Классификация и область применения питающих устройств

Питатели марки ПШМ, изготавливаемые трех типоразмеров: ПШМ-1, ПШМ-2 и ПШМ-3, нашли широкое применение благодаря простой конструкции, способности обеспечивать непрерывную и равномерную подачу материала, что стабилизирует режим работы пневмотранспортных установок и повышает надежность в эксплуатации, а также сравнительно небольшим размерам и массе. В отличие от шлюзовых в винтовых питателях утечка воздуха не превышает 10-15 %, что достигается главным образом в результате образующейся пробки из материала на входе в аэрокамеру.

Однако винтовые питатели не рекомендуется применять при избыточном давлении в аэрокамере выше 1,4´105 Па, т. к. в противном случае герметизирующая пробка материала из-за высокого противодавления и возникающего вследствие этого большого скольжения материала по поверхности винта в противоположном направлении не будет выталкиваться шнеком в аэрокамеру. При этом возникает опасность переуплотнения материала и его самовозгорания.

Основной недостаток винтового питателя – высокий удельный расход энергии, затрачиваемой на перемещение и уплотнение материала винтом питателя. [3], стр. 204

Некоторые параметры питателей ПШМ приведены в таблице.

                                                                                          Таблица 2

Марка	Диаметр, м		Шаг заборных витков, м	Шаг последнего напорного витка, м	Частота вращения винта, об/мин
	винта	вала
ПШМ-1 ПШМ-2 ПШМ-3	0,100 0,130 0,180	0,035 0,035 0,050	0,085 0,104 0,144	0,050 0,065 0,090	24 24 16

Если в питатель попадают инородные тела, то они могут заклиниться между винтом и корпусом. Отчасти это предотвращается тем, что инородные тела могут попадать в углубленное пространство под винтом в месте загрузочной воронки, откуда они могут время от времени извлекаться через отверстие в корпусе. [2], стр. 178

У винтовых питателей сильно изнашивается винт, его концевая часть, втулка винта, обратный клапан и сопла. Поэтому на винт наваривают износостойкие материалы и обеспечивают легкую заменяемость  всех нагружаемых элементов питателя. Концевая часть винта делается съемной, так что ее можно заменять отдельно. От правильности зазора винта в винтовой коробке зависит хорошая герметичность и производительность питателя. Винтовая коробка имеет сменную втулку. Замена винта, его концевой части, а также клапана и втулки, производится через крышку в смесительной камере. Поэтому необходимо при конструировании питателя обеспечивать достаточное свободное пространство перед крышкой смесительной камеры. [2], стр. 179

 При испытании винтовых и  шлюзовых питателей следует в первую очередь проверить их крепление, уравновешенность, отсутствие посторонних шумов, частоту вращения ротора.

Желательно определить величину потери давления при прохождении воздуха через пористую перегородку аэрокамеры винтового питателя. Для этого измеряют перепад давления в нижней и верхней частях аэрокамеры и расход воздуха, проходящего через пористую перегородку. Величину расхода воздуха делят на площадь пористой перегородки и получают удельную нагрузку пористой перегородки.

Сопротивление пористой перегородки при фактической удельной нагрузке не должно быть больше величины, установленной для данного пористого материала.

Следует обратить внимание на наличие на приемном патрубке устройства для отвода утечки воздуха из питателя. Для этой цели можно использовать тканевый рукав, установленный на коробке над приемным патрубком, или соединить коробку с аспирационной установкой.

Для всех видов питателей важно установить исправность и точность работы дозирующего устройства, которое должно обеспечивать непрерывную подачу в питатель заданного количества транспортируемого материала в единицу времени. Простейший способ проверки заключается в том, что дозирующее устройство временно отключают от питателя и в течение некоторого времени собирают дозируемый материал в емкость (мешок, ящик). Определив затем массу материала, вычисляют производительность дозатора – она должна соответствовать проектной.

Если основные показатели работы установки (расход воздуха и давление, развиваемые воздуходувной машиной, мощность установленного электродвигателя винтового питателя и точность дозирования материала) соответствуют проектным, а неисправности, обнаруженные в отдельных элементах установки устранены, можно приступить к ее пуску и испытанию под нагрузкой.

1.3 Элементы теории

1.3.1 Расчет винтовых питателей

Основными показателями, определяющими работу винтового питателя, являются производительность, величина потери сжатого воздуха (утечка), мощность электродвигателя привода, или удельный расход энергии на привод, и аэродинамическое сопротивление. Эти показатели зависят от величины давления в аэрокамере, частоты вращения винта, а также от диаметра винта, числа и шага витков, величины зазора между винтом и кожухом, длины пробки, размеров аэрокамеры.

1.3.1.1 Производительность питателя.

  Как и производительность  горизонтального винтового конвейера, производительность питателя рассчитывают по формуле:

,                                                             (1)

где Fм – площадь поперечного сечения транспортируемого материала, м2;

r - объемная масса транспортируемого материала, т/м3;

υ – поступательная скорость транспортируемого материала, м/с.

Однако винтовой питатель подает материал в аэрокамеру с давлением воздуха больше атмосферного. Винт и транспортируемый материал находятся под воздействием избыточного давления воздуха, вследствие чего происходит относительное перемещение (скольжение) транспортируемого материала по поверхности винта в направлении, противоположном поступательному движению материала. В результате скольжения материала часть воздуха протекает из аэрокамеры через полость кожуха в атмосферу (утечка воздуха). Эти явления снижают производительность винтового питателя по сравнению с производительностью горизонтального винтового конвейера. Величину снижения можно определить применительно к данному материалу опытным путем.

Величину производительности винтовых питателей типа ПШМ при различных значениях избыточного давления в аэрокамере можно определить по формуле:

Она отличается от предыдущей сомножителем (100-k×p), который учитывает величину избыточного давления.

Формулы для определения производительности винтовых питателей ПШМ при транспортировании муки и значения коэффициентов приведены в таблице 3. Они учитывают свободную площадь сечения корпуса винтового питателя, коэффициент его заполнения, а также зависимость поступательной скорости материала от частоты вращения винта, шага и толщины заборных витков.

                                                                                                     Таблица 3

Марка	Диаметр винта, м	Диаметр вала винта, м	Шаг заборных витков, м	Частота вращения винта, об/мин	Значения k	Формула для определения производительности
ПШМ-1 ПШМ-2 ПШМ-3	0,1 0,13 0,18	0,035 0,035 0,05	0,085 0,104 0,144	1460 1460 980	0,50 0,75 0,47	0,1(100-k×p) 0,2(100-k×p) 0,35(100-k×p)

1.3.1.2 Утечка воздуха из питателя

Она зависит в основном от избыточного давления p в аэрокамере и диаметра D винта. Она возрастает при увеличении избыточного давления в аэрокамере и увеличении диаметра винта. Величину утечки воздуха q (м3/мин) можно определить по формуле:

q=0,5×p×D2 ,                                                                     (2)

где p – давление в аэрокамере, кПа;

D – диаметр винта, м.

При изменении частоты вращения винта в пределах от 950 до 1460 об/мин утечка воздуха практически имеет одну и ту же величину. В пределах точности опытов не обнаружено разницы в величине утечки воздуха в питателях с постоянным и переменным шагом винта.

Лишь при малых значениях производительности утечка воздуха из питателей с переменным шагом винта несколько меньше.

1.3.1.3 Мощность для привода питателя

Мощность для привода питателя зависит от числа витков, величины коэффициента уплотнения m, который представляет собой отношение шага заборного витка к шагу последнего напорного, относительной длины пробки l/D, диаметра винта D, частоты вращения винта n, а также избыточного давления в аэрокамере. Мощность, необходимая для привода питателя, возрастает при увеличении всех перечисленных показателей.

Винты питателей типа ПШМ имеют по два заборных и три напорных витка; коэффициент уплотнения m=0,8/0,5=1,6.

Мощность N практически не зависит от производительности винтового питателя. Это объясняется тем, что энергия электродвигателя расходуется в основном на преодоление сил трения транспортируемого материала о поверхность кожуха и винта, а также на преодоление противодавления в аэрокамере, которые практически не зависят от количества материала, перемещаемого винтом.

Определить мощность N (кВт) на валу винтового питателя типа ПШМ с переменным шагом винта при транспортировании муки можно по формуле:

N=3,3×10-3[0,27×(l/D)1.89+0,25]p1,32 D2×n+Nхх ,                             (3)

где  Nхх – мощность, необходимая для привода питателя на холостом ходу, кВт.

Величину Nхх (кВт) определяют по формуле:

Nхх=0,0035×D×n.                                                                            (4)

Из приведенных данных следует, что для снижения абсолютного и удельного расхода энергии необходимо использовать винтовые питатели с наименьшими возможными диаметром винта, частотой вращения винта и с переменным шагом витков (табл.4).

Произво-дитель- ность, т/ч	ПШМ-1		ПШМ-2		ПШМ-3
	Частота вращения винта, об/мин
	980	1460	980	1460	980	1460
	Избыточное давление в аэрокамере питателей, кПа
2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18	0-70 0-30 0-20 - - - - - - - -	70-130 30-130 20-170 - - - - - - - -	- - - - - - - - - - -	- - - - - 0-80 0-60 0-50 - - -	- - - 140-170 100-160 80-130 60-130 50-120 0-120 0-110 0-100	- - - 170-200 160-200 130-180 130-180 120-170 120-170 110-150 100-140

1.3.1.4 Аэродинамическое сопротивление питателя

Оно определяется величиной потери давления при прохождении воздуха через пористую перегородку и часть камеры до материалопровода. Сопротивление пористой перегородки находится в зависимости от удельной нагрузки, т.е. количества воздуха, приходящегося на единицу площади перегородки, и не зависят от количества транспортируемого материала, размеров аэрокамеры и диаметра, соединенного с камерой материалопровода. Сопротивление же остальной части камеры определяется последними тремя факторами. Поэтому сопротивление аэрокамеры питателя Hп следует определять как сумму сопротивлений пористой перегородки Hб и камеры, в которую подается винтом транспортируемый материал:

Hп=43,3 ,                                       (5)

где Qп – количество воздуха, поступающего в питатель, приведенное к нормальным условиям, м3/мин;

Dк – диаметр аэрокамеры, м;

Qм – количество воздуха, поступающего в материалопровод, приведенное к нормальным условиям, м3/мин;

d – диаметр материалопровода, присоединенного к камере, м.

Qм=Qп-q

Существенное значение для формирования пробки материала во входном патрубке имеет величина скорости воздуха в вертикальной цилиндрической части аэрокамеры.

Хорошая герметизация питателя, т. е. минимальная утечка воздуха из питателя достигается в случае заполнения транспортируемым материалом аэрокамеры и кожуха винта. Для этого необходимо, чтобы скорость фильтрации υф воздуха через слой материала была достаточной для приведения материала в псевдоожиженное состояние. Подача материала в материалопровод происходит вследствие механического воздействия винта, а его дальнейшее перемещение по материалопроводу – под воздействием воздушного потока при соответствующей скорости транспортирования.

Если это условие не соблюдается и скорость фильтрации воздуха через слой материала в аэрокамере превышает предельную величину υф, материал выносится из камеры воздушным потоком, пробка во входном патрубке не образуется, утечка воздуха возрастает и производительность питателя снижается.

Значение предельной скорости воздуха в аэрокамере, при которой не происходит разрушения пробки материала во входном патрубке аэрокамеры, может быть принято равным 0,5 м/с. Эта скорость рассчитана по свободному сечению цилиндрической части камеры.

Для определения скорости υф (м/с) воздуха в аэрокамере можно воспользоваться формулой:

,                                                                  (6)

где Fк – площадь поперечного сечения камеры, м2.

При чрезмерном поступлении воздуха в аэрокамеру, когда скорость его больше 0,5 м/с, требуется уменьшить подачу воздуха или увеличить площадь поперечного сечения аэрокамеры. Более простым и целесообразным способом уменьшения скорости фильтрации через слой материала является уменьшение количества поступающего воздуха.