Исследование процесса пневмозагрузки сыпучих материалов в бункерные хранилища

 

1-вентилятор; 2-емкость; 3-шлюзовый  затвор; 4-приемник; 5-телескопический  трубопровод; 6-клапан; 7-бункер; 8-выпускной патрубок с задвижкой.

Рисунок 4 – Схема загрузки бункеров с помощью установки  нагнетающего принципа действия

 

 

1.1 Устройство  для активного вентилирования  и    пневмотранспортирования сыпучих материалов в бункерах

В последнее время нами предложены установки, позволяющие  кроме проведения активного вентилирования осуществлять пневматическую загрузку и пневматическую выгрузку сыпучих  материалов из бункеров. При этом для  проведения вышеперечисленных операций используется один вентилятор и единая система пневмопроводов[3,4,5,6].

На рис. 5 приведена одна из установок для проведения этих операций [7].

Распределительный трубопровод 6 квадратного сечения выполнен из набора перфорированных пластин-жалюзей, верхней частью шарнирно закрепленных между вертикальными стойками, снабженных с наружной стороны ограничителями поворота внутрь трубопровода.

Принцип работы заключается  в следующем.

Сжатый воздух от воздуходувной  машины 1 и сыпучий материал из емкости 2 через питатель 3 подаются в приемник типа  «тройник» 4.

Образовавшуюся аэросмесь транспортируют по загрузочному транспортному трубопроводу 5, затем - по распределительному трубопроводу 6, размещенному по оси приемного бункера 10. Сыпучий материал высыпают в приемный бункер 10 при постоянном подъеме клапана 7, размещенного в распределительном трубопроводе 6, вручную или с помощью электролебедки 8. Отработанный воздух выбрасывается через воздухопроницаемые стенки 11 бункера 10 в атмосферу. Перед проведением активного вентилирования сыпучего материала с целью повышения его сохранности клапан 7 опускают по распределительному трубопроводу 6 вниз ниже высоты размещенного в бункере сыпучего материала. После этого включают воздуходувную машину 1 и сжатый атмосферный воздух подают в загрузочный транспортный трубопровод 5, а затем - в распределительный трубопровод 6.

Воздух выходит через  перфорированные пластины распределительного трубопровода 6, пронизывает толщу  сыпучего материала в поперечно-горизонтальном направлении и через воздухопроницаемые стенки 11 бункера 10 выбрасывается в  атмосферу.

   При этом воздух  из-за расположения распределительного  трубопровода 6 по оси бункера  10 и выполнения стенок 11 бункера  10 воздухопроницаемыми преодолевает наименьшие аэродинамические сопротивления зернового слоя, что приводит к снижению сопротивления сети. При пневматической выгрузке сыпучего материала из бункера 10 открывают задвижку 17 выпускного патрубка 12. Воздух при включенной воздуходувной машине 1 и опущенном клапане 7, движется по транспортному загрузочному трубопроводу 5, затем через перфорированные отверстия части боковой поверхности 9 проходит в полость 14.

1 – воздухозадувная машина; 2 – оперативная ёмкость;  3 – питатель; 4 – тройник; 5 – загрузочный транспортный трубопровод; 6 – распределительный трубопровод; 7 – клапан; 8 – электролебёдка; 9 – перфорированная боковая поверхность; 10 – бункер; 11 – воздуха проницательные стенки;      12 – выпускной патрубок; 13 – металлический стакан; 14 – полость; 15 – разгрузочный трубопровод; 16,17 – задвижки; 18 – разгузитель.

Рисунок 5 – Устройство для  пневматического транспортирования  и хранения сыпучих материалов

 

Далее воздух движется по полости 14 вниз и поступает в разгрузочный транспортный трубопровод 15. Затем  открывают задвижку 16, в результате чего происходит истечение сыпучего материала из бункера 10. Образовавшуюся в разгрузочном трубопроводе 15 аэросмесь транспортируют к разгрузителю 18, материал выделяется в нем, а отработанный воздух выбрасывается в атмосферу. В данном случае сокращается путь транспортирования воздуха, что приводит к дополнительному снижению сопротивления сети.

 

2  Теоретические  исследования   

        

2.1 Обоснование  использования одного  вентилятора  и единной 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 материалопроводов м[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].

,

где  - производительность, м ³ / 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 м ³ / (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 4) будут меньше потерь давления при традиционной схеме загрузки материала в бункер (см. рисунок 1) 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 5). 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 5 – 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 загрузки n_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 6 – 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 7 – 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 7).

          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