7. Ауа сепараторларының негізгі параметрлерін анықтау

1. Жалпы шарты

Ауа сепараторлары (аспираторлар) негізгі өнімді (дәнді) пневматикалық желіден бөлу үшін және негізгі дақыл дәнінен аэродинамикалық қасиеттерімен ерекшеленетін қоспаларды ауа тасқынымен бөлу үшін қолданылады. Ондай қоспаларға пыш дәндер, пленкалар, қабықтар, кебектер, сабандар, тозаң және т.б. жатады, олар жеңіл қоспалар (ұшатын) деп аталады.

Заманауи дән тазалау машиналарында келесі сепарациялау тәсілдерін қолданады:

- вертикаль, еңіс немесе көлденең ауа тасқынында;

- ауамен бірге ортадан тебіліс күштерінің өрісін пайдалану;

- ауамен бірге сепарацияланатын қоспа компоненттерінің кинетикалық энергиясын пайдалану;

- пневмоинерциялық;

- цехішілік тасымалдау жағдайында аэромеханикалық және басқалар.

Конструкциясының қарапайымдылығымен және құрылғыларының компактілігіне байланысты ең көп қолданыс тапқан вертикалдық ауа тасқынында дән қоспасын сепарациялау.

Ауа сепараторларын екі топқа бөлуге болады: ажыраған және тұйықталған ауа циклымен жұмыс істейтін болып бөлінеді. Бірінші топқа жарма дән зауыттарында кең қолданылатын аспирациялық колонкалар және ұнтарту зауыттарында қолданылатын пневматикалық транспорты бар пневмосепараторлар жатады. Екінші топқа негізінен, ұнтарту және жарма дән зауыттарының дән тазалау бөлімшелерінде қолданылатын екі еселенген үрлемелі пневмосепараторлар жатады. Бұдан бөлек, ауа сепараторлары бөгде технологиялық машиналардың құрамдас элементі ретінде жиі қолданылады, мысалы, ауа-елек сепараторлары, тастарды бөлу машиналары жатады.

Ауа сепараторының негізгі параметрлері, дәннің тазартылу тиімділігін және сепарациялау дәлдігін қамтамасыз ететін, меншікті дәнмен жүктелуі, пневмосепарациялау арнасының өлшемдері, ауа тасқынының жылдамдығы және сепараторда қысымның жоғалуы болып табылады.

Тазартылу тиімділігі η (%) дәннен бөлінген қоспалар массасының бастапқы аралас қоспадағы қоспа массасына қатынасы, олар ауа тасқынымен бөлінеді және келесі формуламен анықталады:

(148)

мұнда А – қалдықтар массасы, кг;

а – қалдықтардағы қалыпты дән құрамы, олардың массасына %;

Б – бастапқы аралас қоспадағы ауа тасқынымен бөлінуі қажет қалдықтардың массасы, кг.

Қалдықтар құрамында қалыпты дәннің болуы сепарациялаудың дұрыстығын сипаттайды, яғни процестің сапалы жағын білдіреді.

Аңғартпа. Ұнтарту зауыттарында технологиялық процесті жүргізу ережелері бойынша қалдықтар құрамындағы қалыпты дән мөлшері 0,02 (2%) аспауы қажет.

Пневмосепарациялау арнасы (сур.10.1.) келесі геометриялық өлшемдермен сипатталады: ұзындығымен L, енімен В, арнаға дәннің түсетін орнынан тұндыру құрылғысының бұрылысына дейінгі биіктігімен H₁, арнаға ауаның ену орнынан, оған дәннің түсетін орнына дейінгі биіктігімен H₂ және сепарацияланатын қоспаның арнаға ену бұрышымен α.

Ауа сепараторының өнімділігі Q (кг/сағ) меншікті жүктемеге тәуелді q (кг/сағ арнаның 1 см ұзындығына). Меншікті жүктемені ұлғайтқан сайын тазалау тиімділігі нашарлайды. Мысалы, бидай үшін ең қолайлы технологиялық тиімділік q = 85…110 кг/(см·сағ) болғанда қамтамасыз етіледі.

Бастапқы тазартуға арналған ауа сепараторларында меншікті жүктемені өнімділігін арттыру үшін ұлғайтады. Осыған орай, тазалау тиімділігін: бастапқы тазалау үшін η = 0,6…0,7, екінші рет тазалау үшін η = 0,7…0,8.

Пневмосепарациялау арнасының геометриялық өлшемдерін оңтайлы дән жүктемесі мен берілген өнімділігі бойынша таңдайды. Арна ұзындығын L (см) келесі формуламен анықтайды:

(149)

Дәннің жеңіл қоспалардан арылу тиімділігі η арнаның еніне В байланысты, меншікті жүктеме мен арна енінің келесі қатынастарымен максималдық мәніне қол жеткізе отырып: q = 50 кг/(сағ·см) болғанда В = 100 мм, q=80 кг/(сағ·см) болғанда В = 130 мм, q = 90 кг/(сағ·см) болғанда В = 150 мм, q=100 кг/(сағ·см) болғанда В = 260…270 мм, q = 200 кг/(сағ·см) болғанда В = 320 мм анықталады.

Дәннің тазаруының максималдық тиімділігіне қол жеткізу үшін ауа сепараторының конструкциясында арна енін реттеу мүмкіндігі қарастырылады.

Сур. 10.1. Тік бұрышты пневмосепарациялаушы арна

Пневмосепарациялаушы арнаның жоғарғы бөлігінің биіктігі H₁ де тазалау тиімділігіне әсер етеді. Оны арттыра отырып, сепарациялау тазалығы мен тиімділігін арттыруға болады. Арнаның Н₁ биіктігін Н₁= 800…1500 мм аралығында қабылдаған дұрыс, сонымен бірге неғұрлым биігрек болса, арна ені В соғұрлым үлкен болуы керек. Арнаның Н₂ биіктігі 120 мм кем болмауы тиіс, әйтпесе тегістелмеген ауа тасқыны қалыпты дәндерді қалдықтарға айдап кетеді, ал жеңіл қоспалар дәнмен бірге қалып қоюы ықтимал.

Дәнді ауа тасқынымен тазалау тиімділігі бөлшектердің пневмосепарациялау арнасына түсуінің бастапқы жылдамдығына V_o және ауа тасқынының орташа жылдамдығына V тәуелді. Бастапқы оңтайлы жылдамдық V_о = 0,2…0,3 м/с аралығында таңдалады. Ауа тасқынының орташа жылдамдығын V арттырған сайын тазалау тиімділігі белгілі шекке дейін артады, одан соң дән «қайнау» қалпына ауысады, сол арада қалыпты дәндерді қалдықтарға айдап кету лезде басталады.

Ауа тасқынының жылдамдығын V азық-түлік дәнін тазалау үшін келесі формуламен анықтайды:

(150)

мұнда V_ВИТ – дәннің қалықтау жылдамдығы, м/с (2 қосымша бойынша анықталады).

Ауа сепараторында ауа шығынын Q_В (м³/с) келесі формуламен анықтайды:

(151)

мұнда В – арна ені, м; L – арна ұзындығы, м; V – ауа тасқынының жылдамдығы, м/с.

Ауа сепараторындағы қысымның жоғалуы ΔН (кгс/м²) келесі формуламен анықталады:

(152)

мұнда k – кедергі коэффициенті, кгс·мин²/м⁸; Q – ауа шығыны, м³/мин.

Кедергі коэффициенті ауа сепараторының конструкциясына тәуелді және келесі k = 0,075…0,08 аралықта болады.

Дәндерді және жеңіл қоспаларды шығару үшін және сонымен бірге герметизация үшін шлюздік жапқыштар қызмен атқарады, олардың тип өлшемдерін 5 қосымша бойынша таңдайды, және әртүрлі клапандар қызмен атқарады. Қажетті сиымдылықты V_Ш (дм³) келесі формуламен анықтайды:

(153)

мұнда Q_Ш – жапқыштың есептік өнімділігі, кг/мин; ρ – өнімнің көлемдік массасы, кг/дм³; n – ротордың айналым жиілігі, мин ^–1, n = 20…40 мин ^{– 1}; φ – ұяшықтардың толу коэффициенті, дәнді материалдар үшін φ = 0,7…0,8, ұнтақ тәрізділер үшін φ = 0,5…0,6.

Шлюздік жаппа жетегі үшін шығындалатын қуат N_ШЛ (кВт), тиелетін аузы қимасындағы жүктің ішкі үйкеліс күшін жеңуге шығындалады, мойынтіректердегі үйкеліс күшін жеңуге шығындалады және ротор мен шлюздік жапқыш корпусы аралығындағы саңылауға түскен бөлшектерді жармалауға шығындалады. Оны келесі формуламен анықтайды:

(154)

мұнда p – тиелу аузын қиып өтетін жазықтықтағы жүктің вертикалдық қысымы, Н/м²; R_Р – ротор радиусы, м; r_З – тиелу аузының радиусы, м; К₁ – бөлшектерді жармалауға шығындалатын энергияны ескеруші коэффициент, дәнді материалдар үшін К₁ = 2,2; ұнтақ тәрізділер үшін К₁ =1,0; η_ПР – шлюздік жапқыштың ПӘК, η = 0,7…0,8; η_шл – шлюздік жапқыш роторы білігінің мойынтіректерінде энергия жоғалуын ескеруші коэффициент, сырғымалы мойынтіректер үшін η_шл = 0,90…0,92, тербелмелі мойынтіректері үшін η_шл= 0,97…0,99.

Бөлгіштегі қысымның жоғалуын ΔH₁ (Па) келесі формуламен анықтайды:

(155)

мұнда ξ_отд – бөлгіштің аэродинамикалық кедергі коэффициенті; V_ВХ – енгізу келтеқұбырындағы ауа жылдамдығы, м/с; ρ_В – қалыпты жағдайдағы ауа тығыздығы, ρ_В =1,2 кг/м³. ξ_отд және V_ВХ мәндерін 6 қосымшадан қабылдайды.

Аңғартпа: *дән үшін; ** ұн үшін.

Желдеткіштің жетегіне қажетті қуатты N (кВт) келесі формуламен анықтайды:

(156)

мұнда Н – ауа сепараторындағы қысымның жиынтық жоғалуы, Па; η_В – желдеткіштің ПӘК (желдеткіш сипаттамасы бойынша анықталады); η_п – жетектің ПӘК (электрмотор білігіне доңғалақ отырғызылған болса η_п = 1; біліктер муфтамен жалғанған болса η_п = 0,98; сына ремендік берілісте η_п = 0,95).

Ауа сепараторындағы қысымның жиынтық жоғалуы Н (Па) келесі формуламен анықтайды:

(157)

мұнда k₁ – желдеткіш жұмысындағы ықтималдық ауытқуын ескеруші коэффициент.

2. Тапсырмалар және олардың орындалуы

Ауа сепараторының параметрлерін анықтау есебі

1. Пневмосепарациялаушы арнаның геометриялық өлшемдері;

2. Дәнді тазалау тиімділігі;

3. Шлюздік жаппа жетегіне шығындалатын қуат

Бидайды екінші реттік тазалау үшін ауа сепараторын есептеу және жобалау. Сепаратор өнімділігі Q = 5000 кг/сағ. Тазару тиімділігі η = 75%, дәндегі бөгде қоспалар – 2%, қалдықтардағы дән мөлшері – 2% құрайды.

Ауа сепараторы ауаның тұйықталған циклы бойынша жұмыс істейді, пневмосепарациялау арнасы тік бұрышты пішінді.

Ауа сепараторындағы технологиялық процесс төмендегідей жүреді. Бастапқы дән тиеу воронкасына 2 құйылады, содан соң жүк клапаны 3 арқылы пневмосепарациялау арнасына 1 барады, жүк клапаны ауаның сорылуына кедергі келтіретін қарсылық тудырады. Дән қабаты пневмосепарациялау арнасының 1 тұтас ұзындығы бойымен тепе-тең таралуы қажет және ауа тасқынымен іс жүзінде тік бүрышпен қиылысып соқтығысуы керек.

Сур. 13.1. Ауа сепараторының технологиялық сұлбасы: 1 – пневмосепарациялаушы арна; 2 – тиеуге арналған воронка; 3 – жүк клапаны; 4 – тұндыру камерасы (циклон); 5,6 – шлюздік жапқыш; 7 – желдеткіш

Ауа тасқыны, дән қабатына кеулеп өту арқылы, жеңіл қоспаларды іліп ала кетеді және оларды тұндыру камерасына 4 жеткізеді, ол жерде қалдықтар ауа тасқынынан ажырап, камерадан шлюздік жапқыш 6 арқылы шығарылады, ал тазарған ауа желдеткішпен 7 пневмосепарациялау арнасына 1 бағытталады.

Тазарған дән пневмосепарациялау арнасының түбіне құлайды және шлюздік жапқыш 5 арқылы шығарылады.

2 қосымша бойынша бидайдың физика-механикалық қасиеттерін анықтаймыз: көлемдік тығыздығы ρ = 760 кг/м³; ішкі үйкеліс коэффициенті f₁ =0,47; үйкеліс бұрышы φ = 20,3^о; болат елек бойымен сыртқы үйкеліс коэффициенті f = 0,37, бидайдың қалықтау жылдамдығы V_ВИТ = 8,5…11,5 м/с, лас қоспалардың қалықтау жылдамдығы V_ВИТ = 4…6 м/с. Меншікті жүктемені ұсынбаларға сүйене отырып, q =90 кг/(сағ см) қабылдаймыз.

Дәннен бөлінетін қоспалардың максималдық мөлшерін А (кг), (148) формуладан, қалдықтар құрамындағы қалыпты дән құрамын, а = 2% олардың массасына байланысты біле отырып, анықтаймыз; Б – бастапқы қоспадағы ауа тасқынымен бөлінетін қалдықтар массасын, Б = Q⋅ 0,02 = 5000 ⋅ 0,02 = 100 кг анықтаймыз.

Осыдан:

Пневмосепарациялау арнасының геометриялық өлшемдерін меншікті дәнмен қабылданған жүктелуін q = 90 кг/(сағ см) және берілген өнімділігін Q = 5000 кг/сағ бастамаға ала отырып, анықтаймыз.

Арна ұзындығын L (см) (149) формула бойынша анықтаймыз:

Пневмосепарациялау арнасының ұзындығын L = 0,55 м қабылдаймыз.

Меншікті дәнмен қабылданған жүктелуін бастамаға ала отырып, арна енін В= 200 мм = 0,2 м қабылдаймыз.

Пневмосепарациялау арнасының жоғарғы бөлігінің биіктігі, арнаға дәннің түсетін жерінен бастап тұндыру құрылғысына бұрылуына дейінгі биіктігін, ұсынбаларға сәйкес, H₁ = 1100 мм = 1,1 м қабылдаймыз.

Ауаның арнаға ену орнынан бастап дәннің арнаға түсу орнына дейінгі биіктігін Н₂ = 120 мм қабылдаймыз, әйтпесе тегістелмеген ауа тасқыны қалыпты дәндерді ұшырып қалдықтарға алып кетеді, ал жеңіл қоспалар дәнде қалып қоюы мүмкін.

Дәнді енгізу бұрышы аталған конструкцияда үйкеліс бұрышынан үлкен болуы керек және:

α > φ = arctg f = arctg 0,37 = 20,3^o тең болады

α =30^о қабылдаймыз.

Дәннің ауа тасқынымен тазару тиімділігі дәннің пневмосепарациялау арнасына түсуінің бастапқы жылдамдығына V_o және ауа тасқынының орташа жылдамдығына V тәуелді. Дәннің түсуінің бастапқы жылдамдығын, ұсынбаларға сәйкес, V_о = 0,3 м/с қабылдаймыз.

Ауа тасқынының жылдамдығын V азық-түлік дәнін тазалау үшін (150) формуламен анықтайды, 2 қосымша бойынша 2 бидайдың қалықтау жылдамдығын, V_ВИТ = 9 м/с қабылдаймыз. Осыдан:

V = (0,4...0,8)* 9 = 3,2...7,2 м/с.

Ауа тасқынының жылдамдығын V =6 м/с қабылдаймыз.

Ауа сепараторында ауа шығынын Q_В (м³/с) (151) формуламен анықтайды, ауа сепараторының негізгі параметрлерін біле отырып: арна ені В = 0,15 м; арна ұзындығы L =0,55 м:

Ауа сепараторындағы қысымның жоғалуын ΔН (кгс/м²) (152) формуламен анықтайды, ауа шығынын Q = 29,7 м³/мин білеміз және кедергі коэффициентін береміз, k =0,08 кгс·мин²/м⁸. Осыдан:

Бөлгіштегі қысымның жоғалуын ΔH₁ (Па) (155) формуламен анықтайды, 6 қосымша бойынша бөлгіштің аэродинамикалық коэффициентін ξ_отд = 3,7, енгізу келтеқұбырындағы ауа жылдамдығын V_ВХ = 10 м/с; қалыпты жағдайдағы ауа тығыздығын ρ_В = 1,2 кг/м³ білеміз:

Ауа сепараторындағы қысымның жиынтық жоғалуын (157) формуламен анықтайды, олар:

Желдеткіш жетегінің тұтынатын қуатын N (кВт), ауа шығынын біле отырып, (156) формуламен анықтайды, содан кейін желдеткіштің ПӘК таңдаймыз (желдеткіш сипаттамасынан аламыз) η_В = 0,5; сыналы ремендік берілісте жетектің ПӘК η_п = 0,95. Осыдан:

Анықтамалық әдебиет бойынша ВЦП-3 типіндегі желдеткішті таңдаймыз, оның паспорттық мәліметтері: өнімділігі Q =0,55 м³/с, айналым жиілігі n = 2500 мин^–1, максималдық қысымы Н = 1020 Па, электрмотор қуаты N= 2,2 кВт.

Дәнді беру үшін жүк клапанын таңдаймыз, ол сонымен бірге пневмосеперациялық арнаны ауаның сорылып кетуінен герметизациялайды.

Пневмосепарациялау арнасы мен тұндыру камерасынан дән мен жеңіл қоспаларды шығару үшін шлюздік жапқыштар қызмет атқарады және сонымен бірге бір мезгілде герметизация рөлін атқарады.

Тұтынылатын сиымдылықты V_Ш (дм³) (153) формуламен анықтайды, жапқыштың есептік өнімділігін Q_Ш = 83,3 кг/мин; бидайдың көлемдік массасын ρ = 0,76 кг/дм³ біле отырып, ұсынбаларға сай ротордың айналым жиілігін n = 30 мин^-1 және ұяшықтардың толу коэффициентін φ = 0,7 таңдаймыз. Содан соң 5 қосымша бойынша шлюздік жапқыштың тип өлшемін таңдаймыз.

5 қосымша бойынша ШУ-6 шлюздік жапқышты таңдаймыз.

Шлюздік жапқыш жетегіне шығындалатын қуатты N_ШЛ (кВт), (154) формула бойынша анықтаймыз. Тиелу аузының қиық жазықтығына түсетін жүктің вертикаль қысымы, p = 500 Н/м²; бөлшектердің уатылуына шығындалатын энергияны ескеруші коэффициент, дәнді дақыл материалдары үшін К₁ = 2,2; шлюздік жапқыш жетегінің ПӘК, η = 0,7; шлюздік жапқыш роторы білігінің мойынтіректерінде энергияның жоғалуын ескеруші коэффициент, сырғанақ мойынтіректер үшін η_шл = 0,90, ротордың айналым жиілігі n = 0,5 с^-1. Ротор радиусын және тиелу аузының радиусын анықтамалық әдебиеттен анықтаймыз, сәйкесінше ШУ-6 шлюздік жапқыш үшін, R_Р = 0,117 м; r_З = 0,075 м. Осыдан:

Есептелген мәліметтерге сүйеніп шлюздік жапқыш жетегінің кинематикалық сұлбасын құраймыз және электр моторды таңдаймыз.

Ұқсас тапсырмалардың нұсқалары 12 кестеде келтірілген.

12 кесте

Ауа сепараторларының негізгі параметрлерін есептеуге арналған бастапқы мәліметтер.

Өнім	Өнімділігі, кг/сағ	Қоспалар құрамы, %	Қалдықтардағы қалыпты дән құрамы, %	Тазалау тиімділігі, %
бидай	1000	2,0	1,5	80
бидай	2000	3,0	2,0	70
бидай	3000	5,0	1,5	60
Қара бидай	1500	1,5	2,0	80
Қара бидай	4000	5,0	1,0	60
Қара бидай	6000	4,0	1,5	70
арпа	5000	2,0	1,5	75
арпа	3000	4,0	2,0	65
арпа	1000	6,0	1,0	60
бұршақ	3000	3,0	1,0	70
бұршақ	5000	5,0	1,5	65
бұршақ	2000	2,0	2,0	80