8.12.5. Расчет основных параметров установки

1. Часовая производительность установки определяется в за­висимости от того, выполняет ли установка законченную транс­портную операцию или входит в общую технологическую линию и ее производительность зависит от других машин.

В первом случае среднесуточная или среднесменная произво­дительность цеха известна, и заданную часовую производитель­ность установки можно определить по формуле

(8.168)

где Q_c — среднесуточная (среднесменная) потребность цеха, т/сутки (т/смену); К₃ — коэффициент запаса, учитывающий особенности технологического процесса в течение суток (смены), ко­торый принимают в зависимости от конкретных условий в ши­роких пределах: К₃ = 1,1 Ч-1,5. Меньшие значения К₃ принимают в тех случаях, когда материал поступает к установке из бункеров или силосов с регулируемым питанием; К_рез — коэффициент ре­зерва, учитывающий перспективу производительности. Обычно этот коэффициент принимают в пределах: К_рез = 1,1-т-1,2. К вы­бору коэффициентов К₃ и К_рез. следует подходить осторожно во избежание неоправданного завышения производительности; t — время работы установки в сутки (смену), ч.

Это время выбирают, исходя из условий работы предприятия. При 3-сменной работе предприятия выгодно, чтобы оно было по возможности продолжительнее, чтобы не завышать часовую про­изводительность установки. В других случаях, в особенности при наличии приемных емкостей достаточно больших объемов, вы­годнее принимать меньшее число часов работы установки, но с производительностью большей, чем средняя часовая потребность цеха. От этого зависит значение коэффициента К₃.

Для большинства практических случаев заданную часовую производительность установки, выполняющей самостоятельную транспортную операцию, принимают равной

(8.169)

Заданную часовую производительность установки, работаю­щей в технологической линии с питанием от другой машины, определяют по максимально возможной производительности Qmax этой машины с учетом гарантийного запаса в пределах

(8.170)

В некоторых случаях, чтобы не завышать производительность транспортной установки, между питающим агрегатом и проекти­руемой установкой предусматривают промежуточную емкость, объем которой зависит в основном от величины и частоты ко­лебания производительности питающего агрегата. Однако, не­смотря на это, заданную производительность и в этом случае следует брать на 10—20% больше максимальной производитель­ности питающей машины. Примером может служить установка, работающая в технологической линии помольного агрегата на цементном заводе.

После уточнения заданной производительности установки оп­ределяют ее расчетную часовую производительность в зависимо­сти от выбранного типа питателя:

а) для пневмовинтовых насосов, пневмокамерных" подъемников и гравитационно-пневматических устройств конструкции «Гипроцемента», осуществляющих непрерывный ввод материала в тру­бопровод, расчетную производительность принимают равной или на 10% больше заданной, т. е.

(8.171)

б) для пневмокамерных насосов, работающих циклично, при­нимают следующую расчетную производительность,

Для однокамерных насосов — Q_M._p. = (1,54-2,0) • qm.s. Для двухкамерных насосов — Q_M.p. = (1.2ч-1,3)-Q_M.₃., т/ч.

2. Приведенная длина транспортирования Ь_Пр определяется по пространственной схеме установки, которую предварительно следует выполнить, по следующей формуле:

(8.172)

где 21_ГВН — сумма геометрических длин прямых: горизонтальных, вертикальных и наклонных, м; 21_ЭК — сумма эквивалентных длин прямых участков для отводов (колен), м; 21_ЭП — сумма эквива­лентных длин прямых участков для переключателей, м;

Эквивалентную длину для колен под углом 90 °, расположен­ных в горизонтальной плоскости, и отношении радиуса закруг­ления к диаметру R/d_Tp^3 следует принимать равной 5 м пря­мого участка трубы. Для колен под углом 90 ° и R/d_Tp^3 в вертикальной плоскости — равной 8 м прямого участка. Эквива­лентную длину для двухходового переключателя следует прини­мать равной 8 м прямого участка согласно рекомендациям ВНИИПТМаша.

3. При проектировании ПТУ следует учитывать основные фи­зико-механические свойства транспортируемых материалов: гра­нулометрический и фракционный состав, влажность, плотность и объемную массу, коэффициент внутреннего трения, угол естест­венного откоса, сыпучесть, способность к аэрированию, абразив-ность и др.

Гранулометрический состав и эквивалентный (средневзвешен­ный) диаметр частиц, плотность и объемная масса материала оказывают определяющее влияние на потребные (оптимальные) скорости воздуха и концентрацию материально-воздушной смеси.

Гранулометрический состав, эквивалентный диаметр частиц, коэффициент внутреннего и внешнего трения, абразивность вли­яют на потери давления в материалопроводе. Абразивность ма­териала, связанная с прочностью, формой и размером частиц, значительное влияние оказывает на износ стенок материалопро-вода. Поэтому перед проектированием и расчетом ПТУ необхо­димо заранее определить основные физико-механические свойства транспортируемых материалов по известным в технике мето­дикам.

4. Потребную (оптимальную) скорость воздуха V_K на выходе из материалопровода определяют по формуле:

(8.173)

где а — опытный коэффициент, принимаемый для порошкообраз­ных материалов (цемента, сырьевой муки, технологической пыли, золы ТЭС и др.) равным а = 0,8; q — плотность материала, т/м³; d₃ — эквивалентный (средневзвешенный) диаметр частиц матери­ала, мкм, который определяется по формуле:

(8.174)

где do; di; d2; ...d_n _ i; d_n — граничные значения размеров фрак­ций; ei; аг; ...a_n — весовая доля фракции в %.

Для определения V_K можно пользоваться графической зави­симостью V_K = f (Lnp) на рис. 8.9.

5. Оптимальную концентрацию материально-воздушной смеси }х для пневмокамерных и пневмовинтовых насосов при транспорти­ровании цемента, сырьевой муки, золы ТЭС и др. определяют по графическим зависимостям ц, = f (L_np, тип питателя) на рис. 8.9., а для гравитационно-пневматических устройств конструкции «Гип-роцемента» по зависимостям ц = f (L_np) на рис. 8.10.

6 . Потребный расход сжатого воздуха Q_B определяют по фор­муле

(8.175)

где Q_M-p.— расчетная производительность в т/ч; q_b — 1,2 кг/м³ — плотность атмосферного воздуха при нормальных условиях.

7. Внутренний диаметр материалопровода d_Tp определяют по формуле:

(8.176)

где Q_B — в нм³/мин, V_K — в м/с.

По ГОСТ 8732—78 выбирают трубы с внутренним диаметром, равным или большим ближайшим к рассчитанному.

После этого уточняют расход сжатого воздуха при той же скорости по формуле:

(8.177)

и фактическую концентрацию смеси по формуле:

(8.178)

При больших дальностях подачи (Ьпр^ЗОО м) для всех по­рошкообразных цементных материалов целесообразно принимать ступенчатый материалопровод, т. е. переменного диаметра, при­чем начальный участок, где имеют место наименьшие скорости, следует брать меньшего диаметра, чем рассчитанный по формуле 8.176., а конечный участок с большими скоростями воздуха — увеличенного диаметра, чем дает расчет по формуле .8.176.

Ступенчатый трубопровод выбирается из следующего условия: эквивалентный его диаметр должен быть равен или несколько больше рассчитанного, т. е.

(8.179)

где di — внутренний диаметр трубопровода нг начальном участ­ке, принимаемый из условия, чтобы площадь его поперечного сечения была бы примерно на 20 % меньше площади попереч­ного сечения трубопровода с расчетным диаметром, т. е.

(8.180)

Обычно по ГОСТ 8732—78 принимают ближайший меньший по сортаменту труб; cb — внутренний диаметр среднего участка трубопровода, который принимается равным расчетному; ds — внутренний диаметр конечного участка трубопровода, принима­емый из следующего условия: площадь поперечного сечения его должна быть больше на 20—30%, чем площадь поперечного се­чения трубопровода с расчетным диаметром, т. е.

(8.181)

Обычно по ГОСТ 8732—78 принимают ближайший больший к расчетному диаметр трубы.

Длину начального участка Ь_Пр выбирают из такого расчета, чтобы она составляла не более 20 % от общей длины L_np:

(8.182)

Длину среднего участка обычно принимают равной:

(8.183)

Конечный участок, таким образом, будет длиной

(8.184)

Более трех участков практически принимать не следует даже при большой общей длине 1000—1500 м, т. к. это усложнит замену труб при их износе и др.

Ступенчатый материалопровод позволяет повысить скорость смеси в начальном участке, что сводит до минимума случаи забивки труб материалом, а на конечном участке за счет сни­жения скорости уменьшает износ, который обычно имеет место при материалопроводе постоянного по всей длине диаметра. Эти важные стороны свидетельствуют о целесообразности применения ступенчатых трубопроводов, в особенности при значительных (>300 м) дальностях транспортирования. Материалопровод пере­менного диаметра целесообразно применять даже при дальностях транспортирования L_np^200 м в случае перемещения абразив­ных материалов, например, золы ТЭС, глинозема, белитовых крупнодисперсных порошков и др.

8. Потери давления АР_Тр в материалопроводе определяются по формуле:

(8.185)

где (8.186)

— опытный приведенный аэродинамический коэффициент сопро­тивления трубопровода при перемещении материально-воздуш­ной смеси.

Для большинства цементных материалов (цемента, сырьевой муки, технологической пыли, золы ТЭС и др.) опытный коэффи­циент А = 250. Для сильно абразивных материалов (глинозема, апатитового концентрата и др.), а также для крупнодисперсных материалов (белитовых порошков и пр.) коэффициент А = 300;

(8.187)

Я,_к— коэффициент трения «нормального» воздуха о стенки трубы. Эта формула принята для труб с шероховатой поверхностью, что обычно имеет место при пневмотранспорте, в особенности в начальный период эксплуатации:

- число Рейнольдса; (8.188)

м²/с — коэффициент кинематической вязкости «нормального» воздуха; q_k = 1,2 кг/м³ — плотность «нормального воздуха»; V_K — скорость воздуха на выходе из материалопровода, м/с; Ь_Пр — приведенная дальность транспортирования, м; g = 9,81 м/с — ускорение силы тяжести; d_Tp — внутренний диаметр материало­провода (расчетный или эквивалентный при ступенчатом трубоп­роводе), м; q_b = 1,8 кг/м³ — средняя плотность сжатого воздуха на участке подъема. Она принята такой, потому что для боль­шинства практических случаев участок подъема обычно находит­ся в конце трассы; ц — концентрация материально-воздушной кг материала, смеси, п — высота подъема материала, м. кг воздуха

9. Потребляемую мощность привода пневмовинтовых насосов находят по формуле:

(8.189)

где а — опытный коэффициент, зависящий от вида транспорти­руемого материала; для цемента, сырьевой муки и пр. а = 0,7; рс.к.— избыточное давление внутри смесительной камеры насоса, кгс/см²; п — частота вращения шнека, об/мин; В_шн.— диаметр напорного шнека, м.

10. Расход электроэнергии на выработку сжатого воздуха оп­ределяют по следующей формуле:

(8.190)

где Р₀ — атмосферное давление воздуха, атм; Р_к — рабочее дав­ление компрессора, которое принимается следующим:

(8.191)

АР_Тр — потери давления в материалопроводе, определенные по формуле (8.185); АР_С — потери давления в воздухопроводе от компрессора до питателя. Обычно принимают АР_С = 0,3— 0,5 кгс/см ; т] — общий КПД компрессора, принимаемый в пре­делах 0,55—0,70; Q_K = 1,1-Qu — производительность компрессора или потребный расход сжатого воздуха с учетом потерь в под­водящей сети, нм³/мин.

11. Удельный расход сжатого воздуха на транспортирование 1 т материала определяют по формуле:

(8.192)

На рис. 8.11 приведены графические зависимости удельного расхода сжатого воздуха q_B от приведенной дальности транс­портирования Ь_Пр для пневмокамерных и пневмовинтовых на­сосов двух разновидностей: способных работать при давлении внутри смесительной камеры до 0,2 и 0,3 МПа. По этим зависимостям можно быстро оценить экономичность работы ПТУ и сравнить с рассчитанным удельным расходом воздуха по формуле (8.192)

1 2. Удельный расход электроэнергии на транспортирование 1 тонны материала находим по формуле:

для пневмовинтовых насосов

(8.193)

для пневмокамерных насосов и гравитационно-пневматиче­ских устройств «Гипроцемента»

(8.194)