Классификация и область применения питающих устройств

Для этого часть общего количества воздуха Qп, необходимого по расчету для транспортирования заданного количества материала, подают не в аэрокамеру, а непосредственно в материалопровод через специальную форсунку (рис.8). Она состоит из корпуса 6, конического патрубка 5, двух цилиндрических патрубков 4 и 2 и фланцев 1,3,7.

Фланцем 7 форсунку крепят к аэрокамере винтового питателя; патрубок 4 соединяют с материалопроводом, а к патрубку 2 подводят воздуховод.

Аэросмесь, образованная в камере, поступает в конический патрубок и далее в материалопровод, куда через форсунку вводится дополнительно часть сжатого воздуха. Распределение воздуха между аэрокамерой и форсункой регулируют вентилями. [1], стр. 42

1.2.2 Движение частиц материала  в вертикальном трубопроводе

Кроме аэродинамической силы R, на частицу в воздушном потоке действует и сила тяжести G, и сила трения. Последняя входит как составляющая часть в величину R. Вертикальная составляющая аэродинамической силы Rx направлена в сторону, обратную вектору относительной скорости, т. е. по оси потока вертикально вверх. Сила тяжести направлена вертикально вниз. Очевидно, что отношением величин сил Rx и G, будет определяться направление движения частиц. Если Rx/G<1, частица будет падать; если Rx/G>1, частица будет двигаться вверх, и, наконец, если Rx/G=1, частица должна находиться во взвешенном состоянии (витать, парить в потоке воздуха). Следовательно, основное условие, необходимое для транспортирования частицы в восходящем воздушном потоке, - чтобы составляющая аэродинамической силы Rx была больше силы тяжести G. Поэтому, решая вопрос о пневматическом транспортировании сыпучего материала, необходимо знать силу тяжести отдельных частиц этого материала и в соответствии с этой силой определять силу сопротивления. Непосредственно силу Rx определить трудно, так как она зависит от многих показателей (коэффициента сопротивления, миделевого сечения и др.). Для определения условий, обеспечивающих транспортирование сыпучих материалов в вертикальных трубах, принимают другой показатель – скорость витания частиц материала. Под скоростью витания понимают такую относительную скорость движения твердого тела в воздушном потоке, при которой сопротивление среды уравновешивает силу тяжести, т. е. частица находится во взвешенном состоянии (парении).

Величина скорости витания является исходным условием для определения параметров воздушного потока при пневматическом транспортировании сыпучего материала в вертикальном восходящем потоке.

Скорости витания частиц транспортируемого материала определяют главным образом опытным путем. Для этого твердую частицу помещают в восходящий воздушный поток и доводят его скорость до такой величины, при которой частица в потоке окажется во взвешенном состоянии. Указанное состояние свидетельствует, что составляющая аэродинамической силы Rx уравновешивается силой тяжести частицы, а соответствующая скорость воздушного потока будет искомой скоростью витания.

Известно несколько способов определения скорости витания, в том числе и разделение компонентов сыпучей смеси частиц на фракции (классы). Процесс классификации заключается в том, что исследуемую смесь сыпучего материала помещают в нижнюю часть вертикальной цилиндрической трубы, сечение которой перекрыто сеткой. Начальную скорость воздушного потока устанавливают такой, при которой  мелкие частицы, из числа помещенных на сетку, поднимаются и выносятся из трубы. Эти частицы обладают минимальной скоростью витания, а точнее, скоростью выноса, которая несколько выше скорости витания. Далее скорость воздушного потока постепенно увеличивают через определенные промежутки до тех пор, пока все частицы не будут вынесены из трубы. Частицы, унесенные из трубы при одном значении скорости воздушного потока, составляют один класс. Для воздушной классификации сыпучих материалов указанным способом применяют аппараты различных конструкций.

Если скорость витания транспортируемых частиц экспериментально по каким-либо причинам определить нельзя, пользуются расчетным способом.

Рассмотрим указанную задачу первоначально применительно к частицам шаровой формы.

Если в выражении для определения Rx вместо силы Rx подставить силу тяжести частицы, а вместо относительной скорости υм.отн. – скорость витания υвит и провести преобразования, получим:

,                                                                             (7)

учитывая, что для шара F=πd2/4, а сила тяжести G=πd3grм/6,

где d – диаметр сферической частицы, м;

Cx – коэффициент сопротивления;

rм – плотность частицы, кг/м3;

r - плотность воздуха, кг/м3.

Подставляя в формулу для υвит значение G и F и проведя преобразования, получим формулу для определения скорости витания частицы шаровой формы (м/с):

υвит=3,62 .                                                                               (8)

Для определения скорости витания по формуле требуется знать величину коэффициента сопротивления Cx, которая зависит от числа Рейнольдса Re. В выражение для определения Re входит величина искомой относительной скорости частицы, поэтому расчет ведут методом подбора, что требует значительной траты времени.

Существует более удобный метод расчета скорости витания. Возведя предыдущее выражение в квадрат, получим:

 υвит2=13,1 .                                                                   (9)

Заменяя в формуле числа Рейнольдса υм.отн. на υвит, можно, пользуясь последней формулой, найти значение υвит2 и, подставив его в формулу получить:

Re2Cx=13,1d3 .                                                                                          (10)

Все величины, входящие в первую часть уравнения, задаются при расчете пневмотранспортных установок. Подставляя их значения в формулу, находят величину Re2Cx, а затем по справочным таблицам определяют Re. По известным Re, d и ν находят υм.отн. = υвит, т. е. получают искомую скорость витания.

В приведенные формулы для определения υвит входят r - плотность воздуха и коэффициент его кинематической вязкости ν, которые зависят от температуры и давления. Поэтому при использовании указанных формул следует подставлять в них значения r и ν, соответствующие параметрам состояния воздуха. Значения r и ν могут быть определены по справочным таблицам или вычислены по уравнению Клайперона – Авогадро. [1], стр. 280

 

 

 

Литература

1 А. Я. Малис, М. Г. Касторных “Пневматический транспорт для сыпучих материалов” – М. 1985 г. – 344 с.

2 Я. Урбан “Пневматический транспорт” – М. 1967 г.

3 Ф. Г. Зуев “Пневматическое транспортирование на зерноперерабатывающих предприятиях” – М. 1976 г.

4 Ковалев И. М., Цыбочкин С. Г. “Расчет и проектирование передач с гибкой связью. Ременная передача.”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Пневматическое транспортирование сыпучих материалов получило широкое распространение во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства. Пневмотранспорт применяется на предприятиях пищевой промышленности, текстильной промышленности, в строительстве, в металлургии, энергетике и угольной промышленности, в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

В зависимости от того, находится ли материалопровод, фильтр и отделитель под разряжением или избыточным давлением, установку соответственно называют всасывающей или нагнетающей.

Независимо от вида, области применения и конструктивного исполнения любая нагнетательная пневмотранспортная установка в своем составе имеет  питающее устройство (питатель). В данном курсовом проекте произведено усовершенствование винтового питателя, который предназначен для подачи транспортируемого материала в материалопровод, находящийся под избыточным давлением воздуха.

Наряду с преимуществами винтовой питатель пневмотранспортной установки имеют ряд существенных недостатков:

1. сравнительно высокий удельный расход энергии на единицу массы транспортируемого продукта;
2. дробление транспортируемого материала;
3. затруднительность или невозможность перемещения влажных и слипающихся материалов;
4. взрывоопасность;
5. чувствителен к перегрузкам (требует дозирующее устройство);
6. имеет по сравнению со щлюзовым и ижекционными питателями более дорогостоящую конструкцию;
7. нет возможности регулировать производительность;
8. нет возможности ступенчатой (плавной) загрузки материалом трубопровода при запуске установки.

Для устранения перечисленных недостатков необходимо усовершенствование конструкции питателей, увеличение их производительности и уменьшение потребляемой энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчетно-конструкторская  часть

2.1 Разработка схем питателя

2.1.1 Разработка структурной схемы

Структурная схема дает представление об основных функциональных частях машины, их назначении и взаимосвязях. На рис. 5 представлена структурная схема винтового питателя.

 

 

 

 

 

Рис. 5 – Структурная схема винтового питателя

2.1.2 Разработка функциональной схемы

Функциональная схема дают разъяснения определенных процессов, протекающих в данной машине, используется также для изучения принципов работы машины, во время наладки, контроля и ремонта.

На рисунке 6 представлена функциональная схема винтового питателя.

Условными обозначениями на данной схеме показаны:

1 – электродвигатель;

2 – муфта;

3 – корпус;

4 – шнек;

5 – загрузочная камера;

6 – напорная камера;

7 – смесительная камера;

8 – смеситель.

 

Рис. 6 – Функциональная схема винтового питателя

2.1.2 Разработка кинематической схемы

Кинематическая схема отображает состав кинематических элементов, их соединения и кинематические связи.

На рисунке 7 представлена кинематическая схема винтового питателя, на которой условными обозначениями показаны:

1 – электродвигатель;

2 – муфта;

3 – подшипник;

4 – виток шнека с шагом;

5 – корпус; 6 – виток шнека с шагом;

А – литол (4 раза в год).

Рис. 7 – Кинематическая схема винтового питателя

2.2 Технологический расчет

 

Одним из основных показателей, определяющих работу винтового питателя является его производительность, которая, в свою очередь, зависит 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, т. е. геометрических параметров питателя.

От величины производительности зависят кинематические и силовые характеристики приводных механизмов, величины потребляемой энергии.

Производительность является тем параметром, в увеличение которого всегда заинтересовано и само предприятие и его конструкторы.

На рисунке 8 представлена схема винтового питателя, на которой обозначены основные геометрические параметры: А – ширина загрузочной камеры, D – диаметр кожуха, d – диаметр грузовой пробки, т. е. места, в котором транспортируемый материал находится в уплотненном состоянии, Sзаб. - шаг заборных витков шнека, Sтр. – шаг транспортирующих витков шнека, Sнап. – шаг напорных витков шнека, a - угол подъема винтовой линии, g - угол раскрытия конуса (напорной камеры), L1 – длина напорной камеры, L – длина грузовой пробки, dвал – диаметр вала шнека.

 С помощью программы Mathcad PLUS, находится производительность винтового питателя, вводя в уравнения по расчету производительности величины основных геометрических параметров (рис. 8).

Рис. 8 – Основные геометрические параметры винтового питателя

Для вычисления величины производительности данного винтового питателя используются следующая зависимость:

,                                                                       (11)

где r - плотность продукта, т/м3;

S – шаг витков шнека;

n – коэффициент бокового давления;

b - угол отклонения абсолютной скорости движения продукта;

F - площадь поперечного сечения транспортируемого материала, м2.

Угол отклонения абсолютной скорости движения продукта b равен:

 

 

где X=sf4sinacosaF6,

 

s - сила давления воздуха;

       s1 - сила от давления сжатого воздуха со стороны смесительной камеры;

       s2 - сила от давления сжатого воздуха в месте перехода продукта в напорную камеру;

       s3 - сила от давления сжатого воздуха в месте перехода продукта в смесительную камеру;

      F - площадь сечения  продукта, находящегося в напорной  камере;

      F1 - площадь поперечного сечения "грузовой пробки";

      F3 - площадь в месте перехода продукта в смесительную камеру;

      F4 - площадь поверхности корпуса напорной камеры;

      F5 - площадь поверхности вала;

      F6 - площадь развертки винтовой поверхности;

      f3 - коэффициент трения продукта о вал шнека;

      f4 – коэффициент трения продукта о витки шнека;

      n2 - коэффициент бокового давления кожуха напорной камеры;

      n3 – коэффициент бокового давления кожуха вала шнека;

      g-угол раскрытия напорной камеры;

      a - угол подъема винтовой линии;

      u - средняя осевая скорость движения продукта.

Коэффициент бокового давления определяется как:

 

                                                                                                                   (12)

 

где     fтр. - коэффициент внешнего трения;

f2 - коэффициент внутреннего трения.

 

В результате проведенных расчетов было получено значение производительности, равное 3,903 т/ч, которое соответствует заданным параметрам конструкции винтового питателя. В дальнейших расчетах расчетное значение производительности и параметров винтового питателя используется для нахождения энергетических и кинематических параметров.