Исследование процесса пневмозагрузки сыпучих материалов в бункерные хранилища

,                                               (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.

2.3 Определение  эффективности загрузки бункера  новым способом

При традиционном способе  загрузки бункеров сверху с помощью  материалопроводов, расположенных вне бункера и разгрузителя, установленного на его крышке, высота подъема материала Н, а значит производительность и время загрузки – величины постоянные [2]. При загрузке бункера снизу с помощью распределительного телескопического материалопровода и рассекателя потока происходит изменение высоты подъема материала (высоты материалопровода) [3]. Определим, как в этом случае будет изменяться время загрузки в процессе заполнения бункера. Для этого найдем вначале изменение высоты подъема материала от времени

,      (8)

где G(t) =  m(h) – производительность загрузки бункера, а m(h) определяется по формуле

,     (9)

полученной из выражения

    (10)

для вычисления массовой расходной  концентрации аэросмеси при традиционном способе загрузки бункера. При этом выражение (3) является следствием известного соотношения

для вычисления потери давления аэросмеси в вертикальном материалопроводе [2, 5],

где удельные гидравлические потери при движении воздушного потока на вертикальном участке материалопроовода высотой 1 м;

k – коэффициент Гастерштадта;

m – массовая расходная концентрация аэросмеси, кг/кг.

 плотность стандартного воздуха,кг/м³;

– скорость воздушного потока, м/с;

 скорость витания частиц, м/с.

Дифференцируя (1), получаем

     (11)

Подставив (9) в (11), получим

   (12)

Далее для сокращения записей  положим

, В=Dr, С= .

Тогда (12) перепишется следующим  образом

=А× ,

откуда

dt=

× dh= dh,

т.е.

dt=

dh.

Интегрирую обе части  последнего равенства, получим

t = 

 =   =  

= 

+C₁ = – +C₁,

т.е.

t = – +C₁.                           (13)

 

Постоянную С₁ найдем из начального условия h(0) = h₀:

0 = –

+C₁,

откуда

C₁ = 

.

Подставляя найденную  постоянную С₁ в (6), получим

t = –

+ ,

откуда

t =  .    (14)

Полагая в (14) h = H, получим формулу

 =  .   (15)

для нахождения времени заполнения бункера высотой Н, заполненного в начальный момент до уровня h₀.

Если в начальный момент загрузки бункер был пуст, т.е. h₀ = h(0) = 0, то из (15) вытекает

Т₀ =      (16)

времени заполнения бункера  высотой Н

Если положить

D = 

,

то

,

откуда и из (16) следует

Т₀ = 

.

Последнюю формулу можно  записать более компактно, если ввести новый параметр Е =  :

Т₀ =      (17)

Из (9) следует, что 1–ЕН > 0, откуда, учитывая Н > 0, находим область  определения функции Т₀(Н):

Н Î (0;

) = (0; ).

Ясно, что время Т₀ загрузки бункера снизу с помощью распределительного телескопического материалопровода меньше времени Т₁ заполнения бункера традиционным способом. Для нахождеия разности Т₁ – Т₀ воспользуемся известной [2, 5] формулой (для упрощения расчетов объем днища бункера не учитывается).

,       (18)

где – объемная масса материала, кг/м³ ;

      – площадь сечения бункера, м² ;

      – подача (расход) воздуха, м³/с ;

      – высота материалопровода, м.

Формула (18), используя легко  выводимые из (3) соотношения

m = 

,

можно преобразовать к  виду

Т₁ = 

 =   =  

= 

 =  ,

т.е.

Т₁ =  .     (19)

Тогда из (17) и (19) следует

Т₁ – Т₀ = 

 =  

=  .   (20)

Формулу (20), используя равенство Е =  можно записать в другой форме

Т₁ – Т₀ =  .  (21)

Так как производная 

(Т₁ – Т₀)¢ = 

· .

функции (Т₁ – Т₀) (Н) в области её определения

Н Î (0;

) = (0; )

всегда положительна, то функция (Т₁ – Т₀) (Н) является возрастающей на интервале (0; ).

Таким образом, время загрузки бункера любой высоты снизу с  помощью распределительного телескопического материалопровода всегда меньше времени загрузки этого же бункера традиционным способом сверху. Причём, чем больше высота бункера, тем больше выигрыш во времени, который определяется по формулам (20) или (21).

3 Методика и  результаты экспериментальных исследований

Для проверки основных теоретических  положений работы, а также для  определения оптимальных конструктивных параметров и режимов загрузки бункера  с помощью распределительных  и телескопических материалопроводов необходимо проведение экспериментальных исследований.

3.1 Методика экспериментальных  исследований

 При проведении исследований  на экспериментальной установке  в основном измеряли давление, скорость несущей среды и твердого  компонента, а также концентрацию  и производительность.

В качестве объекта исследования принят технологический процесс  пневмоперегрузки сыпучих материалов и его хранения в бункерах.

Согласно ГОСТУ и типовым  методикам  [7]  определяли физико-механические свойства сыпучих материалов, параметры  процесса пневмотранспортирования, устанавливали порядок проведения экспериментов.

Статистическую обработку  опытных данных проводили классическим методом  [8].

Для определения потерь давления аэросмеси в распределительных и телескопических материалопроводах в перфорированном воздухопроводе и в выпускном патрубке, а также для определения оптимальных режимов транспортирования и конструктивных параметров были разработаны частные методики.

3.1.1 Описание экспериментальной  установки

Для обоснования режимов  транспортирования при перегрузке сыпучих материалов в бункерах и  для исследования рабочих органов  была создана экспериментальная  установка. При ее создании были проведены  расчеты конструктивных параметров рабочих органов установки, а  также подобрано необходимое  измерительное оборудование.

При проектировании и монтаже  экспериментальной установки учитывалось  следующее:

1.Максимальное приближение проводимых исследований к производственным условиям.

2.Возможность сравнения по гидродинамическим и энергетическим параметрам исследуемого способа загрузки и выгрузки бункера и применяемого в настоящее время.

Экспериментальная установка (рисунок 3) представляет собой закольцованную нагнетательную систему, обеспечивающую движение материала по замкнутому циклу. К экспериментальной установке  были предъявлены следующие требования:

1. движение воздушного потока и аэросмеси по распределительному материалопроводу непрерывное;
2. передняя стенка бункера выполнена прозрачной;
3. распределительный материалопровод выполнен съемным с целью замены его на цельный материалопровод;
4. режимы транспортирования, расходные концентрации аэросмеси аналогичны натурным установкам.

Сущность экспериментальной  установки поясняется чертежами  – на фиг.1 схематично изображен общий вид устройства, на фиг.2 – сечение А-А на фиг.1.

Устройство состоит из источника сжатого воздуха - воздуходувной  машины 1, оперативной емкости 2 для  перегрузки сыпучего материала, питателя 3 для подачи материала в приемник типа "тройник" 4. Кроме того, устройство содержит загрузочный транспортный трубопровод 5, переходящий в распределительный трубопровод 6 с клапаном 7, подъем которого производится вручную с помощью лебедки 8. Распределительный трубопровод 6 расположен внутри приемного бункера 9, предназначенного для хранения сыпучих материалов. Напротив распределительного трубопровода 6 установлен перфорированный трубопровод 10, сопряженный в конце с задвижкой 11. В нижней части бункера расположен выпускной патрубок 12. Между выпускным патрубком 12 и перфорированным трубопроводом 10 имеется отверстие для выгрузки сыпучих материалов из бункера, закрытое задвижкой 11. Выпускной патрубок 12 переходит в разгрузочный транспортный трубопровод 13. Разгрузочный транспортный трубопровод 13 соединен с разгрузителем 14. Они предназначены для транспортировки аэросмеси по замкнутому циклу и выгрузки материала в оперативную емкость 2. На крышке бункера 9 установлен патрубок 15 с задвижкой 16 для выброса отработанного воздуха в атмосферу в период его загрузки сыпучим материалом.

Для определения производительности установки материал после разгрузителя 14 с помощью двухпозиционного переключателя 17 отводится в надвесовой бункер 18, установленный на взвешивающем приспособлении 19. На всасывающем патрубке воздуходувки 1 расположена задвижка 20, предназначенная для регулировки расхода воздуха в сети.

На нагнетательном патрубке воздуходувки 1 установлен калорифер 21 для изучения процесса сушки материала.

 

Рисунок 3 – Экспериментальная  установка

Для регистрации потерь давления аэросмеси и скорости воздушного потока в распределительном, перфорированном, и разгрузочном транспортном трубопроводе установлены трубки Пито-Прандтля и датчики давления с регистрирующими приборами 22.

Для обеспечения непрерывного движения аэросмеси. при определения потерь давления в указанных выше трубопроводах необходимо бункер 9 заполнить материалом и установить клапан в верхнее положение. Включить воздуходувную машину 1 и при открытой задвижке 11 обеспечить непрерывное движения аэросмеси по замкнутому циклу.

При загрузке бункера 9 давление воздушного потока по высоте распределительного трубопровода будет изменяться. В  начальный период загрузки оно будет  максимальным, а в конечный период – минимальным. Поэтому масса  жалюзийных решеток 23 распределительного трубопровода 6 при их открытии на определенный угол в период загрузки бункера должна быть разной.

Для этого на жалюзийные решетки 23 необходимо устанавливать  грузы 24 различной массы. Для обеспечения  доступа к жалюзийным решеткам 23 на передней стенке бункера 9 установлена  дверь 25 с возможностью поворота вокруг вертикальной оси 26.

Для изучения процесса сушки  и активного вентилирования сыпучего материала в нижней, средней и  верхней части бункера 9 установлены  термодатчики и перфорированные  кассеты с материалом 27.

Устройство работает следующим  образом:

При загрузке бункера сжатый воздух от воздуходувной машины 1 и  сыпучий материал из емкости 2 через  питатель 3 подаются в приемник типа "тройник" 4. Образовавшаяся аэросмесь транспортируется по загрузочному транспортному трубопроводу 5 и распределительному трубопроводу 6 в приемный бункер 9 при постоянном подъеме клапана 7 с помощью лебедки 8. Отработанный воздух выбрасывается через патрубок 15 при открытой задвижке 16, при этом задвижка 11 закрыта, а задвижка 16 открыта.

 Для пневматической выгрузки сыпучих материалов из бункера 9 сжатый воздух, при включенной воздуходувной машине 1, и поднятом клапане 7, поступает по транспортному загрузочному трубопроводу 5 в распределительный трубопровод 6, выходит через отверстия верхних жалюзийных решеток и подается в перфорированный воздуховод 10 при закрытой задвижке 16 в патрубке 15. Затем открывается задвижка 11 для выгрузки материала из бункера 9. Материал попадает в зазор между стенкой выпускного патрубка 12 и перфорированным трубопроводом 10. В разгрузочном транспортном трубопроводе 13 образуется  аэросмесь, которая транспортируется в разгрузитель 14, выделяется в нем и загружается в емкость 2, а отработанный воздух выбрасывается наружу.