книги из ГПНТБ / Механизация процессов добычи и переработки торфа

Канд. техн. наук Л. О. ГОРЦАКАЛЯН

ВЛИЯНИЕ ПОСТУПАТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ ПНЕВМОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ

НА ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ АЭРОСМЕСИ

В процессе работы пневмоуборочной машины фрезерная крошка, находящаяся перед входным отверстием сопла, воз­ душным потоком отделяется от поверхности залежи, увле­ кается в сопло и далее во взвешенном состоянии транспор­ тируется в бункер машины.

При движении машины фрезерная крошка как бы непре­

к соплу при движении машины, захватывается воздушным потоком и направляется в пневмосистему. Как показывают исследования работы пневмоуборочных машин, а также ла­ бораторные исследования, изменение поступательной скоро­ сти машины (сопла) в определенном диапазоне практически мало влияет на весовую концентрацию аэросмеси, но вызы­ вает существенное изменение сборов торфа [1].

Увеличение поступательной скорости машины, казалось бы, должно было вызвать повышение концентрации аэро­ смеси, так как при этом увеличивается подача торфа к соплу, при неизменном расходе воздуха. Однако возможное увели­ чение концентрации быстро сказывается на сопротивлении системы, в результате чего рабочая точка совмещенных ха­ рактеристик вентилятора и сети смещается влево, что приво­ дит к падению расхода, а следовательно, и скорости воздуха во входном отверстии сопла.

С изменением скорости воздуха в зоне всасывания изме­ няются аэродинамические условия воздействия воздушного потока на частицы торфа, в результате чего подача торфа воздушным потоком уменьшается и концентрация уменьшает­ ся. Уменьшение концентрации приводит снова к увеличению скорости, и процесс повторяется.

Таким образом, в процессе работы происходит саморегу­ лирование системы и автоматически устанавливается опреде­ ленная концентрация смеси, которая может колебаться в не­ больших, практически мало заметных пределах.

Установленная таким образом концентрация смеси, как правило, не является максимальной при транспортировании фрезерного торфа в данной пневмосистеме. Зачастую давле­ ние, развиваемое вентилятором при данном расходе воздуха, позволяет транспортировать торфовоздушную смесь с более высокой концентрацией при условии обеспечения подачи не­ обходимого количества торфа в .пневмосистему. В этом мож-

20

но убедиться при активизации торфа в расстиле перед соп­ лом. Следовательно, соответствующая величина концентра­ ции аэросмеси для данной пневмосистемы обусловлена, с од­ ной стороны, давлением, развиваемым вентилятором, а с дру­ гой—условиями подачи (питанием) торфа в пневмосистему.

В пассивных соплах питание пневмосистемы торфом цели­ ком обусловлено работой всасывающего факела. Даже при значительном давлении, развиваемом вентилятором, и по­ ступлении большого количества торфа к соплу (при увеличе­ нии поступательной скорости сопла), но при слабой захваты­ вающей способности всасывающего факела нельзя обеспе­ чить максимально возможную концентрацию аэросмеси.

Таким образом, захватывающая способность воздушного потока всасывающего факела определяет количество мате­ риала (торфа), подаваемого в единицу времени в пневмо­ систему.

В этом мы убеждаемся, когда при постоянной поступа­ тельной скорости перемещения сопла производим увеличение скорости воздуха на входе в сопло. Последнее приводит к увеличению концентрации аэросмеси и значительному воз­ растанию количества подаваемого воздушным потоком тор­ фа .в систему. Независимо от увеличения скорости повышает­ ся давление, необходимое для преодоления возросшего со­ противления системы.

Повышение скорости воздуха на входе в сопло приводит не только к соответствующему аэродинамическому воздей­ ствию потока воздуха на частицы торфа, но и к возрастанию активной зоны всасывающего факела сопла, что увеличивает глубину воздействия воздушного потока на слой расстила. Кроме того, при постоянной поступательной скорости это сказывается на увеличении времени воздействия воздушного потока на слой расстила. Последнее обстоятельство некото­ рыми авторами рассматривается как основная причина уве­ личения концентрации аэросмеси. Однако это не совсем вер­ но. Анализ проведенных исследований показал, что если бы только время воздействия воздушного потока на слой ма­ териала влияло на концентрацию аэросмеси, то с увеличени­ ем поступательной скорости следовало бы ожидать непре­ менного уменьшения концентрации во всем диапазоне изме­ нения поступательных скоростей машины. Однако в опреде­ ленном интервале рабочих скоростей движения машины это­ го не наблюдается. Следовательно, время воздействия воз­ душного потока в активной зоне всасывающего факела на частицы торфа не всегда оказывает влияние на количество подаваемого в систему торфа.

Время действия воздушного потока в активной зоне вса­ сывающего факела на слой торфа исчисляется сотыми доля­ ми секунды, и основная м.асса торфа, попадающая в актив-

21

ную зону (зону больших скоростей) у входной кромки сопла, почти мгновенно захватывается и перемещается во всасы­ вающее отверстие. Поток большей силы может отделить, поднять и транспортировать большую массу торфа.

На разрушение слоя расстила требуется некоторое время. Однако оно чрезвычайно мало и практически не оказывает большого влияния на подачу торфа в систему.

Наблюдая размыв слоя расстила фрезерной крошки вса­ сывающим факелом неподвижного сопла, можно было ви­

расстила отдельных частиц торфа, общее количество которых было незначительным. То же наблюдается при движении сопла.

Однако не во всем возможном интервале изменения по­ ступательных скоростей машины (оп=0н-оо) может сохра­ няться постоянная концентрация аэросмеси, т. е. подача по­ стоянного количества торфа в систему.

Зависимость изменения концентрации аэросмеси от по­ ступательной скорости машины показывает, что при малой поступательной скорости может наблюдаться некоторое уве­ личение концентрации. Последнее имеет место при неболь­ шой толщине слоя торфа в расстиле, т. е. количество торфа, поступающего к соплу, может оказаться меньшим, чем спо­ собна захватить воздушная струя и принять пневмосистема. Поэтому до некоторого предела увеличение поступательной скорости, а следовательно, и подачи торфа к соплу будет со­ провождаться увеличением количества его, захватываемого воздушным потоком и принимаемого пневмосистемой. При этом концентрация будет расти, а скорость воздуха на вхо­ де в сопло падать до некоторого определенного предела, когда дальнейшее увеличение концентрации вызовет такое снижение скорости воздуха во всасывающем факеле, при ко­ торой она уже не сможет обеспечивать дальнейшее увеличе­ ние подачи торфа в пневмосистему воздушной струей. С это­ го момента устанавливаются примерно постоянные значения концентрации аэросмеси и скорости воздуха на входе в соп­ ло, которые автоматически саморегулируются.

Это постоянство количества подаваемого торфа и концен­ трации аэросмеси сохраняется до определенного значения скорости поступательного движения машины. При дальней­ шем увеличении поступательной скорости наступает такой момент, когда концентрация аэросмеси и подача торфа в пневмосистему начинают уменьшаться.

Таким образом, во всем диапазоне возможных изменений поступательной скорости машины можно выделить два кри­ тических (предельных) значения ее, при достижении которых

22

Максимальную скорость поступательного движения . ма­ шины, в пределах которой происходит увеличение концентра­ ции аэросмеси и подачи торфа в пневмосистему, назовем первой критической скоростью поступательного движения ма­ шины — ипк

График зависимости изменения характера сбора торфа от поступательной скорости машины

Максимальную скорость поступательного движения маши­ ны, превышение которой приводит к существенному падению концентрации и подачи торфа в систему, назовем второй критической скоростью поступательного движения машины —

Ц пк2 •

Значение первой критической скорости поступательного движения машины зависит в основном от количества торфа в расстиле.

При скорости поступательного движения машины меньше первой критической скорости убирается весь слой торфа, на­ ходящийся в расстиле. При этом количество торфа, подавае­ мого в пневмосистему, и концентрация будут меньше мак­ симально возможных значений, которые может обеспечить всасывающий факел сопла. Последнее объясняется недостат­ ком торфа в расстиле. В диапазоне изменения скоростей от цп= 0 до уп= У пк, концентрация будет величиной перемен­ ной, зависящей от поступательной скорости машины.

При скорости поступательного движения, большей первой

систему, и концентрация аэросмеси будут примерно постоянными, при этом полностью реализуется захватываю­ щая способность всасывающего факела сопла. В этом интер-

23

вале скоростей толщина убираемого слоя торфа, а следова­ тельно, и сборы его изменяются обратно пропорционально

тической скорости, т. е. нп>Цпк3 сообщаемая воздушным по­ током скорость движения частицам материала будет мень­ ше, чем скорость поступательного движения сопла, и части­ цы не могут разогнаться и догнать удаляющееся сопло. При этом дальнейшее увеличение скорости сопровождается не только падением сборов торфа, но и уменьшением количе­ ства его, поступающего в единицу времени в пневмосистему, и концентрации аэросмеси. Совершенно очевидно, что скоро­

Таким образом, можно отметить, что нормальный режим работы пневмосистемы имеет место при изменениях скорости

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Г о р ц а к а л я н Л. О. О повышении эффективности работы пневмо­ уборочных машин при активизации слоя фрезерной крошки.— «Торфяная промышленность», 1967, № 6.

крошки в зоне всасывающего факела сопла. Труды КПИ, вып. 1 (XIV). М., «Недра», 1966.

Канд. техн. наук Л. О. ГОРЦАКАЛЯН

ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕНТИЛЯТОРА И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ПНЕВМОУБОРОЧНОЙ МАШИНЫ

НА СКОРОСТЬ ВХОДА ПОТОКА В СОПЛО И КОНЦЕНТРАЦИЮ АЭРОСМЕСИ

Многочисленные исследования режима работы пневмотранспортной системы пневмоуборочных машин показывают, что с увеличением скорости потока на входе в сопло концен­ трация аэросмеси возрастает.

При наличии в системе дроссельной заслонки и постепен­ ном открытии ее общее сопротивление системы будет умень­ шаться, а расход и скорость увеличиваться. При этом уве­ личение потерь в системе, обусловленное увеличением ско-

24

роста воздуха, будет меньше, чем уменьшение сопротивле­ ния, вызванное открытием дроссельной заслонки. В резуль­ тате общее сопротивление при открытой дроссельной заслон­ ке уменьшается, и рабочая точка совмещенных характери­ стик смещается вправо. Так обстоит дело при движении чи­ стого воздуха через пневмосистему. При движении в системе аэросмеси и изменении концентрации ее сопротивление си­ стемы изменяется. При этом с возрастанием концентрации рабочая точка совмещенных характеристик смещается влево (при любом постоянном положении дроссельной заслонки или отсутствии ее).

При' наличии торфа перед соплом и повышении скорости на входе в сопло (при открытии дроссельной заслонки) про­ исходит возрастание концентрации аэросмеси, засасываемой в сопло. Последнее объясняется усилением захватывающей способности всасывающего факела, расширением активной зоны и появлением запаса давления, которое идет на покры­ тие возросшего сопротивления, вызванного увеличением кон­ центрации аэросмеси. При работе вентилятора и открытии дроссельной заслонки скорость потока может увеличиваться лишь в том случае, если общее сопротивление (несмотря на возрастание концентрации) уменьшится. Повышение сопро­ тивления, обусловленное ростом концентрации аэросмеси, как правило, будет по своей величине меньше, чем снижение сопротивления, вызванное открытием заслонки.

На рис. 1 схематично представлено изменение давления от скорости потока аэросмеси при открытии дроссельной за­ слонки.

Если бы можно было поэтапно проследить влияние от­ крытия дроссельной заслонки на изменение характеристики сети (см. рис. 1), то сначала при открытии заслонки наблю­

сокой концентрацией), но на меньшую величину (точка 2'). Таким образом, при открытии заслонки суммарное сопро­ тивление не полностью открытой заслонки и сопротивление, вызванное увеличением концентрации (положение 2', рис. 1), будет меньше, чем сопротивление одной заслонки, когда она была прикрыта (положение 1). Эго сопротивление (2') будет больше сопротивления сети, если бы по ней при тех же усло­ виях перемещался только чистый воздух или аэросмесь с

меньшей концентрацией (2).

Дальнейшее открытие заслонки, очевидно, приведет к аналогичному результату, вследствие чего рабочая точка все время будет перемещаться вправо, несмотря на то что концентрация увеличивается. Вообще же при отсутствии дроссельной заслонки или постоянном ее положении и при-

25

нудительной подаче торфа в систему возрастание концентра­ ции вызывает смещение рабочей точки влево и падение скорости.

Следовательно, открытие дроссельной заслонки приводит одновременно к увеличению скорости воздуха на входе в сопло и концентрации аэросмеси. При этом общее сопротив­ ление системы уменьшается и становится меньше сопротив­ ления сети при открытой заслонке. В то же время сопротив­ ление участка всасывания до дроссельной заслонки непре­ рывно возрастает.

г | /| \

кl - y f - U X

—1

Uc(Q)

Рис. 1. График зависимости давления от скорости потока аэросмеси при открытии дроссельной заслонки:

/, 2, 3, 4 — рабочие точки при движении в системе воздуха или аэросмеси с постоянной концентра­ цией; 2', 3', 4' — действительные рабочие точки, соответствующие увеличенной концентрации аэро­ смеси при открытии дроссельной заслонки •

К аналогичному результату мы приходим при изменении скорости вращения рабочего колеса вентилятора. Однако характер явлений здесь будет несколько иной. Если скорость на входе в сопло регулируется изменением числа оборотов вентилятора, то с повышением числа - оборотов вентилятора одновременно будут возрастать расход воздуха и давление, развиваемое вентилятором.

Увеличение расхода воздуха сопровождается возраста­ нием скорости на входе в сопло, последнее вызывает повы­ шение концентрации аэросмеси, которая приводит к увеличе­ нию сопротивления (преобразованию характеристики сети). Это сопротивление покрывается за счет повышения давле-

26

ния, которое развивается при увеличении числа оборотов вен­

тилятора.

Изменение скорости воздуха на входе в сопло в обоих рассмотренных случаях приводит к изменению концентрации аэросмеси. Закон изменения концентрации для данной пнев­ матической системы при изменении скорости воздуха пред­ ставлен на графике (рис. 2).

Рис. 2. График зависимости концентрации от скорости потока аэросмеси

Анализ графических зависимостей р = ф (цс), полученных для различных -пневмоуборочных систем при изменении по­ ступательной скорости машины, показывает, что для различ­ ных пневмосистем характер зависимости р,=ф(ос) остается общим. Однако абсолютные значения р при этом будут раз­ ными и определяются работой вентилятора на сеть.

При увеличении скорости воздуха с изменением числа оборотов вентилятора изменение концентрации р происхо­ дит интенсивнее и абсолютные значения их получаются вы­ ше, чем при дросселировании и тех же значениях скорости воздуха на входе в сопло. В то же время замечено, что для данной пневмосистемы изменение поступательной скорости машины не влияет на характер зависимости р = ф(цс)-

Кривые зависимости р = ф (о 0), полученные для различ­ ных пневмосистем, с некоторым приближением можно пред­ ставить в виде прямых, которые пересекают ось абсцисс, т. е. ис в пределах vc= 13-^15 м/с. Это свидетельствует о том, что подбор торфа начинается при такой скорости на входе в сопло. При скорости воздуха ниже этих значений подбор торфа из расстила прекращается.

Последнее подтверждается нашими опытами и опытами А. Б. Горинштейна по определению границы подбора, соглас­ но которым было установлено, что по границе подбора ско­ рости воздуха составляют 12—15 м/с.

27

Изложенное позволило выразить зависимость ц= ф(ис) уравнением прямой вида:

где vc — скорость воздуха на входе в сопло при движении эросмеси.

(По опытам для пассивных сопел скорость воздуха на

Из этого уравнения также следует, что при скорости воз­ духа на входе в сопло ас< 15 м/с практически сборов торфа всасывающим факелом кет.

Концентрация, полученная по этой зависимости для дан­ ной пневмосистемы с пассивными соплами, будет наиболь­ шей, и, чтобы ее увеличить, нужно изменить скорость возду­ ха на входе в сопло.

Так обстоит дело при подаче торфа в пневмосистему вса­ сывающим факелом сопла. Однако концентрация аэросмеси может быть увеличена, если обеспечить более интенсивную подачу торфа в систему, чем может обеспечить всасывающий факел сопла. Если концентрация аэросмеси увеличивается не в результате увеличения скорости воздуха на входе в соп­ ло, а вследствие интенсификации подачи торфа в пневмоси­ стему, например при активизации, то по мере увеличения концентрации аэросмеси сопротивление системы будет не­ прерывно возрастать, а скорость на входе уменьшаться (по­ ложение дроссельной заслонки неизменно или она вообще отсутствует). При этом рабочая точка совмещенных характе­ ристик смещается влево. При такой характеристике вентиля­ тора и его работы на данную сеть скорость воздуха на входе в сопло будет изменяться в обратной зависимости от изме­ нения концентрации аэросмеси в системе.

28

Характер этой зависимости будет определяться характе­ ристиками вентилятора и сети. Получить такую зависимость можно построением графика функции цс = ф(ц) по рабочим точкам совместных характеристик вентилятора и сети для различных значений концентраций аэросмеси.

На рис. 2 представлен график зависимости цс= ф (р ), по­ лученный по рабочим точкам характеристик при совместной работе вентилятора ЦП-7-40 (п = 1200 об/лшн) на сеть пнев­ моуборочной машины.

Подобный закон изменения скорости воздуха на входе в сопло при изменении концентрации для данной пневмоси­ стемы имеет место при отсутствии регулирования скорости воздуха дроссельной заслонкой.

Рис. 3. Графики зависимости скорости потока

на всасывающую сеть пневмоуборочной машины, мы будем иметь две зависимости между концентрацией и скоростью воздуха на входе в сопло. Одна зависимость показывает, что с увеличением скорости на входе в сопло концентрация аэросмеси в системе возрастает (см. рис. 3), а другая сви­ детельствует, что с увеличением концентрации аэросмеси в системе скорость воздуха должна падать. Первая зависи­

концентрации аэросмеси и скорости воздуха в системе уста­ навливается с учетом влияния обоих факторов. Если постро­ ить графики зависимости концентрации ,и скорости по всасы­

29