1.6 Краткие выводы

Таким образом, пневмотранспортировка сыпучих материалов нашло достаточно широкое применение в различных отраслях пищевой промышленности, так как позволяет транспортировать сыпучие материалы по сложной траектории, осуществлять забор материала из различных средств доставки и труднодоступных мест, выдачу его в различные точки.

Широкое разнообразие пневмотранспортных установок позволяет найти оптимальное решение для транспортировки сыпучих материалов, с наименьшими энергетическими затратами.

2 Теоретические исследования

2.1 Обоснование использования одного вентилятора и единой системы пневмопроводов для проведения загрузки, вентилирования и выгрузки сыпучих материалов в бункерах

Как было описано выше новая установка может быть использована для проведения трех технологических операций: загрузки, вентилирования и выгрузки сыпучих материалов. Поэтому необходимо показать, что производительность установки достаточна для проведения вышеперечисленных операций.

При пневмотранспортировании сыпучих операций скорость воздушного потока принимают в пределах м/с, а диаметр материалопроводовм[2–5].

Исходя из этого, производительность будет равна м³/ч.

В качестве одного из режимов параметров процесса вентилирования принята удельная подача воздуха , выраженная отношением количества воздуха (производительности), проходящего через насыпь за 1 час к количеству вентилируемого материала в бункере[6].

(1^|)

где - производительность, м³ / час;

- масса вентилируемого материала, т.

Масса материала, закладываемого на хранения в серийно выпускные бункера равна 10-40т. Подставляя в выражение для определения значение производительности, потребной для пневмотранспортирования, и массу вентилируемого материала, получим удельные подачи воздуха=56 - 180 м³ / (чт).

Режимы вентилирования должны обеспечивать эффективное снижение температуры, предупреждать и устранять очаги самосогревания.

Удельные подачи воздуха в основном зависят от типа материала и его влажности. Так при влажности зерна пшеницы, ржи, ячменя, овса и т.д., равной 16%, минимальная подача воздуха равна 30 м ³ / (чт), при влажности 18% - 40 м³ / (чт), при 26% - 60 м³ / (чт). При наличии застойных зон в вентилируемой насыпи удельные подачи должны быть увеличены [6].

Сравнивая удельные подачи воздуха при пневмотранспортировании, равные 56-180 м³/(чт), с удельными подачами для проведения активного вентилирования, равными 30-60 м³ / (чт) видим, что они сопоставимы и даже превышают подачи для вентилирования.

Поэтому можно утверждать, что предложенная установка будет эффективно работать при проведении процессов загрузки, вентилирования и выгрузки сыпучих материалов.

2.2 Способы регулировки производительности загрузки бункера

Определим, как изменяется производительность загрузки в зависимости от высоты подъема материала.

Принимаем в начальный период загрузки высоту подъема материала равной нулю. Тогда потери давления (Н_пт) в нагнетающей пневмотранспортной установке при транспортировании сыпучих материалов (см. рисунок 18) будут меньше потерь давления при традиционной схеме загрузки материала в бункер (см. рисунок 15) на величину потерь давления от трения при движении аэросмеси в прямолинейном вертикальном участке материалопровода (Н_тр.в) и потерь давления на подъем материала по вертикали (Н_под.). Используя известные методики расчета пневмотранспортных установок [1], можно определить значение производительности в начальный период загрузки по следующей формуле

G_нач.= , (1)

где Н_пт – потери давления в пневмотранспортной установке, Па;

ζ_пр – коэффициент, зависящий от типа приемного устройства;

ρ – плотность воздуха, кг/м³;

υ – скорость воздуха, м/с;

Н_ч – потери давления от трения при движении в материалопроводе чистого воздуха, Па;

Н_отв.ч – потери давления в отводе при движении чистого воздуха, Па;

Q- расчетный расход воздуха в материалопроводе, м³/ч;

i – потери давления на сообщение скорости продукту при G=1т/ч, Па;

К_г – экспериментальный коэффициент при движении аэросмеси в горизонтальном материалопроводе;

К_отв. – коэффициент сопротивления при движении продукта в отводе;

Δу – коэффициент, зависящий от величины центрального угла отвода, отношения радиуса отвода к диаметру материалопровода и длины прямолинейного участка за отводом.

Проведенные нами теоретические исследования позволили построить график изменения производительности загрузки бункера в зависимости от высоты подъема материала (рисунок 20). Из графика видно, что производительность загрузки при максимальной высоте подъема материала (h = 20 м) составляет (G_кон=10 т/ч), а в начальный период загрузки составляет (G_нач=20 т/ч), что согласуется с проведенными ранее исследованиями [3–4], причем, чем выше высота подъема материала, тем больше разница производительности в начальный и в конечный период загрузки.

Рисунок 20 – Изменение производительности загрузки в зависимости от высоты подъема материала

Производительность (G_шл) барабанного шлюзового затвора определяем по формуле

G_шл = k_зVρ_vn_р , (2)

где k_з – коэффициент заполнения ячеек ротора шлюзового затвора, м²;

V – емкость всех ячеек ротора шлюзового затвора, м³;

ρ_v – плотность материала, кг/м³;

n_р – частота вращения ротора, об/с.

В связи с тем, что с увеличением частоты вращения ротора значение коэффициента заполнения ячеек уменьшается, а утечки (подсос) воздуха растут, оптимальной частотой вращения ротора, исходя из опыта эксплуатации, следует считать n_р=0,3 – 0,7 об/с. При этом, коэффициент заполнения (k_з) для зерновых материалов можно принимать равным 0,7 - 0,8.

Зная, как изменяется производительность загрузки в зависимости от величины подъема материала, легко определить изменение частоты вращения ротора шлюзового затвора (n_р) в зависимости от изменения времени загрузки (τ).

В начальный период загрузки

n_р.н =, в конечный период загрузкиn_р.к =,

где G_нач. и G_кон.- начальное и конечное значение производительности.

Время загрузки бункера любой высоты снизу с помощью телескопического трубопровода всегда меньше времени загрузки этого же бункера традиционным способом сверху.

Рисунок 21 – Изменение частоты вращения ротора шлюзового затвора от времени загрузки

К примеру, масса материала, загружаемого в бункер, равна 20 т.

Производительность в начальный период загрузки путем расчетов по формуле 1 получилась равной G_нач = 20 т/час, а в конечный период загрузки – G_кон = 10 т/ч.

Тогда, исходя из формулы 2, частота вращения ротора шлюзового затвора (n_p) изменяется от 0,6 об/с до 0,3 об/с за среднее время загрузки τ_ср. =1,5 часа. Изменение частоты вращения ротора (n_p) от времени загрузки (τ) показано на рисунке 6.

Оно описывается линейным уравнением вида

n_p= – 0,2τ + n_p.нач, (3)

где n_р.нач – частота вращения ротора шлюзового затвора в начальный период загрузки, об/с;

τ – время загрузки, ч.

ОВ — обмотка возбуждения; R_np — пусковой реостат; R_рег — регулировочный реостат (тензорезистор); R_доб — добавочное сопротивление; I —ток, потребляемый двигателем;

I_в — ток обмотки возбуждения; I_я —.ток якоря. U — напряжение питания; Е_а — противо-ЭДС.

Рисунок 22 – электрическая схема регулировки частоты вращения шлюзового затвора

Таким образом, время загрузки бункера любой высоты снизу с помощью телескопического трубопровода всегда меньше времени загрузки этого же бункера традиционным способом сверху.

Эффективное регулирование производительности загрузки путем изменения частоты вращения шлюзового затвора можно осуществить с помощью предложенной нами электрической схемы (рисунок 22).

Частота вращения определяется по следующей формуле:

(4)

Из приведенного уравнения (4) следует, что регулировать частоту вращения электродвигателя постоянного тока можно изменением:

1. подводимого к электродвигателю напряжения U;

2. сопротивления цепи якоря R_я (сопротивления регулировочного реостата R_рег);

3. магнитного потока Ф.

Примем регулирование частоты вращения изменением сопротивления цепи якоря.

Подставив в (4) выражение тока якоря

I_я=,(5)

получим следующее соотношение

, (6)

где С_е, С_т – коэффициенты, величины которых постоянны для данной машины;

R_оя — собственное сопротивление обмотки якоря.

Обозначив =n_о, = Δn, уравнение (6) примет вид

, (7)

где n_o – частота вращения идеального холостого хода (М = 0);

Δn – изменение частоты вращения, вызванное действием нагрузки, т.е. моментом

М = М₂ + М₀.( М₀. – момент холостого хода, М₂ – противодействующий момент, создаваемый механизмом, который приводится в движение данным двигателем).

Соотношения (6) – (7) объясняют механизм регулирования частоты вращения: при увеличении регулировочного сопротивления R_рег частота n_o остается постоянной, а изменение частоты вращения Δn увеличивается. Увеличение Δn при неизменной частоте n_o приводит согласно (7) к уменьшению частоты вращения n.