Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Блох Л.А. Грузоподъемные и транспортные устройства в пищевой промышленности учебник

.pdf
Скачиваний:
34
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
13.45 Mб
Скачать

валентной

по сопротивлению длиной

прямых

трубопроводов.

Значения

длины

трубопроводов,

эквивалентных

отводам, L 3 K B

приведены в табл. 40.

 

 

 

 

 

Приведенная

длина

трубопровода

(в м)

 

 

 

L n p

=

EZ.r + SZ.B +

2 L 3 K B +

2 і , . п ,

(15-1)

где 2L r —сумма

длин

горизонтальных

участков, м;

 

2LB — сумма длин вертикальных участков, м;

 

2£экв сумма длин, эквивалентных коленам, м;

 

2 L 3 . n — сумма

длин,

эквивалентных

переключателям трубопроводов

 

(двухходовым затворам), м.

 

 

 

 

.

Рис. 109. Схема взаимодействия воздушного пото­ ка и материала.

Многочисленными

 

опытами

установлено,

что частица материала,

помещенная в восхо­

дящем потоке воздуха

 

(рис. 109) весом G, ис­

пытывает со стороны

последнего

давление Т,

направленное в сторону

движения

потока.

Возникновение силы Т объясняется прояв­ лением сил инерции потока (вследствие изме­ нения направления его движения) и аэродина­ мического эффекта, заключающегося в том, что частицы воздуха, встретив поверхность тела в точке а, движутся по этой поверхности, изме­ няя направление своего движения; за точкой b частицы воздуха отрываются от поверхности тела, вследствие чего за точкой Ъ образуется разрежение. Разность давлений в зонах ЬаЬ' и ЬсЬ' определяет интенсивность аэродинамиче­ ского воздействия. Силой трения воздуха при обтекании частицы материала обычно прене­ брегают. Под влиянием силы тяжести и силы воздействия потока частица будет двигаться.

Пренебрегая потерей в весе тела, помещен­ ного в среду, составляем уравнение движения тела

 

 

 

 

du

 

(15-2)

 

 

 

Т — G — G dt

'

где

du

 

 

 

 

 

—— — ускорение тела, м/с2 .

 

 

 

 

at

 

 

 

 

 

 

Экспериментально установлено, что

 

 

 

 

(vB

— u)z

(кгс/м*),

(15-3)

 

 

 

g

 

 

 

где

i|> — коэффициент, зависящий от

характера материала;

 

рв — плотность

воздуха,

кг/м3 ;

м2 (площадью

миделева сечения назы­

 

F — площадь

миделева

сечения,

 

вают площадь проекции тела на плоскость,

перпендикулярную к ско­

 

рости потока);

 

 

 

 

g—ускорение свободного падения, м/с2 ;

ив —скорость воздуха, м/с;

и— скорость тела, м/с;

vB и — относительная скорость воздуха, м/с.

В

зависимости от соотношения

сил Т и G

возможны три

случая:

 

 

 

 

1)

T>G,

при этом > 0 , тело

движется

вверх

с-некото-

 

 

dt

 

 

 

рым

ускорением;

 

 

 

2)

T<iG,

~ < 0 , тело движется

с отрицательным

ускоре-

 

 

dt

 

 

 

ниєм, т.е. падает вниз;

 

 

 

3)

T=G,

— = 0, т.е. если тело

не имело начальной скоро-

 

 

dt

 

 

 

сти, то оно находится в покое.

Так как скорость воздушного потока практически всегда из­ меняется в некоторых пределах, то, как показывают наблюде­ ния, в вертикальной стеклянной трубе при T—G частица ко­ леблется относительно какого-то среднего положения, т. е., как говорят, «витает».

Скорость воздушного потока vs, соответствующая этому со­ стоянию, называется скоростью витания (при витании ы = 0 ) .

Вследствие разнообразной формы частиц перемещаемых ма­ териалов тела неправильной формы условно заменяют «экви­

валентным шаром», имеющим тот же объем

и вес. В этом слу­

чае формула (15—3) будет иметь вид

 

jtd»

р в

nd2

 

Р м = ф — . — V».

(15-4)

откуда скорость воздушного

потока

(в м/с)

 

• " • - У І Ї Р Г -

( 1 5 -5 )

На основе экспериментальных данных для шара тогда для тел шарообразной формы vs (в м/с)

-, / 28,4dp , . - у _ _ .M

яр = 0,23,

(15-6)

Для тел другой формы

 

28,4dpM

(15-7)

/

Рв

 

 

*

где с—-коэффициент, зависящий от формы

и крупности кусков (значения с

см. ниже);

 

 

 

р м плотность материала, кг/м3 .

 

 

 

Значения коэффициента с в зависимости от формы тела

 

Шар

поверхностью . . .

1

Округленная форма с неровной

0,64

Продолговатое тело с неровной

поверхностью . . .

0,57

Тело-пластинчатой формы

 

0,45

Чтобы материал мог двигаться, скорость воздуха

в трубо­

проводе должна быть больше скорости витания

 

vB = nvs,

(15—8)

где п — коэффициент запаса больше единицы.

 

Движение частиц во взвешенном состоянии в горизонтальном трубопроводе происходит под воздействием восходящих струй, возникающих при турбулентном движении потока.

Правильный выбор скорости движения воздуха имеет боль­ шое практическое значение, так как от этого зависит потребная производительность компрессорной установки и, следовательно, расход энергии на пневматическое транспортирование. Кроме того, завышение скорости движения воздуха в трубопроводе вы­ зывает увеличение сопротивления сети трубопроводов и необхо­ димость повышать давление, создаваемое воздуходувной маши­ ной, т. е. уменьшает эффективность пневматической транспорти­ рующей установки.

Определить скорость движения воздуха в трубопроводе тео­ ретически трудно из-за большого числа влияющих на нее фак­ торов (размеры частиц и удельный вес транспортируемого мате­ риала, расстояние транспортирования, степень концентрации материала в трубопроводе). Поэтому при практических расчетах пользуются опытными данными. В табл. 41 приведены ориенти­ ровочные пределы расчетных параметров для различных групп материалов.

Т а б л и ц а 41

 

 

Скорость

Концентра

Группы

Материалы

воздуха

ция смеси

 

 

»в . м/с

М-

 

 

 

I

Мелкоштучные

25—35

3-5

II

Зернистые1

16—25

3—8

 

 

20—30

15—25

III

Порошкообразные и пылевидные2

16—22

1,0—4,0

IV

Волокнистые

15—18

0,1—0,6

1 Верхний

ряд цифр для всасывающих установок

низкого и среднего ва­

куума, нижний — для установок высокого вакуума.

 

верхние —

2 Нижние пределы скорости для легкосыпучих материалов,

для менее сыпучих и склонных к слеживанию и комкованию.

 

Для определения скорости движения воздуха применительно к участку с давлением, близким к атмосферному, т. е. у выпу­

скного отверстия в нагнетательных установках

и у сопла всасы­

вающих установок

( р в = 1 , 0

кг/м3 ) можно

пользоваться

эмпири­

ческой формулой

(vB в м/с).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

». = «

l /

+ B

L L

 

 

 

(15-9)

 

 

8

V юоо

п р

 

 

 

 

где а — коэффициент,

учитывающий

крупность

частиц

транспортируемого

материала

(значения а см. в табл. 42);

 

 

 

 

 

р м — плотность

материала, кг/м3 ;

учитывающий

свойства

материала

В = (2-4- 5) Ю - 5 — коэффициент,

(меньшие значения В соответствуют транспортированию сухих пы­

левидных грузов);

 

 

 

 

 

 

 

Lnp — приведенная длина трубопровода, м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

42

 

 

 

 

Наибольшая

Коэффициент

 

Материалы

 

крупность

а,

учитываю­

 

 

частиц <zm a x ,

 

щий круп­

 

 

 

 

 

мм

ность частиц

 

 

 

 

0,001—1

 

10—16

Щ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1—10

 

17—20

 

Мелкокусковые однородные .

. .

10—20

 

17—22

 

Среднекусковые

однородные

. .

40—80

 

22—25

 

Для всасывающих устройств в связи с небольшой длиной тру­ бопровода обычно слагаемое 5L2 np в формуле (15—9) не учиты­ вают.

Другим чрезвычайно важным параметром пневмотранспортных установок является массовая концентрация — отношение производительности установки к расходу воздуха.

<15-10)

где \х, — коэффициент концентрации смеси.

Чем больше коэффициент концентрации, тем меньше расход воздуха, следовательно, с точки зрения экономичности установ­ ки желательно, чтобы концентрация была больше. Однако при чрезмерно высокой концентрации наблюдается закупоривание трубопроводов, особенно в местах закруглений, что нарушает нормальную работу установки.

Так как перемещение материала в пневмотранспортных уста­ новках происходит за счет энергии расширяющегося воздуха (давление по мере удаления от компрессора падает), то, естест­ венно, что с увеличением расстояния транспортирования коли-

чество воздуха на одну тонну транспортируемого

материала

должно возрастать, т. е. с увеличением расстояния

концентрация

смеси

уменьшается. Указанное

подтверждается

опытами.

 

 

 

 

 

 

 

На

рис. ПО приведен

график

 

 

 

 

 

 

для

 

определения

концентрации

 

 

 

 

 

 

при

транспортировании

сыпучих

 

 

 

 

 

 

материалов, которым можно поль­

 

 

 

 

 

 

зоваться

при

ориентировочных

 

 

 

 

 

 

расчетах. Верхнюю

границу

зна­

П '

 

 

 

 

 

чений

|х следует выбирать для су­

1

1

1

1 1

^—

хих,

легко

сыпучих

 

материалов

 

 

SO

 

Ш0

150

 

Приведенная длина трудопродада,/'

большой плотности, нижнюю гра­

Рис. ПО. График

зависимости ко­

ницу

 

р, — для материалов

мень­

шей

 

плотности,

а

также

 

более

эффициента

концентрации

р. от

влажных и абразивных.

 

 

приведенной

длины

транспортиро­

 

 

 

 

вания.

 

 

Между

скоростью

движения

 

 

 

 

 

 

воздуха в

трубопроводе,

количе­

 

 

 

 

 

 

ством подаваемого воздуха и диа­

метром трубопровода существует зависимость, определяемая из.

условия непрерывности

струи (объемом порошка пренебрегаем).

Количество

воздуха

(в кг/ч)

 

 

 

 

Q B = 3600- - у

ов рв,

(15-11)

откуда диаметр

трубопровода (в м)

 

 

 

 

< * = 1 /

(15—12)

УЗбООяУвРв

Давление воздуха, создаваемое компрессором и необходимое для движения потока с заданной скоростью, зависит от характе­ ра транспортируемого материала, сопротивления трубопровода

при продувании

чистого

воздуха

и массовой концентрации

смеси.

 

 

 

 

Более детальный

расчет трубопроводов для установок наг­

нетательного типа

с

общей

потерей

давления свыше 100 кПа

(1 кгс/см2 ) можно производить по приведенной ниже методике, предложенной Всесоюзным научно-исследовательским институ­ том подъемно-транспортного машиностроения (ВНИИПТмаш)' .

Для горизонтального трубопровода при продувании чистого воздуха между давлением воздуха в начале трубопровода и в конце существует следующая зависимость:

1 С е г а л ь И. С. Устройства пневматического транспорта. Глава в книге А. О. Спиваковского и В. К. Дьячкова «Транспортирующие машины», Машгиз, 1968. с. 136—157.

для

нагнетательной

установки

 

 

 

 

Рн =

8Рк

^

 

 

 

 

Ра = Рк

 

 

кгс/см2

(15—13)

для

всасывающей

установки

 

 

 

 

Рк = ёРа ~\/~

1

 

 

 

 

{рк =

Рн j / ^ l

-

кгс/см2

(15—14)

где Ра и Рк- • давление

в начале

и в конце трубопровода, Па;

 

X-

•коэффициент

сопротивления

движению чистого

воздуха;

 

d-

-внутренний диаметр трубопровода, м;

 

 

ё-

- ускорение свободного падения, м/с2 .

 

Опыты показывают, что указанные формулы применимы и к воздушнопорошковому потоку, со­ стоящему из двух фаз — газообразной (воздух) и твердой (материал). Но значение коэффициента X будет уже другое. Коэф­ фициент сопротивления в этом случае зависит от концентрации смеси.

20 і0 10і 60 W* SOW"

Рис. 111. График зависимости коэффициен­ та Р от величины S.

Я = р>,

(15—15)

 

где Р коэффициент,

определяемый опытным путем, который зависит от ве­

личины s

 

 

 

S = ^ - ^ .

(15-16)

Для определения р разработан график

(рис. 111).

Кроме сопротивления в трубопроводе необходимо учитывать

потери давления (в Па) в связи с подъемом

материала на высо­

ту h

 

 

Р*=-ІЇГ>

<15-17>

где h— высота подъема, м;

увудельный вес воздуха в трубопроводе, Н/м3 ; для нагнетательной

установки ув =1,6—2, для всасывающей у в « 1 ; (х — коэффициент концентрации материала.

В нагнетательных установках р к ~ 1 0 0 кПа (1 кгс/см2 ), а во всасывающих р н ~ Ю 0 кПа (1 кгс/см2 ); Л=Р|Л, поэтому при дви­ жении по трубопроводу смеси воздуха и материала формулы (15—13) и (15—14) примут вид:

для нагнетательных пневмотранспортных установок

Р н = g у

1 +

 

 

 

± Юрл I р н

= у

1 +

 

 

± ph кгс/см*)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(15—18)

 

для

всасывающих

пневмотранспортных

установок

 

 

P* = bV

 

1 -

"

" * "

±

lOpft 1 Рк =* { /

1 -

Г " 1

± Ph кгс/см»J .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(15—19)

 

Давление pM , создаваемое компрессором

(в кПа) , должно

быть больше вычисленного по формуле (15—18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рм = аРн + Рв.

 

 

 

 

 

(15—20)

где

а — коэффициент,

учитывающий

падение

давления

в

питателе; а =

 

 

=

1,15-М ,25;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р в падение

давления

в

воздухопроводе

(от компрессора

до

питателя);

 

 

р в =204-30 кПа (0,2-И),3 кгс/см2 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

Мощность двигателя

компрессора

(в кВт)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ы*=1^ШГ-

 

 

 

 

 

( 1 5 - 2

1 )

 

Аи

 

 

 

 

 

 

бО-ЮООг)

 

 

 

 

 

 

 

где

— работа,

затрачиваемая на сжатие

1 м3 воздуха

и

зависящая

от

 

 

 

характера процесса сжатия в воздуходувной машине (изотерми­

 

V0

 

ческое, адиабатическое или политропическое), Дж;

 

 

 

 

— производительность компрессора,

м3/мин;

 

 

 

 

 

 

т) — общий

к. п. д. компрессора,

равный 0,55—0,75.

 

 

 

 

 

При

изотермическом

сжатии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л„ = 230300р0

lg Дж/м3 л

= 23030р0

lg кгс.м/м3 ) ,

(15—22)

 

 

 

 

 

 

Ро

\

 

 

Ро

 

 

 

 

где ро атмосферное давление, равное 100 кПа (1 кгс/см2 ).

Расчет установок всасывающего типа низкого и среднего ва­ куума и установок нагнетательного типа с потерей давления до 50 кПа (0,5 кгс/см2 ), в которых в качестве воздуходувных машин использованы центробежные вентиляторы и ротационные воз­ духодувки, может производиться по приведенной ниже методике.

Пренебрегая незначительными колебаниями плотности воз­ духа, для расчета принимают рв ==1,2 кг/м3 . Исходя из известной

величины концентрации смеси

ц и расчетной

производительно­

сти QM, определяют секундный

расход воздуха

(в м3 /с)

 

 

 

QB = - % - .

 

 

(15-23)

 

 

3,6р

в

 

 

 

 

По полученному QB и заданной

скорости

воздуха ив

(в м/с)

определяют

диаметр трубопровода

(в м)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(15—24)

и округляют

его до ближайшего действительного диаметра

тру­

бы по ГОСТ 8732—70. По округленному диаметру трубы

под­

считывают действительное значение расхода

воздуха

(в м3 /с)

 

< ? в = ^ р

 

 

( 1 5 - 2 5 )

и пересчитывают р, по формуле

(в кг/кг)

 

 

 

 

 

и = — — — .

 

 

( 1 5 - 2 6 )

*3 , 6 Q B P B

По окончательному значению QB выбирают разгрузитель (по таблицам размеров) и находят его сопротивление (в кПа) по формуле

Рразгр = ' < -

" ( 1 5 - 2 7 )

По QB С учетом подсоса воздуха в сети и разгрузителе (около

15—10%) в зависимости от длины трубопровода

подбирают пы­

леуловители и определяют их сопротивление. Дл я самовстряхи­ вающихся матерчатых фильтров сопротивление (в кПа) находят

по

формуле

 

 

Рь=Щ.

(15-28)

где

В — коэффициент, равный 0,13—0,15; большее значение принимается при

 

большей степени дисперсии пыли;

 

 

QB — расход воздуха на 1 м2 ткани рукавов, м3 /ч.

 

 

Показатель п принимается равным 1,2—1,3, причем

меньшее

значение принимается

при большей степени дисперсности пыли.

Для батарейных циклонов

сопротивление (в кПа) определя­

ют по уравнению

 

9

 

 

 

 

 

Рб-ц =

С - ^ - .

(15-29)

где ? — коэффициент сопротивления

батарейной

установки;

1>вх— входная скорость

воздуха,

равная около

14—16 м/с.

Одновременно рассчитывают вентиляционную часть сети, принимая скорость воздуха в этой части в пределах 10—15 м/с.

Величину общих потерь давления в сети (в кПа) определяют по формуле

 

 

+ ЛРразг + ^

] Д-Рв

(15—30)

где

коэффициент

трения чистого

воздуха

о стенки, принимаемый

 

равным 0,02;

 

 

 

^-пр приведенная длина трубопровода с учетом длины, эквивалент­ ной отводам (по табл. 40);

2 V- сумма коэффициентов местных сопротивлений, принимаемых для наиболее распространенных изгибов трубопровода по табл. 43 и 44;

коэффициент сопротивления материала; для порошкообразных материалов при скорости воздуха 16—22 м/с и концентрации смеси 1—4 кт/кг принимают k—0,5—1,5;

2h- сумма длин всех вертикальных участков;

2Ар.в о э д. ' сумма потерь давления в воздуходувных и очистных устрой­ ствах;

Арр азг - потеримуле давления на разгон (в Па), рассчитываемые по фор­

 

 

Арразг =

kp\i-

Ув"в

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

где kp—коэффициент

сопротивления

разгонного участка; по данным многих

 

авторов, £р =0,2-=-2,1

(меньшее

значение следует принимать

для

 

материалов с меньшим объемным весом).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

43

Наимено­

 

 

 

 

 

Угол

Коэффициент

вание из­

 

 

 

 

 

 

Форма

изгиба

 

 

изгиба

а, местного со­

гиба тру­

 

 

 

 

 

 

 

 

град

противления

бопровода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Колено

Изгиб трубы

 

 

 

90

1,10

 

 

 

 

 

 

 

120

0,55

 

 

 

 

 

 

 

135

0,25

 

 

 

 

 

 

150

0,20

Утка1

Сопряжение двух колен, изогнутых в про­

30

0,12

 

тивоположные стороны

 

 

45

0,17

 

 

 

 

 

 

60

0,20

 

 

 

 

 

 

90

0,16

Обход1

Сопряжение двух уток для обхода колонки

30

0,24

 

и пр.

 

 

 

 

, 45

0.33

 

 

 

 

 

 

[60

0,40

 

 

 

 

 

 

[90

0,53

1 Значения коэффициентов указаны при отношении радиуса изгиба к дна метру трубопровода, равном 1,5.

 

 

 

Коэффициент сопротивления 1 для

диффузоров

и кон-

Наименова­

Угол расши­

фузоров при отношении площадей выходного и входного

рения или

 

 

 

сечений

 

 

ние трубопро­

сужения

а,

 

 

 

f

 

 

вода

град

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,25

1,50

1,75

2,00

2,25

2,50

Диффузор

10

 

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

 

15

 

0,02

0,03

0,05

0,06

0,08

0,10

 

20

 

0,03

0,05

0,07

0,10

0,13

0,15

 

25

 

0,04

0,08

0,11

0,15

0,19

0,23

 

30

 

0,05

0,11

0,15

0,21

0,27

0,32

 

35

 

0,06

0,13

0,20

0,34

0,40

 

Коифузор

45

 

 

 

 

0,10

 

 

Первое слагаемое в формуле (15—30) характеризует потери давления на трение в транспортном трубопроводе, второе — на подъем материала.

По полученной общей потере давления в "сети и расходу воз­ духа подбирают вентилятор и рассчитывают мощность его при­ вода (в кВт) по формуле

* =

^ | ^ .

 

 

(15-31)

 

102%

 

 

 

 

где ki— коэффициент, учитывающий подсосы в сети;fei= l,15;

 

k2—коэффициент неучтенных

потерь в

транспортном трубопроводе;

А а = 1,1;

вентилятора (воздуходувки).

 

1)в—к. п. д. выбранного типа

 

Если сеть разветвлена, что часто бывает на установках

вса­

сывающего действия, то выбирают линию

с

максимальной

на­

грузкой, назначают для нее параметры

(vB,

ц,

L n p , к и др.), после

чего рассчитывают диаметр трубопровода и определяют сопро­ тивление линии. Для других линий диаметр трубопровода под­

бирают

с таким

расчетом, чтобы ц и о в отличались от магист­

ральных

линий

(линии с наибольшей нагрузкой) не более чем

на 10%. При этих условиях вычисляют для них потери давления; если они не совпадают с потерей давления на магистральной ли­ нии, то с помощью шиберной заслонки, установленной в возду­ хопроводе после каждого разгрузителя, искусственно увеличи­ вают сопротивление линии.

Пример расчета пневмотранспортной установки. Требуется рассчитать установку всасывающего действия для перемещения муки производительностью Q M =1, 2 Т/Ч. Установка имеет гори­ зонтальный участок длиной / г = 14 м и вертикальный длиной / в = б м и два отвода.

14—756

209

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ