ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Общее устройство, типы и классификация вспомогательных устройств
К вспомогательным устройствам машин непрерывного транспорта относятся гравитационные устройства (желоба и трубы; ступенчатые и спиральные спуски); бункеры; бункерные затворы; питатели, дозаторы; метательные машины; конвейерные весы. Указанные устройства имеют свои конструктивные особенности и разновидности. Выбор вспомогательных устройств производится индивидуально для каждого типа транспортирующей установки и зависит от вида транспортируемого груза, условий и трассы перемещения, взаимосвязи транспортирующей машины с общим технологическим процессом.
Гравитационные (самотечные) устройства
К гравитационным самотечным относятся устройства, в которых насыпные и штучные грузы перемещаются вниз по наклонной или вертикальной плоскости под действием собственной силы тяжести (рис. 7.1).
Гравитационные (самотечные) устройства применяются для снижения скорости падения насыпных грузов и выполняются разветвленными или поворотными. Для объединения или разделения грузопотока и направления его в заданном направлении используются желоба, собранные из нескольких фасонных элементов. Для увеличения срока службы желобов и труб при транспортировании абразивных грузов их внутренние поверхности изготавливают или футеруют износостойкими материалами [2, 5, 6].
а б
Рис. 7.1. Поворотные спуски (трубы) для подачи насыпного груза
а – по окружности; б – по кольцевой площадке
Для снижения скорости падения насыпных грузов применяют ступенчатые (каскадные) или спиральные спуски (рис. 7.2).
а б
Рис. 7.2. Ступенчатый (а) и спиральный (б) спуски
На ступенчатом спуске внутри трубы прямоугольного сечения с обеих сторон в шахматном порядке установлены полки, по которым груз, пересыпаясь с полки на полку, падает с замедленной скоростью, остающийся на полках слой груза предохраняет их от быстрого изнашивания. Для насыпных грузов, теряющих качество при крошении, а также для штучных грузов в твердой (в ящиках) и мягкой (в мешках, биг-бэгах) упаковках применяют спуски со спиральным желобом, по которому скользит груз.
Для предупреждения и ликвидации заторов по всей длине спиральных спусков устанавливают смотровые люки.
Преимуществами спиральных спусков являются: простота конструкции; возможность достижения высокой производительности; отсутствие движущихся частей. К недостаткам относятся: истирание груза и желоба; возможность образования заторов при резко изменившихся условиях транспортирования (например при повышении влажности груза).
Скорость движения груза составляет 2,5–3,0 м/с. Спиральный спуск может использоваться как промежуточное накопительное устройство при закрытом внизу выпускном отверстии. Для предотвращения преждевременного износа и увеличения срока эксплуатации секции спирали армируют износостойкими покрытиями.
Бункеры, бункерные затворы
Назначение и классификация бункеров
Бункеры представляют собой сосуды большого объема с загрузочными и разгрузочными отверстиями, перекрываемыми задвижками. Бункеры предназначены для приема, временного накапливания, хранения и подачи на транспортные средства насыпных грузов для их дальнейшей переработки [2, 3, 5, 6].
Бункеры загружаются через открытый верх или загрузочные отверстия, разгружаются через отверстия в днище или внизу боковых стенок. Продвижение груза по бункеру и истечение его через отверстия происходят под действием силы тяжести.
Бункеры применяются в установках трех типов:
аккумулирующие – для хранения насыпных грузов, снабжены устройствами для загрузки и разгрузки емкостей; устройствами для измерения массы и др.;
уравнительные – промежуточные емкости для насыпных грузов;
технологические – для временного хранения промежуточных продуктов переработки.
Применение бункеров необходимо в том случае, если сопряженные в едином производственном процессе транспортные и технологические машины работают в разных режимах по времени: одни периодически, другие непрерывно.
Режим времени работы и производительность комплекса объединенных транспортно-технологических машин определяет необходимый объем бункеров для накопления и хранения грузов.
Процессы сводообразования и скорость истечения груза зависят от физико-механических свойств груза, диаметра разгрузочного отверстия и формы бункера.
В табл. 7.1 представлена классификация бункеров.
Таблица 7.1
Классификация бункеров
|
Бункеры |
Геометрическая форма |
Схема |
||
|
Тип |
Группа |
Корпуса |
Днища |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Прямоугольные |
Пирамидальные, обелисковые |
Пирамида, обелиск |
|
|
|
Комбинированные призмопирамидальные, призмообелисковые |
Призма |
Пирамида, обелиск |
|
|
|
Круглые |
Конические |
Конус |
|
|
|
Цилиндроконические |
Цилиндр |
Конус |
|
|
|
Корытообразные |
Односкатные треугольные |
Треугольная призма |
|
|
|
Односкатные трапецеидальные |
Четырехугольная призма |
Треугольная призма |
|
|
|
Двускатные |
Четырехугольная призма |
Две треугольные призмы |
|
|
|
Трапецеидальные |
Трапецеидальное корыто |
|
||
|
Параболические |
Параболическое корыто |
|
||
|
Комбинированные Трапецеидальные |
Призма |
Трапецеидальное корыто |
|
|
|
У-образные |
Трапецеидальное корыто с плоским дном и боковой щелью |
|
Форма бункера должна обеспечивать максимальное заполнение и полную разгрузку без образования «мертвых» зон, где происходит задержка груза, и предотвращать возможность сводообразования (зависания) груза над разгрузочными отверстиями, нарушающего режим свободного истечения груза. Угол наклона стенок бункера должен быть на 10–15º больше угла естественного откоса груза для того, чтобы у стенок воронки не образовывалась пассивная зона, в пределах которой груз в начале разгрузки остается неподвижным, затем располагается по углу естественного откоса, а затем скользит вдоль стенок бункера.
Бункеры изготавливают деревянными, металлическими, бетонными, железобетонными. Наибольшее распространение имеют бункеры со стенками из листовой стали и каркасом из профильной стали. Для облегчения движения грузов стенки бункеров внутри выполняют гладкими; при перемещении абразивных грузов стенки бункеров армируют съемными стальными плитами.
Разгрузочные отверстия бункера располагают по центру днища или сбоку с одной или с обеих сторон. Корпус бункера закрепляется сверху за края несущей конструкции.
Процессы истечения и сводообразования в бункерах
При истечении насыпного груза из бункера через разгрузочное отверстие образуется свод из подвижных частиц, воспринимающий давления вышележащих слоев. В первой зоне, лежащей над сводом, частицы движутся в замкнутом слое и соприкасаются друг с другом. Из этого слоя частицы непрерывно переходят в область самого свода. Под поверхностью свода начинается зона свободного падения частиц под действием собственной силы тяжести. В этой второй зоне уже нет связанных друг с другом слоев частиц, они не соприкасаются, при падении расстояния между ними увеличиваются [1, 2, 5, 6].
При экспериментальном сравнении бункеров с круглым, квадратным и прямоугольным разгрузочными отверстиями, имеющими одну и туже площадь сечения, установлено, что наибольшее количество груза в единицу времени разгружается из бункера с разгрузочным отверстием, характеризующимся наибольшим гидравлическим радиусом, т. е. из бункера с круглым отверстием. Затем следуют бункеры с квадратным и прямоугольным отверстиями. Щелевое и эллиптическое разгрузочные отверстия примерно равноценны по количеству разгружаемого материала, по скорости потока оба эти отверстия значительно уступают отверстию с круглым сечением.
В несимметричных бункерах сопротивление истечению в 2–3 раза больше, чем в симметричных.
7.3.3 Расчет пропускной способности бункеров
Пропускная способность (т/ч) бункера зависит от скорости истечения сыпучих материалов [1, 2, 5]. Для бункеров непрерывного действия
, (7.1)
где v – скорость истечения насыпного груза из отверстия бункера, м/с;
ρ – насыпная плотность груза, т/м3;
w' – площадь отверстия истечения с учетом кусковатости груза, м2; для круглого отверстия w' = π (D – a')2 / 4 (D – диаметр отверстия, м); для прямоугольного отверстия w' = (Аи – а')(Bи – а') (Аи и Bи – размеры сторон отверстия, м).
Определение гидравлического радиуса
, (7.2)
где D – диаметр выпускного отверстия бункера, мм;
а' – размеры максимальных кусков, мм.
Определение критического радиуса
. (7.3)
Скорость истечения v груза из бункера:
при Rг > Rкр, 
,
при Rг < Rкр, 
,
где λи – коэффициент истечения, λи = 0,2–0,65.
Площадь отверстия истечения
. (7.4)
Бункерные затворы
Бункерные затворы служат для закрывания и открывания выпускных отверстий бункеров и регулирования выходящего потока насыпного груза.
Точность регулирования потока открыванием выпускного отверстия возможна только при хорошо сыпучих материалах [2].
Бункерные затворы должны иметь простую и прочную конструкцию, малые габариты; обеспечивать удобство маневрирования и быстроту действия, плотность закрывания и возможность регулирования потока груза.
По типу привода затворы бывают ручные и механические (электрические, пневматические и гидравлические) с дистанционным управлением. По способу действия затворы разделяют на: отсекающие поток груза (затворы в виде плоской задвижки и секторные) и создающие подпор (лотковые) [2, 3]. Конструктивные исполнения затворов представлены на рис. 7.4.
Рис. 7.4. Конструктивные схемы затворов:
а, б – задвижки; в – ленточный гусеничный затвор; г – лотковый затвор;
д – односекторный затвор; е – двухсекторный (челюстной); ж, з – наклонный секторный;
и – сдвоенный секторный; к – пальцевый
Классификация затворов:
в виде плоской задвижки (рис. 7.4 а, б) устанавливаются в днище или боковой стенке бункера;
ленточные гусеничные (рис. 7.4, в) открывают или закрывают отверстие передвижением рамы с закрепленной на ней подвижной конвейерной лентой;
секторные (рис. 7.4, д–и) имеют цилиндрическую поверхность и при закрывании или открывании поворачиваются вокруг горизонтальной оси;
челюстные (рис. 7.4, ж, з) с движением сектора вверх или вниз;
пальцевые (рис. 7.4, к), состоящие из поднимающихся и опускающихся рычагов (пальцев), подвешенных на цепях;
лотковые (рис. 7.4, г) регулируют поток груза изменением угла наклона лотка.
Питатели и дозаторы
Питатели представляют собой механические устройства для обеспечения стабильного регулируемого грузопотока из бункера или воронки на конвейеры и средства периодического транспорта [2, 3, 5, 6].
В настоящее время широко используется большое разнообразие конструктивных исполнений питателей, каждый из которых имеет преимущества при определенных условиях эксплуатации и организации загрузки, однако универсального функционального решения не существует. Тип питателя выбирается в каждом отдельном случае в зависимости от характеристики транспортируемого груза, производительности и производственных условий (табл. 7.2).
Таблица 7.2
Типы и разновидности питателей
|
Тип питателя |
Назначение |
|
1 |
2 |
|
Ленточный
|
Для равномерной подачи насыпных материалов на технологические машины и транспортирующие устройства. Обеспечивает регулируемую произво-дительность изменением высоты слоя груза на ленте с помощью шиберных устройств загрузочных бункеров |
|
Пластинчатый
|
Для равномерной подачи тяжелых, крупно-кусковых, абразивных грузов |
|
Качающийся
|
Для непрерывной подачи из бункеров кусковых и сыпучих материалов с насыпной плотностью до 2,6 т/м3. Имеет простую конструкцию, высокую надежность, производительность регулируется за счет хода лотка |
|
Вибрационный
|
Для дозированной подачи кусковых и зернистых сыпучих материалов из бункеров, воронок и других загрузочных устройств. Питатели вибрационные с активатором предназ-начены для выгрузки из бункеров сыпучих мате-риалов, склонных к сводообразованию и зависанию |
|
Дисковый
|
Для равномерной выдачи из бункеров кусковых, сыпучих и плохосыпучих материалов с насыпной плотностью до 2,5 т/м3, работает под давлением материала из бункера, производительность регулируется за счет изменения положения съемного ножа и числа оборотов двигателя |
Окончание табл. 7.2
|
1 |
2 |
|
Винтовой
|
Для равномерной подачи пылевидных, зернистых, мелкокусковых насыпных грузов |
|
Барабанный
|
Для равномерной подачи хорошо сыпучих зер-нистых и мелкокусковых грузов и с ребристой поверхностью барабана для крупнокусковых грузов |
|
Цепной
|
Для равномерной подачи крупнокусковых одно-родных грузов |
|
Лопастный
|
Для равномерной подачи мелкофракционного материала из бункера с высокой точностью подачи |
Питатели предназначены для непрерывной равномерной подачи сухих материалов с заданными (или регулируемыми) характеристиками потока в технологические машины и транспортирующие устройства, а так же как самостоятельное оборудование для наполнения тары сыпучими продуктами.
Питатели применяются на предприятиях горной, металлургической промышленности; на линиях по выпуску сухих строительных смесей; для подачи сыпучих материалов в различных технологических процессах измельчения, смешивания, транспортирования, обжига, фасовки.
Дозаторы – механические устройства цикличного действия, производящие при каждом цикле выдачу из бункера определённой порции (дозы) насыпного груза. Дозирование может производиться по объему или по массе. Дозирование по объему осуществляется с помощью мерного сосуда (рис. 7.5), плунжера или ячеечного барабана. Поворот мерного сосуда обеспечивается пневмоцилиндром.
Рис. 7.5. Схема дозатора с дозированием по объему
Некоторые типы дозаторов используются не только как самостоятельные агрегаты, но и в комплексе с другими дозирующими устройствами, обеспечивающими сложное многокомпонентное дозирование и имеют широкие возможности по встраиванию в технологические линии.
Метательные машины
Метательные машины представляют собой устройства, с помощью которых насыпному грузу сообщается кинетическая энергия, необходимая для направленного полета на некоторое заданное расстояние (20–30 м). Использование метательных машин особенно эффективно при подаче груза в труднодоступные места [2].
Метательные машины применяют в шахтах для закладки породой выработанных пространств (закладочные машины) и на открытых работах для отсыпки отвалов; в металлургии – для загрузки шихты в печи; на дорожно-строительных и земляных работах – при сооружении земляного полотна дороги, насыпке дамб и пр. (грунтометатели); на железнодорожном и водном транспорте – для заполнения трюмов судов (штивующие машины) и т.д.
По принципу действия различают метательные машины, сообщающие струе груза скорость вылета трением о рабочий орган; захватом-толканием и двумя этими способами одновременно.
Классификация метательных машин (рис. 7.6) по типу рабочего элемента:
ленточные: с прямой лентой (наклонный конвейер с лентой, движущейся с высокой скоростью); с изогнутой лентой (ленточно-барабанные), в которых груз засыпается между барабаном и лентой; в зависимости от места вылета груза подразделяются на машины с нижним и верхним вылетом;
лопастные: с расположением лопастного барабана на горизонтальном валу (струя груза подводится по периферии барабана и имеет высокую скорость), изменение направления струи обеспечивается выдвижением щитка; с расположением лопастного барабана на горизонтальной или вертикальной оси (груз подводится через центральное отверстие в кожухе с небольшой скоростью), изменение направления струи обеспечивается поворотом корпуса кожуха;
дисковые: вместо неподвижного круглого днища имеют плоский или конусный вращающийся диск с гладкой поверхностью или с радиальными лопастями, захватывающими и выбрасывающими груз радиально во все стороны.
Общим недостатком метательных машин является быстрое изнашивание соприкасающихся с грузом частей (особенно с кусковым и абразивным). Для увеличения срока службы лент число прокладок должно быть не более 2–3.
Рис. 7.6. Схемы метательных машин:
а – ленточная с прямой лентой; б, в – ленточно-барабанные;
г, д – лопастные (роторные); е – дисковая
Для облицовки лопастей и кожухов используют износостойкие материалы. Ленточные метательные машины обеспечивают меньшее разрушение груза и являются более предпочтительными, чем лопастные.
Автоматические конвейерные весы
Конвейерные весы предназначены для непрерывного взвешивания сыпучих материалов, транспортируемых горизонтальными и наклонными конвейерами, с целью технологического контроля, нормирования и учета массы, а также для коммерческих расчетов [2, 3, 5].
Весы должны быть устойчивыми (возвращаться в первоначальное положение после малого числа колебаний), иметь возможно малую погрешность (не более 1 %), надежными в работе при больших скоростях движения конвейерной ленты и неравномерной загрузке, иметь взрывобезопасное и защищенное от влаги и пыли исполнение, малые габариты, возможность установки на передвигающихся конвейерах и др.
Конвейерные весы по принципу действия разделяют на весы периодического взвешивания (суммирующие) и весы непрерывного взвешивания (интегрирующие). Конвейерные весы (весовой конвейер) первой группы взвешивают отрезок конвейерной ленты с материалом, который в данный момент времени находится на специальной взвешивающей платформе, вмонтированной в конвейерную раму.
Через промежуток времени, равный времени прохождения конвейерной ленты на длину взвешивающей платформы, производится новое взвешивание и его результаты специальными счетчиками суммируются с предыдущими. Весовая платформа конвейерных весов устанавливается на электрических датчиках веса, которые преобразуют вес груза, находящегося на весовом участке в электрический сигнал, который передается на счетное устройство, суммирующее показания через определенные интервалы времени в зависимости от скорости движения конвейерной ленты на конвейерных весах.
Принцип действия интегрирующих конвейерных весов (непрерывного действия) основан на непрерывном взвешивании массы груза в зависимости от скорости движения конвейерной ленты, перемножении показателей и интегрировании по времени; интегрирующие конвейерные весы имеют датчики веса и скорости. Известно много конструкций суммирующих и интегрирующих конвейерных весов с механическими рычажными устройствами и механическими сумматорами и интеграторами, однако такие конвейерные весы уходят в историю; все они характеризуются большой длиной взвешивающей платформы, зависящей от скорости конвейерной ленты, большими погрешностями взвешивания при переменных нагрузках, сравнительно большой металлоемкостью и громоздкостью конструкции, сложностью и большой стоимостью монтажа.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ
Назначение и общее устройство установок гидравлического транспорта
Установки гидравлического транспорта (рис. 8.1) служат для перемещения насыпного груза по трубам и желобам в струе жидкости (воды) [3]. Смесь груза с водой называется гидросмесь или пульпа. Принцип действия гидравлических транспортных установок заключается в передаче энергии движущейся воды частицам насыпного груза и перемещении их с большой скоростью.
Гидротранспортные установки разделяют на напорные и безнапорные. По желобам (каналам) пульпа перемещается самотеком в сторону движения. По трубопроводам пульпа перемещается самотеком или под напором с помощью насоса: в горизонтальном направлении, вниз или вверх.
Гидротранспорт применяется в котельных ТЭС (для уборки золы, шлака); на металлургических заводах (для уборки шлаков); в горной промышленности (подъем на поверхность угля, руды и подача в шахты закладочного материала); на обогатительных фабриках; в химической промышленности; в строительстве (перемещение размытого струей воды грунта).
Преимуществами гидротранспортных установок являются: компактность трубопроводов; герметичность; высокая производительность; большая длина транспортирования по сложной трассе; простота технического обслуживания; возможность создавать любую по очертаниям трассу; автоматизация процесса транспортирования; обеспечение загрузки и разгрузки в любой точке трассы.
Рис. 8.1. Схемы гидротранспортных установок:
а – с пульпонасосом; б – с водяным насосом и питателем; в – самотечная;
1 – водопровод; 2 – пульпонасос; 3 – пульпопровод; 4 – насос для чистой воды;
5 – водоотделительный грохот; 6 – резервуар для пульпы; 7 – водяной насос;
8 – бункер с питателем; 9 – резервуар для воды; 10 – резервуар для пульпы;
11 – бункер для породы; 12 – смесительная воронка
К недостаткам относятся: ограничение ассортимента транспортируемых грузов (по гранулометрическому составу); повышенный износ трубопровода; увеличенный расход энергии; потребность в больших количествах воды и опасность ее замерзания в зимних условиях; повышенная влажность в закрытых помещениях.
Механическое оборудование установок гидравлического транспорта
Загрузочные устройства (питатели) служат для подачи насыпного груза в трубопровод, который находится под высоким давлением. Загрузочные устройства не должны при работе пропускать воду из трубопровода, по принципу действия выполняются камерными (наибольшее применение) и бескамерными.
Камерные питатели обеспечивают цикличную подачу груза, бескамерные – непрерывную. Цикл работы камерных питателей состоит из времени наполнения камеры, ее освобождения и маневрирования поочередно закрывающимися и открывающимися затворами. Управление затворами двух рядом стоящих секций камерных питателей выполняется таким образом, что в период, когда выпускная камера одной секции заполняется грузом, вторая разгружается в трубопровод [3].
Пульпонасосы используются центробежные и поршневые (при перемещении неабразивных грузов). Преимуществом поршневых насосов является создание высоких давлений; недостатками – быстрый износ, большие габаритные размеры, пульсирующее действие, способствующее выпадению частиц твердых фракций в трубопровод. По конструкции и принципу действия центробежные насосы почти не отличаются от насосов для воды.
Используются одноступенчатые (основной тип), двух- и многоступенчатые насосы (достаточно редкое применение).
Основные требования, предъявляемые к пульпонасосам: транспортирование крупных (до 100 мм) кусков груза; высокая износостойкость; удобство обслуживания и ремонта. Для увеличения срока службы быстроизнашивающихся элементов пульпонасосов применяют специальные стали и материалы, армирование навулканизированной резиной.
Назначение и общее устройство установок пневматического транспорта
Установки пневматического транспорта служат для перемещения насыпных и штучных грузов по трубам или желобам в струе сжатого или разреженного воздуха [3]. Установки для насыпных грузов перемещают пылевидные, порошкообразные, зернистые и кусковые материалы, а установки для штучных грузов предназначены для транспортирования по трубам отправлений (пневмопочта), производственной документации и мелких грузов, уложенных в патроны. Движение воздуха в трубопроводе создается нагнетательными или вакуумными насосами.
Установки, транспортирующие насыпной груз во взвешенном состоянии в потоке воздуха, разделяют на всасывающие (вакуумные), нагнетательные (напорные) и комбинированные (рис. 8.2).
Всасывающие установки используются там, где требуется забирать насыпной груз из нескольких пунктов и передавать его в один приемный пункт, например, при выгрузке зерна из барж в приемный склад (несколько сопл засасывают зерно сразу из многих отсеков трюма). Во всасывающих установках грузы перемещаются под действием разреженного воздуха, груз поступает в трубопровод через всасывающее сопло, а в конечном пункте шлюзуется из камеры с разреженным воздухом во внешнее пространство. Машинная часть всасывающих установок (воздушный насос и отделительное устройство) расположена с той стороны трубопровода, в которую происходит транспортирование груза.
Нагнетательные установки удобны в тех случаях, когда груз, получаемый из одного пункта, необходимо распределить по нескольким приемным точкам. В нагнетательных установках груз перемещается в струе сжатого воздуха. Груз поступает в трубопровод с помощью питателей в находящийся под давлением трубопровод, при этом «переносная» способность струи выше, чем во всасывающих установках из-за перепада давления и большей скорости струи. Нагнетательные установки применяются для трудно перемещаемых грузов, при транспортировании на большие расстояния или на подъем. Машинная часть расположена с той стороны трубопровода, от которой происходит транспортирование груза.
Рис. 8.2. Схемы пневмотранспортных установок:
а – всасывающей; б и в – нагнетательных высокого давления;
г – всасывающе-нагнетательной; 1, 15 – сопло; 2, 8, 13, 16, 19 – трубопровод;
3 – приемный резервуар-отделитель; 4 – пылеуловительный циклон;
5, 18 – шлюзовые затворы; 6, 20 – воздуходувная машина; 7 – камерный питатель;
9 – переключатель; 10 – фильтр; 11 – бункер; 12 – питатель; 14, 17 – отделитель
Пневмоустановка комбинированного типа забирает груз из нескольких загрузочных мест и подает одновременно в несколько приемных пунктов. Грузы перемещаются под действием разреженного воздуха и в струе сжатого воздуха. Машинная часть расположена в промежуточной точке трубопровода. Пневмоустановки комбинированного типа наиболее удобны для разветвления трубопроводов с обеих сторон.
Движущаяся по трубопроводу с большой скоростью струя воздуха образует с мелкофракционным грузом достаточно однородную аэросмесь, заполняющую сечение трубопровода. Частицы груза перемещаются скачкообразно во взвешенном состоянии и скольжением по нижней стенке трубы [2].
Пневмотранспортные установки для насыпных грузов по принципу действия разделяют на транспортирующие груз в потоке воздуха во взвешенном состоянии и транспортирующие груз методом аэрации, т. е. насыщения воздухом сыпучего тела, приобретающего при этом свойства жидкости и текущего по наклонному желобу под действием силы тяжести [3].
В качестве воздуходувного оборудования в нагнетательных системах используют компрессоры, воздуходувки и вентиляторы, в вакуумных (всасывающих) – вакуум-насосы и вентиляторы.
Пневмотранспорт широко используется в строительстве, сельском хозяйстве, различных отраслях промышленности, при проведении перегрузочных операций на железнодорожном транспорте, в морских и речных портах, на транспортных перегрузочных узлах комплексах.
Установки пневматического транспорта предназначены для перемещения цемента, мелко- и среднекускового угля, измельченной породы, зерна, соли и других сухих порошкообразных и мелкокусковых грузов.
Основными параметрами пневмотранспортных установок являются: производительность – до 100 т/ч и длина транспортирования от 100 м до нескольких километров.
К преимуществам относятся компактность и герметичность системы; отсутствие потерь груза; сложная конфигурация трассы; высокая надежность; удобство и простота технического обслуживания из-за сосредоточения основного оборудования в одном месте; обеспечение разветвленных грузопотоков; возможность сопряжения с технологическим процессом. Недостатками являются высокая энергоемкость; интенсивное изнашивание трубопроводов (особенно на участках поворотов); ограничение ассортимента транспортируемых грузов.
Механическое оборудование установок пневматического транспорта
Загрузочные устройства (питатели) служат для подачи насыпных грузов в нагнетательный трубопровод. Используются камерные и бескамерные питатели. Камерные питатели выполняются одно- и двухкамерными. У однокамерного питателя, работающего с подачей воздуха вверх, транспортный трубопровод вертикально по оси камеры. В нижней конической части камеры расположены пористые плитки, через которые проходит сжатый воздух, аэрируя нижние слои лежащего в камере груза. Аэрированный материал под давлением воздуха поступает в трубопровод и движется по нему вверх. Камерные питатели не имеют вращающихся в сыпучей среде деталей и поэтому могут применяться при транспортировании абразивных материалов [3].
Отделители служат для отделения насыпного груза от аэросмеси и располагаются в конечном пункте, а в комбинированных системах и в промежуточных пунктах установки.
Отделители представляют собой резервуар, в котором скорость струи воздуха резко уменьшается, груз выпадает из струи, собирается на дне резервуара и выпускается через затвор. Для более эффективного отделения частиц груза внутри резервуара устанавливают направляющие поверхности из листовой стали, ударяясь о которые, струя аэросмеси изменяет свое направление. Способствуя выпадению из нее частиц груза.
Воздуходувные машины выполняют центробежными или поршневыми в зависимости от давления и условий работы.
Центробежные машины разделяют на вентиляторы и турбомашины; поршневые машины представляют собой с вращательным движением рабочего органа (ротационные) и с возвратно-поступательным движением поршня. Действие центробежных машин основано на центробежном принципе, при котором кинетическая энергия струи воздуха превращается в потенциальную энергию давления.
Расчет гидро- и пневмотранспортных установок
Исходными данными для расчета являются:
объемная или массовая производительность;
характеристика груза;
длина и конфигурация трубопровода.
По заданным исходным данным определяют основные параметры, обеспечивающие устойчивый режим транспортирования груза: скорость движения несущей среды (воды, воздуха); необходимое количество воды или воздуха; диаметр трубопровода; сопротивления движению смеси на различных участках трубопровода и напор или давление для их преодоления; мощность двигателя насосного или воздуходувного агрегата.
При определении скорости, напора или давления несущей среды основными параметрами являются крупность частиц и плотность груза. Группы крупности насыпных грузов:
кусковые (а > 40 мм);
крупнозернистые (а = 6–40 мм);
мелкозернистые (а = 2–6 мм);
грубодисперсные (а = 0,15–2 мм);
тонкодисперсные (а < 0,15 мм).
Расчет для тонкодисперсных, грубодисперсных и кусковых грузов имеет существенные отличия.
Расчет установок напорного гидротранспорта
При расчете гидроустановок для тонкодисперсных грузов критическая скорость [3]
, (8.1)
где n = 1 – 1,5 – эмпирический коэффициент, учитывающий влияние степени перемешивания смеси;
а = (ρs – ρв) / ρв – соотношен ие плотностей частиц груза и несущей среды.
Концентрация тонкодисперсных грузов составляет s = 0,2–0,5. Выбранный диаметр трубы проверяют по условию
u = 4Vг / (3600 π D2) ≥ uкр, (8.2)
где Vг – расход гидросмеси, м3/ч;
D – диаметр трубы, м;
u – скорость транспортирования, м/с.
Удельные потери напора (м/м) при движении смеси
H´ = k1 H0 (1 + a s), (8.3)
где k1 = 1,1–1,5 – коэффициент, учитывающий степень перемешивания смеси;
Н0 – удельные потери напора при движении чистой воды со скоростью, равной скорости гидросмеси, м/м;
H0 = ξ u2 / (D g), (8.4)
где ξ – коэффициент гидравлических сопротивлений.
Если трубопровод имеет вертикальные участки высотой Lп, то потребный напор для него больше на величину статического напора при подъеме Нп. При движении смеси вниз он на столько же меньше, поэтому Hп = ± Lп .
Дополнительные потери в трубопроводе составляют около 5%.
При расчете гидроустановок для транспортирования кусковых грузов критическая скорость
, (8.5)
где С1 = 8,5–9,5 – эмпирический коэффициент;
f – обобщенный коэффициент трения груза о нижнюю стенку трубы.
Удельные потери напора при движении гидросмеси
H´ = H0 + f a s. (8.6)
Для предотвращения скопления груза в трубопроводе максимальный размер кусков груза должен быть не более 1/3 диаметра трубы, концентрация должна составлять s = 0,2– 0,25.
При расчете гидроустановок для транспортирования грубодисперсных грузов по полному расчетному напору Нр (м) и производительности V (м3/ч) выбирают насосный агрегат и рассчитывают необходимую мощность двигателя
, (8.7)
где kз =1,1–1,2 – коэффициент запаса;
η = 0,7–0,9 – кпд насосного агрегата.
Нр = Нп + Нм , (8.8)
где Нп – статический напор при подъеме;
Нм – дополнительные местные потери.
Расчет установок самотечного гидротранспорта
При расчете самотечных установок гидротранспорта и трубопроводного транспорта определяют параметры потока, необходимый уклон и поперечные размеры желоба (трубы).
Основная формула для расчета (формула Шези) [2]
или 
, (8.9)
где С – коэффициент Шези, зависящий от шероховатости поверхности и гидравлического радиуса R
R = D / 4, (8.10)
где D – диаметр желоба.
Для открытого желоба прямоугольного сечения шириной В при глубине потока h гидравлический радиус
. (8.11)
Значения минимальных уклонов i пульпопровода зависят от вида и кусковатости транспортируемых грузов и внутренних поверхностей каналов и находятся в пределах 0,015–0,0625.
При расчете по заданному объему перемещаемого груза V´ (м3/ч) и коэффициенту разрыхления kр > 1 определяют расчетный объем V = V´ / kр; затем выбирают скорость гидросмеси v, геометрические размеры сечения желоба и его гидравлический радиус R.
В зависимости от относительной шероховатости пульпопровода определяют коэффициент С и необходимый уклон i желоба, который обычно зависит от рельефа местности. При большом уклоне рекомендуется использовать желоба с повышенной шероховатостью.
Расчет установок пневмотранспорта
Исходные данные:
производительность Q (т/ч) или V (м3/ч);
длина и конфигурация трубопровода;
физико-механические свойства транспортируемого груза.
В системах пневмотранспорта массовая концентрация аэросмеси в зависимости от характеристики транспортируемого груза и конфигурации трассы трубопровода достигает μ = 8–25, при транспортировании аэрированными потоками μ = 60–150.
Для предупреждения завалов должна учитываться крупность частиц груза и выполняться условие
D ≥ 3 а, (8.12)
где а – размер типичных частиц груза.
Скорость воздуха в трубопроводе как в системе всасывания так и в системе нагнетания возрастает от начального пункта к конечному, поэтому расчет проводится по начальному участку трубопровода.
Критическая скорость
, (8.13)
где С2 = 0,1 – 0,35 – коэффициент, зависящий от физико-механических свойств груза.
При этом необходимо выполнение условия u ≥ uкр .
Потери давления в трубопроводе возникают из-за сопротивления движению аэросмеси по горизонтальным участкам, на закруглениях поворотных участков, инерционные потери рд, при подъеме на вертикальных или наклонных участках рп, в загрузочном устройстве рм.
Полное давление в транспортной системе
р = рн + рд + рп + рм. (8.14)
Расход воздуха (для одной установки)
V´в = k2 V0, (8.15)
где k2 = 1,1–1,15 – коэффициент, учитывающий потери воздуха в воздухопроводе;
V0 – необходимый расход воздуха, м3/с.
Необходимая мощность двигателя
, (8.16)
где Lм – теоретическая работа воздуходувной машины;
η = 0,65–0,85 – кпд воздуходувной машины.