Аналіз втрат тиску при переміщенні сипких матеріалів у пневмотранспортних системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аналіз втрат тиску при переміщенні сипких матеріалів у пневмотранспортних системах

Назарова О.С., Мелешко І.А.

Національний університет «Запорізька політехніка»

Розвиток технологій транспортування сипких матеріалів спрямовано на зниження питомої вартості транспортування однієї тоннисипкого матеріалу за допомогою зниження споживання електроенергії у процесі транспортування та роботи з мінімально допустимим тиском в пневмотрасі, що дозволяє вибрати електродвигун меншої потужності та при таких обсягах виробництва дає значний економічний ефект [1].

Недоліком пневмотранспортних систем (ПТС) є ймовірність запізнення при реакції системи автоматичного управління (САУ) на зміну тиску і, як наслідок, виникнення завалів трубопроводу сипким матеріалом, що викликає зупинку технологічного процесу, простої обладнання та значні матеріальні збитки [2]. До причин виникнення завалів відносять нестійкий режим транспортування, зменшення тиску на виході пневмотранспортної системи. Процес появи завалів пояснюється зменшенням відстані між частинками при збільшенні концентрації твердої фази [3-4].

Питома витрата електроенергії та знос трубопроводу визначає його ефективність і залежать від режиму транспортування, що використовується. Оптимізація електромеханічних процесів переміщення сипких матеріалів, а також створення енергозберігаючих способів пневматичного транспорту, що працює в його нестабільних режимах, є актуальною задачею.

Метою роботи є проведення експериментальних досліджень та комп'ютерного моделювання електромеханічних процесів пневмотранспортних систем під час транспортування сипких матеріалів, що супроводжуються втратою тиску на виході ПТС.

З метою дослідження зміни тиску в пневмотранспортній магістралі проведено пасивний фізичний експеримент (в умовах звичайного функціонування об'єкта) на ВАТ «ЗАлК», де об'єктом дослідження була частина пневмотраси (рис. 1) [5, 6] від камерного живильника (KP) до приймального бункера (PB) електролізного цеху.

На рис. 1 показано завантаження глинозему з холодильника печі кальцинації (HPK) через отвір в камерний живильник.

Рис. 1. Структурна схема експериментальної ділянки ПТС

Поворотом засувки подачі стисненого повітря від централь-ного колектора, регулюється надходження матеріалу до транспортної магістралі, контролюється при цьому тиск на манометрі (Р1), тиск нагнітання від колектора стисненого повітря (SV) і витрата глинозему (AI2O3). Засувкою (Z) регулюється подача суміші до пневмотранс- портної магістралі. Регулювання подачі стисненого повітря забезпе-чується за допомогою приводного двигуна (СТД-1600-24ХЛ4), багато-ступінчастого відцентрового компресора (К-250-61-2).

Рис. 2 Експериментальні дані: тиск на вході (1) та виході (2) ПТС

тиск пневмотранспортний трубопровід

При проведенні експерименту було проведено 42 виміри (n, шт.) тиску на вході та виході в пневмотранспортну систему (Р-105, Па) біля камерного живильника манометром P1 та на виході пневмотраси біля приймального бункера манометром P2. Також слід зазначити, що втрати тиску в пневмотранспортері визначають як суму втрат [7] за такою формулою, кПа

де Нм - втрати у машині, з якої надходить повітря у пневмо-транспортер;

Нп.п - втрати у пневматичному приймальному пристрої;

Нроз - втрати на розгін;

Нт.с.в - втрати від тертя при транспортуванні аеросуміші у прямолінійній вертикальній ділянці пневмотранспортера;

Нт.с.г - втрати від тертя під час руху аеросуміші в прямо-лінійній горизонтальній ділянці пневмотранспортера;

Нв - втрати у відводі;

Нпід - втрати на підйом продукту по вертикалі;

Нрозв - втрати у розвантажувачі;

Нп.в.р. - втрати у пристрої для вимірювання та регулювання витрати повітря.

Відповідно до технологічного процесу тиск на виході системи має бути не менше 2-105 Па. Для забезпечення зазначеної умови визначено необхідну швидкість суміші повітря з глиноземом на виході пневмотраси V, м/с за рівнянням (2):

де а = 10 - коефіцієнт, що враховує геометричні розміри час-тинок глинозему; Я = 0,00005 - коефіцієнт, що враховує зміни питомої ваги повітря у пневмотранспортній магістралі; у = 3,5 т/м3, питома вага частинок глинозему; LB - еквівалентна довжина пневмотраси:

де Lg - загальна довжина горизонтальних ділянок пневмотраси;

Lv - загальна довжина вертикальних ділянок пневмотраси ;

Lp - загальна довжина поворотів пневмотраси

де Li = 37 м; L3 = 259 м; L5 = 24 м, L2 = 9,5 м; L4 = 5,9 м, П90 = 4 - кількість поворотів за умови, що радіус поворотів дорівнює 5,1 м; Ј9о = 8 м - довжина одного повороту.

Тоді Lg = 320 м; Lv = 15,4 м; Lp = 32 м; Lv = 367,4 м. При розрахунках еквівалентну довжину пневмотраси приймаємо 370 м. В результаті проведених досліджень розраховано швидкість суміші повітря з глиноземом V = 25,553 м/с, яка потрібна для забезпечення мінімального допустимого тиску на виході пневмотраси.

Висновки

У результаті проведених експериментальних дослі-джень встановлено, що зниження тиску на виході пневмотранспортної системи, зменшує енергоефективність системи в цілому, а також може призвести до появи завалів. Середнє значення тиску на вході пневмо - трнспортної системи становило 4,5 Па, на виході ПТС - 2,98 Па, таким чином падіння тиску на виході близько 30 %. З метою зниження спо-живання електроенергії пневмотранспортною системою пропонується здійснювати транспортування сипких матеріалів зі швидкістю, що за-безпечує мінімально допустимий за технологічним процесом тиск.

Література

1. Gomes L.M. & Mesquita, Andre. Effect of particle size and sphericity on the pickup velocity in horizontal pneumatic conveying. Chemical Engineering Science, 2013, no. 104, pp. 780-789. 142

2. Marcus R. D. & Leung L. S. & Klinzing G. & Rizk, Fadi. Pneu-matic Conveying of Solids: A Theoretical and Practical Approach. Drying Technology,1993, no. 11, pp. 859-860.

3. Gomes M. L. & Mesquita Andre. On the prediction of pickup and saltation velocities in pneumatic conveying, Brazilian Journal of Chemical Engineering, 2014, no. 31, pp. 35-46.

4. Anantharaman, Aditya & Cahyadi, Andy & Hadinoto, Kunn & Chew, Jia Wei. Impact of particle diameter, density and sphericity on minimum pickup velocity of binary mixtures in gas-solid pneumatic conveying, Powder Technology, 2016, no. 297, pp. 311-319.

5. Назарова, О. С. Дослідження явища транспортного запізнювання у пневмотранспортній системі сипких матеріалів / О. С. Назарова, В. І. Бондаренко, І. А. Мелешко // Проблеми енергоресурсозбереження в електротехнічних системах. Наука, освіта і практика. - Кременчук : КрНУ, 2018. - Вип. 5/2018. - С. 27-29.

6. Nazarova, O. S. Experimental research and computer modeling of the obstruction occurrence in the pneumatic conveying systems peculiarities / O. S. Nazarova, I. A. Meleshko // Herald of Advanced Information Technology, 2020, Vol.3, No. 1, pp. 428-439. DOI: 10.15276/hait 01.2020.9

7. Волошин Е. В. Расчет и компоновка пневмотранспортных установок: методические указания / Е. В. Волошин ; Оренбург. гос. ун-т. - Оренбург : ОГУ, 2019. - 61 с.

Размещено на Allbest.ru