицы материала находятся во взвешенном состоянии или непрерывном пульсирующем движении, называется скоростью витания υ_вит, которая определяется из равенства mg=F_x при υ_м=0.

Скорость витания теоретически может быть определена лишь для частицы сферической формы, для которой величины с и А постоянны. Для шара диаметром d с0,23, и ( – плотность материала частицы). Тогда

Для частиц неправильной формы величину скорости витания, как правило, определяют экспериментально, например для пшеницы υ_вит равна 9…11,5 м/с, муки – 1…1,5 м/с, сахарного песка – 8,5…12 м/с, костной муки – 8…11 м/с. Скорость витания – важнейшая аэродинамическая характеристика сыпучего груза. В зависимости от ее значения выбирают рабочую скорость воздуха, которая обычно в 2…5 раз выше скорости витания.

10.3 Основные элементы пневмотранспортных установок

а) б)

Рис. 10.5

Пневмотранспортная установка любого типа имеет одинаковые по функциональному признаку элементы: загрузочное устройство (питатели или приемники), разгрузочное устройство (отделители или разгрузители), пылеотделитель для очистки воздуха, трубопроводы, воздуходувное устройство.

А. В качестве загрузочных устройств всасывающих пневмотранспортных установок наибольшее применение получили приемники типа «сопло» и «тройник».

Для забора груза непосредственно из массива используют переносные сопла различной формы: круглые, угловые, щелевые. Круглое прямое сопло (рис. 10.5, а) состоит из двух труб 1 и 2. Воздух, засасываемый в патрубок, увлекает за собой транспортируемый груз. Качество работы зависит от правильного регулирования и положения сопла. Достоинствами вертикальных приемников открытого типа являются: простота конструкции, сравнительно низкое аэродинамическое сопротивление, удобство в эксплуатации (при возможном завале груз высыпается на пол).

Для подачи груза в горизонтальные трубопроводы применяют приемники типа «тройник» (рис. 10.5, б). горизонтальная перегородка 1 разделяет поток воздуха на две части, тем самым препятствуя образованию завалов груза в приемнике.

а) б)

Рис. 10.6

Б. В установках нагнетательного типа с небольшими массовыми концентрациями обычно применяют шлюзовые затворы и эжекторы. Шлюзовой затвор (рис. 10.6, а) состоит из цилиндрического корпуса 2, лопастного ротора 3, сидящего на валу 4. Груз из приемного патрубка 5 заполняет ячейки вращающегося от специального привода ротора и перемещается в трубопровод 6 при повороте ротора на 180°. Избыток воздуха отводится через патрубок 1. Зазор между корпусом и лопастями ротора должен составлять не более 0,05 мм.

Производительность шлюзового затвора приближенно равна

,

где V – емкость всех ячеек ротора; n_р – частота вращения ротора (обычно 40…60 об/мин); К₃ – коэффициент заполнения ячеек: для зерновых материалов К₃=0,7…0,8, для порошкообразных К₃=0,5…0,6.

Основные недостатки шлюзовых затворов – большие утечки воздуха и возможные заклинивания, особенно при работе на таких продуктах, как сахарный песок.

Принцип действия эжекторного приемника (рис. 10.6, б) основан на создании в зоне подачи груза в трубопровод статического давления, равного или несколько меньше атмосферного. С этой целью в прямоугольном корпусе 1, изменяя положение изогнутых пластин 2 и 3, создают сужение потока. Соответственно увеличивается скорость воздуха (давление снижается) и груз из бункера 4 свободно поступает в трубопровод, а воздух наоборот не выходит из него.

В. По принципу действия разгрузочные устройства различают: центробежные, объемные и инерционные. Тип применяемого отделителя определяется гранулометрическим составом транспортируемого груза и расходом воздуха. На предприятиях пищевой промышленности получили распространение центробежные и объемные отделители.

В установках пневмотранспорта зерноперерабатывающих и других предприятий широко используют центробежные разгрузители (рис. 10.7). Аэросмесь поступает в циклон через прямоугольный патрубок 1 по касательной к цилиндрической части корпуса 3 и приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы взвешенные частицы груза отбрасываются к внутренней поверхности корпуса отделителя, где они тормозятся силами трения и падают вниз, выгружаясь через выпускной патрубок 5. Воздух, содержащий более мелкие частицы, попадает в коническую часть циклона 4, где освобождается от груза и, изменив свое направление, восходящим потоком с пылью выходит через верхний патрубок 2.

Эффективность работы отделителя зависит от размеров, формы и плотности частиц, а также от конструкции.

Центробежные отделители выбирают по расходу воздуха, поступающего в него из трубопровода. Для эффективного разделения смеси следует обеспечивать рациональное значение скорости входящего потока; например для зерна целесообразно иметь 8…10 м/с, для продуктов размола – 14…20 м/с.

Основные размеры циклона (рис. 10.7):

; ; ;

.

Размеры сечения входного прямоугольного патрубка b и h принимают: ; .

В объемных отделителях выделение твердых частиц из аэросмеси происходит при значительном (100 и более раз) понижении скорости. Выделенные вследствие этого частицы материала оседают под действием собственных сил тяжести. Размеры объемного отделителя принимают

;

Рис. 10.7

Г. Очистка воздуха в пневмотранспортных установках на пищевых предприятиях чаще всего выполняется в две стадии. Для первичной (грубой) очистки воздуха используют батарейные циклоны, принцип действия которых такой же как в центробежных отделителях.

Эффективность очистки в центробежных пылеотделителях возрастает с уменьшением диаметра циклона и, чтобы обеспечить значительную пропускную способность по воздуху, их группируют для параллельной работы в батареи. На зерноперерабатывающих предприятиях преимущественное применение получили батарейные циклоны из четырех элементов, скомплектованные в два ряда с эффективностью очистки 98 %. Батарейные циклоны подбирают по расходу воздуха, подлежащего очистке.

Рис. 10.8

Для вторичной (тонкой) очистки воздуха, поступающего в воздуходувные машины и предназначенного для выброса в атмосферу, применяют матерчатые пылеотделители. Коэффициент пылеотделения рукавных фильтров, используемых в очистительных отделениях мукомольных и крупяных заводов, составляет 99,9 %. Фильтры подбирают исходя из удельной нагрузки на ткань рукавов.

При рециркуляции воздуха в помещении иногда применяют мокрые фильтры.

Д. Транспортные трубопроводы изготавливают из стальных бесшовных труб с толщиной стенок 1,5…4 мм. Трубы по длине соединяются фланцами. В целях снижения травмирования зерновых грузов и уменьшения гидравлического сопротивления целесообразно применять трубопроводы из пластмасс (полиэтилена, винилпласта) и стекла, толщиной 3…6 мм. Последние отличаются повышенной износостойкостью.

На поверхности неметаллических труб, вследствие трения груза, образовываются заряды статического электричества, поэтому с целью предотвращения возможных взрывов в помещении применяют меры для снятия и отвода электричества.

В качестве трубопроводов используют также гибкие шланги, например, для присоединения сопла в вагоно – и судоразгрузочных установках.

Е. Воздуходувные машины служат для создания разности давлений воздуха в пневмотранспортных установках. В установках низкого и среднего давления, транспортирующих сыпучий груз в разрешенной фазе, в основном применяют центробежные вентиляторы высокого давления и турбовоздуходувки, а при транспортировке груза в плотной фазе обычно используют ротационные и поршневые компрессоры различных конструкций. Любая воздуходувная машина может использоваться как для нагнетательных, так и для всасывающих пневматических установках.

Выбор типоразмеров воздуходувных машин производят по расходу воздуха и давлению, которые являются основными их параметрами.