7.3. Машины и установки для загрузки и разгрузки судов

Загрузка судов сыпучими грузами производится с помощью грузо­подъемных и транспортирующих машин. Для загрузки судов зерном обычно используют высокопроизводительные (350...500 т/ч) ленточные и скребковые конвейеры и самотечные трубы. Для разравнивания насыпи зерна внутри трюмов барж используют механические разбрасы­ватели (триммеры).

Для выгрузки зерна из судов обычно используют стационарные и передвижные пневмотранспортные установки всасывающего типа.

Пневматический перегружатель ТУП-80. В стационарном пневма­тическом перегружателе зерна ТУП-80 (рис. 7.13) зерно выгружается из трюма, по четырем материалопроводам поступает в разгрузитель, из

которого выводится шлюзовым затвором, и далее самотеком подается в завальную яму приемного устройства элеватора.

Плавучий пневматический перегружатель ГИПРОМзернопроект. Смонтирован на понтоне и имеет три приемные башни, расположенные на расстоянии 20 м друг от друга. Зерно по материалопроводу 1 (рис. 7.14) подается в разгрузители 2, из которых оно выводится шлю­зовыми затворами 3. Далее зерно поступает на конвейеры, которые подают его в элеваторы, находящиеся в средней башне перегружателя. Зерно из разгрузителя средней башни через шлюзовый затвор посту­пает в башмак элеватора 5 и перемещается в надвесовой бункер. После взвешивания на весах 6 зерно поступает в башмак второго элеватора 7, который подает зерно на отгрузочный ленточный конвейер 8.

Расчет всасывающих пневмотранспортных установок высокого вакуума. Перед расчетом необходимо установить производитель­ность установки (материалопровода) G_м, выяснить физико-механичес­кие характеристики (размер частиц, плотность, скорость витания) транспортируемого груза, иметь принципиальную схему пневмотранс-портной установки с указанием длин прямолинейных участков и геометрических характеристик отводов, т. е. радиусов закруглений и углов поворота. Принципиальная схема однотрубной высоковакуум­ной установки приведена на рис. 7.15.

Одной из особенностей расчета таких установок является учет изменения состояния (плотности) воздуха в процессе его перемещения от загрузочного устройства к воздуходувной машине. Это обусловле­но значительным изменением давления по длине материалопровода. В результате изменения плотности воздуха в процессе движения обрат­но пропорционально изменяется его объем, что обусловливает изме­нение скорости перемещения в такой же пропорции.

Во избежание возникновения больших величин скоростей воз­духа и материала в процессе транспортирования материалопроводы высоковакуумных установок делают ступенчатыми.

Минимальный диаметр материалопровода в месте загрузки, мак­симальный - у разгрузителя. Число участков материалопровода с постоянным сечением устанавливается расчетным путем.

Руководствуясь опытом эксплуатации высоковакуумных устано­вок для выгрузки зерна из судов, принимают:

минимальную скорость воздуха в начале каждого участка мате­риалопровода v_н = 21-22 м/с;

максимальную скорость воздуха в конце каждого участка мате­риалопровода v_к = 26- 28 м/с;

концентрацию смеси n(ню) = 20...22 кг/кг.

В начале первого участка материалопровода давление воздуха равно атмосферному, т. е. р_1н = 10⁵ Па, и скорость воздуха, согласно принятым условиям, v_1н = 22 м/с, а v_1к = 26 м/с. Начальная плотность воздуха р_1н = 1,2 кг/м³; конечная плотность воздуха

Давление воздуха, исходя из рассчитанной плотности в конце первого участка,

Потери давления в первом участке, равные разности давлений в начале и в конце участка

Составим уравнение потерь давления для первого участка, в который включим пневмоприемник и прилегающий к нему участок вертикального материалопровода длиной l₁. В этом участке общие потери давления будут складываться из потерь давления в приемни­ке, на разгон смеси, на подьем и на трение смеси:

где i — коэффициент потерь давления на разгон зерна, отнесенный к единице производи­тельности (1 т/ч), значения которого можно определить по графику (рис. 7.16)

R_ч — удельные потери давления на 1 м трубопровода при перемещении чистого воздуха, Па/м; значения следует принимать по графику (рис. 7.17) в зависимости от скорости возду­ха и диаметра материалопровода; к_з.в — коэффициент увеличения сопротивления при перемещении зерна в вертикальных материалопроводах, значения которого берут из табл. 7.6.

В этом уравнении неизвестным является длина первого участка l₁ В качестве приемника в установках высокого вакуума используют специальные приемники типа "сопло", длина (/_соп) которого равна 1 м и коэффициент местного сопротивления ξ_пр = 1,8.

Величина расходной концентрации n(ню) вводится в расчет с уточ­нением

В расчетах, исходя из заданной производительности G_M, предпо­лагаемой расходной концентрации и скорости воздуха v_1н в материа-лопроводе рассчитывают диаметр материалопровода на первом участке

Полученное значение d₁ округляют до ближайшего стандартного и по принятому значению уточняют величину расходной массовой кон­центрации при неизменном значении v_1н. В дальнейшем уточненное значение n будет использоваться во всех последующих расчетах.

Таким образом, уравнение для первого участка можно привести к виду

где G' — производительность материалопровода, т/ч.

На основании вышеизложенного все слагаемые правой части урав­нения, кроме четвертого и последнего, можно рассчитать численно и вычислить величину l₁:

где l₁ — длина участка материалопровода диаметром d₁.

После расчета величины l₁ необходимо проверить правильность составленного уравнения для первого участка.

Условием правильности является соотношение 1₁ < /_верт. В случае невыполнения этого условия необходимо в уравнение включить полную длину вертикального участка, указанную на схеме, отвод и как неизвестное длину 1₁ на горизонтальном участке материало­провода.

В данном случае считаем, что 1₁ < /_верт и начало второго участка находится на вертикальном трубопроводе. Второй участок будет в себя включать оставшуюся часть вертикального материалопровода длиной /_2в = /_верт - 1₁, отвод с вертикали на горизонталь и некоторый участок горизонтального материалопровода /_2г.

Уравнение потерь давления на втором участке будет в себя вклю­чать потери давления на трение и на подъем на участке 1_2в, потери давления в отводе, на разгон после отвода и на трение на горизонталь­ном участке 1_2г

Второй участок материалопровода будет выполнен из трубопрово­да большего диаметра по сравнению с первым. Задача увеличения диаметра - это снижение скорости воздушного потока, возросшей к концу первого участка до 26 м/с, вновь - до 22 м/с.

Исходя из этого

По расчетному значению d'₂ принимают ближайшее стандартное значение d₂, для которого уточняют значение начальной скорости воздуха v_2н в начале второго участка.

В данном случае

Плотность воздуха в конце второго участка

В случае, если d'₂ = d₂, т. е. расчетное значение d'₂ соответствует стандартному v_2н = 22 м/с, v_2к = 26 м/с:

Для этого случая давление воздуха в конце второго участке

Потери давления на втором участке

Составляем уравнение потерь давления для второго участка с учетом составляющих для этого участка

В этом уравнении неизвестной является величина /_2г, которая может быть вычислена из зависимости

где l_2г — длина участка материалопровода диаметром d₂; R_{ч i} ,- — удельные потери давления на 1 м длины трубопровода при перемещении чистого воздуха в i-м участке материалопровода, значения которых можно брать из графика (см. рис. 7.17); k_з.в -коэффициент увеличения потерь давления при перемещении смеси воздух—зерно в вертикальных материалопроводах, значения которого приведены в табл. 7.6; к_о.з — коэффициент увеличения потерь давления при перемещении смеси в отводе с вертикали на горизонталь, значения которого приведены в табл. 7.7; к_з.г - коэф­фициент увеличения потерь давления при перемещении смеси воздух—зерно в горизон­тальных материалопроводах:

здесь R_отв — радиус закругления отвода, м; d₂- диаметр материалопровода на 2-м участ­ке, м; i_oтв— коэффициент потерь давления на разгон зерна после отвода.

В нашем случае для отвода в 90^o и значительной длине прямого участка за отводом при R_отв/d = 5...9 i_отв = 0,5 i.

Радиус закругления отводов R_отв менее 1 м применять не рекомен­дуется.

Третий участок материалопровода, имеющий больший диаметр по сравнению со вторым, включает в себя, согласно схеме, только гори­зонтальный участок (см. рис. 7.15). В этом участке суммарные потери давления будут включать в себя только потери на трение аэросмеси.

Диаметр материалопровода d'₃ на этом участке, как и в предыду­щем случае, определяем, исходя из задачи снижения скорости воздуш­ного потока до 22 м/с:

Полученное значение d₃^' округляют до ближайшего стандартного d₃, для которого уточняют значение начальной скорости воздуха

Если расчетное значение d'₃ соответствует стандартному d₃, то v_3н =22 м/с

Параметры воздуха в начале третьего участка

Полагая, что третий участок включает в себя оставшуюся часть горизонтального материалопровода установки, определим его длину

Приняв предварительно среднее значение скорости воздуха на третьем участке таким же, как и в предыдущих, т. е. порядка v_ср3 = 24 м/с, определим потери давления в нем:

Параметры воздуха в конце третьего участка будут:

Потери давления в шарнирном колене на входе в разгрузитель не учитываем.

Потери давления в разгрузителе

Обычно в пневмоустановках для выгрузки зерна из судов исполь­зуют объемные разгрузители со встроенными циклонами, исполь­зуемыми как первая ступень очистки транспортного потока воздуха в пневмосистеме. В качестве второй ступени очистки воздуха исполь­зуют обычно батарейные циклоны марки 4БЦШ, подбор которого осу­ществляют по расходу воздуха с учетом подсосов в разгрузителе, принимаемых в пределах 2 %. Диаметр цилиндрической части объем­ного разгрузителя

Потери давления в батарейном циклоне для вторичной очистки воздуха

здесь F_вх —площадь сечения входного патрубка батарейного циклона, м² (см. при­ложение 14).

Плотность воздуха р_вх на входе в батарейный циклон можно принять равной плотности воздуха в конце третьего участка материа-лопровода.

Потери давления в соединительных воздуховодах до и после батарейного циклона определяют так же, как и при расчете аспира-ционных сетей. При этом скорость воздуха в воздухопроводах прини­мают равной 12-14 м/с.

Обычно потери давления в соединительных воздуховодах Д p_в.в составляют 200-400 Па.

Общие потери давления в пневмосистеме

Подбор воздуходувной машины осуществляют по расчетным вели­чинам потерь давления Δр_расч и расхода воздуха Q_расч:

Потребная мощность для привода воздуходувной машины

где η_в.м — КПД воздуходувной машины, значение которого берется из характеристики подбираемой воздуходувной машины; η_пр — КПД привода; η_пр⁼ 0,95...0,98.

Для обеспечения выгрузки транспортируемого груза из разгрузи­теля и поддержания при этом герметичности узла разгрузки под раз­грузителем устанавливают шлюзовой затвор. Подбирают шлюзовой затвор по производительности:

где к₃ — коэффициент заполнения ячеек ротора; для зерна к₃ = 0,7...0,8; р_м — плотность зерна; р_м= 0,75 т/м³ = 750 кг/м³; n — частота вращения ротора затвора; n = 20...40 об/мин; V — объем ячеек ротора, м³ (л).

При проектировании, задавшись частотой вращения ротора, опре­деляют потребный объем ячеек ротора, исходя из производительности,

По потребному объему выбирают ближайший по объему стандарт­ный шлюзовой затвор и уточняют для него частоту вращения ротора. После этого определяют необходимую мощность электродвигателя и тип его выбирают по каталогу. Затем определяют общее передаточное число и подбирают редуктор для привода шлюзового затвора.