Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние техники и направления совершенствования конструкций пневмокамерныхнасосов 9
1.1 Назначение, область применения, классификация 9
1.2 Анализ конструктивных особенностей пневмокамерных насосов 11
1.3 Конструкции пневмокамерных насосов
1.4 Существующие методы расчета основных параметров пневмокамерных насосов 24
1.5 Предлагаемая конструкция пневмокамерного насоса с мультисопловым аэрационным устройством 1.6 Цель и задачи исследований 36
1.7 Выводы 38
ГЛАВА 2. Математическая модель рабочего процесса пневмокамерного насоса для транспортирования цемента 39
2.1 Анализ влияния физико-механических свойств цемента на процесс псевдоожижения 39
2.2 Определение основных параметров потока цементно-воздушной смеси в разгрузочной трубе 47
2.3 Особенности псевдоожижения цемента в зоне действия мультисоплового аэрационного устройства 52
2.4 Моделирование движения цементной загрузки в камере пневмокамерного насоса 60
2.5 Получение теоретических зависимостей для определения конструктивно-технологических параметров пневмокамерного насоса 67
2.6 Выводы 79
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования 81
3.1 Основные положения экспериментальных исследований 81
3.2 Описание экспериментальной пневмотранспортной установки 83
3.3 План проведения экспериментов 95
3.4 Расчет коэффициентов уравнения регрессии 97
3.5 Выводы 98
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования пневмокамерного насоса с мультисопловым аэрационным устройством 99
4.1 Обоснование выбора функций отклика и основных факторов 99
4.2 Влияние основных факторов на показатели работы насоса
4.2.1 Анализ уравнений регрессии Gy (тг) =/(Ризб; К; К) 106
4.2.2 Анализ уравнений регрессии Qy =/(Ризб; hH; ha) 117
4.3 Выводы 127
ГЛАВА 5. Практическое применение результатов работы 130
5.1 Промышленное внедрение на ЗАО «Белгородский цемент» 130
5.2 Внедрение результатов работы в учебный процесс 131
5.3 Методика расчета конструктивных параметров пневмокамерного насоса 132
5.4 Выводы 135
Заключение 136
Перечень обозначений 139
Библиографический список
- Анализ конструктивных особенностей пневмокамерных насосов
- Определение основных параметров потока цементно-воздушной смеси в разгрузочной трубе
- План проведения экспериментов
- Анализ уравнений регрессии Gy (тг) =/(Ризб; К; К)
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Во многих областях промышленности, таких как химическая, огнеупорная, строительная и других существует проблема транспортирования мелкозернистых сыпучих материалов: цемент, глинозем, сода, апатиты, зола, глина, синтетические средства, минеральные удобрения и пр.
При этом применяемые традиционные средства транспортирования обладают
такими недостатками как потери перемещаемого материала, нарушение
технологических и экологических режимов воздушной среды в производственных
помещениях, невозможность полной автоматизации управления, а также
ограниченная дальность транспортирования. Эти недостатки легко устранить,
используя пневматический транспорт, который увеличивает дальность
транспортирования более чем на 1000 м. без потерей материала, используются площади, не пригодные для других способов транспортирования, а также выполняются условия компоновки оборудования. Но при этом расходуется большой объем сжатого воздуха, необходимого на перемещение материала, для некоторых материалов расход воздуха достигает 250 м3 на тонну. Это объясняется возникновением сквозных каналов в слое материала, при этом часть невыгруженного материала остается на дне камеры насоса, что существенно снижает производительность.
Для повышения эффективности процесса транспортирования необходимо организовать в зоне разгрузки равномерное смешивание транспортируемого материала с воздухом в режиме псевдоожижения, эффективность которого зависит от конструкций аэрирующих устройств. Поэтому, учитывая большие объемы транспортируемого материала на предприятиях строительной индустрии, актуальной задачей является повышение эффективности работы пневмокамерных насосов и снижение расхода сжатого воздуха, необходимого для транспортировки сыпучих материалов.
Степень разработанности темы исследования.
Значительный вклад в исследования процесса пневмотранспортирования сыпучих материалов и разработку методов математических расчетов внесли такие ученые, как Островский Г.М., Разумов И.М., Калинушкин М.П., Успенский В.А., Малис А.Я., Сукомел А.С., Сегаль И.С., Урбан Я., Вельшоф Г., Девидсон И.Ф., Харрисон Д., Кунии Д., Клячко Л.С., Сегаль И.С., Дзядзио А.М., Страхович К.И., Догин М.Е., Костюк Г.Ф., Gidaspow D., Klinzing G.E., Ogawa S. и другие. В своих трудах они исследовали и изучали проблемы пневмотранспортирования сыпучих материалов.
Вместе с тем, процесс пневмотранспортирования материалов с помощью пневмокамерных насосов с созданием псевдоожиженного слоя требует проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.
Объектом исследования является мультисопловое аэрационное устройство для псевдоожижения цемента в пневмокамерном насосе.
Предметом исследования является процесс разгрузки камеры пневмокамерного насоса при его различных режимах работы.
Цель работы - снижение расхода сжатого воздуха и увеличение производительности пневмокамерных насосов при транспортировании цемента за счет эффективного псевдоожижения транспортируемого материала с использованием новой конструкции мультисоплового аэрационного устройства.
Задачи исследования:
1. Произвести анализ существующих конструкций пневмокамерных насосов и
систем псевдоожижения цемента.
2. Определить основные параметры потока цементно-воздушной смеси.
3. Произвести моделирование движения цементной загрузки в камере
пневмокамерного насоса.
4. Получить теоретические зависимости для определения расхода сжатого
воздуха и производительности насоса, а также систему уравнений, выполнение
условий которых обеспечит качественную разгрузку его камеры.
-
Разработать методику проведения экспериментальных исследований, получить экспериментальные уравнения регрессии для определения времени разгрузки камеры, производительности и расхода сжатого воздуха.
-
Разработать методику расчета основных конструктивных параметров пневмокамерного насоса от заданной производительности.
7. Разработать принципиальную схему мультисоплового аэрационного
устройства пневмокамерного насоса, обеспечивающего эффективное
псевдоожижение транспортируемого материала для снижения расхода сжатого
воздуха и увеличения производительности насоса, а также рекомендации и
конструкторскую документацию для промышленного внедрения мультисоплового
аэрационного устройства пневмокамерного насоса.
Соответствие диссертации паспорту специальности.
Работа соответствует паспорту специальности 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы», а именно областям исследований:
3. Теоретические и экспериментальные исследования параметров машин и агрегатов и их взаимосвязей при комплексной механизации основных и вспомогательных процессов и операций.
5.шРазработка научных и методологических основ повышения
производительности машин, агрегатов и процессов и оценки их экономической эффективности и ресурса.
Научная новизна:
С использованием компьютерного моделирования разработана математическая модель транспортирования цемента пневмокамерными насосами в виде системы уравнений, учитывающая влияние давления в камере и его конструктивно-технологических параметров на свойства потоков цементно-воздушной смеси; разработаны выражения для определения скорости воздуха в поровых каналах, скорости витания частиц; получено выражение для определения концентрации цементно-воздушной смеси от конструктивно-технологических параметров насоса;
получены теоретические выражения для определения производительности и расхода сжатого воздуха пневмокамерным насосом; получены уравнения регрессии зависимостей времени разгрузки камеры, секундной производительности и расхода воздуха в зависимости от основных параметров пневмокамерного насоса.
Теоретическая значимость работы.
Получена система уравнений, характеризующая процесс транспортирования
цемента пневмокамерными насосами; разработаны выражения для определения
скорости воздуха в поровых каналах, скорости витания частиц, концентрации
цементно-воздушной смеси; получены выражения для определения
производительности насоса и расхода сжатого воздуха.
Практическая значимость работы.
На основании результатов исследований разработано новое мультисопловое
аэрационное устройство для пневмокамерного насоса, конструкция которого
защищена патентом на полезную модель № 153059, МПК B65G53/40.
Мультисопловое аэрационное устройство позволяет повысить эффективность
псевдоожижения цемента в камере насоса, за счет чего сокращение расхода сжатого
воздуха составляет 10-12%. Реализовано промышленное использование
мультисоплового аэрационного устройства в пневмокамерном насосе ТА-29 при транспортировании цемента в силоса на ЗАО «Белгородский цемент». Разработана методика расчета основных конструктивных параметров пневмокамерного насоса, которая внедрена для закрепления материала в учебном процессе подготовки бакалавров по направлению 15.03.02-21 - Технологические машины и комплексы предприятий строительных материалов.
Методы исследования.
В процессе исследований применяются теоретические и экспериментальные методы анализа: визуальное наблюдение, лабораторный эксперимент, математическая статистика, абстрагирование, сравнение теоретических и экспериментальных результатов исследований.
Автор защищает следующие положения, выносимые на защиту:
-
Математическую модель движения цементно-воздушной смеси в камере пневмокамерного насоса в виде системы уравнений, характеризующей процесс транспортирования.
-
Теоретические зависимости для определения скорости воздуха в поровых каналах, скорости псевдоожижения.
-
Выражение для определения концентрации цементно-воздушной смеси от конструктивно-технологических параметров пневмокамерного насоса.
-
Теоретические зависимости для определения производительности пневмокамерного насоса и расхода сжатого воздуха.
-
Результаты экспериментальных исследований в виде регрессионных моделей, позволяющие определить влияние основных факторов на формирование
функций отклика: время разгрузки, производительность насоса и удельный расход сжатого воздуха.
6. Конструкцию пневмокамерного насоса с мультисопловым аэрационным
устройством, защищенную патентом РФ на полезную модель и обеспечивающую повышение эффективности пневмотранспортирования цемента.
Степень достоверности научных положений, выводов и рекомендаций
соответствует современным требованиям и обоснована использованием
фундаментальных законов, точных контрольно-измерительных устройств,
согласованием результатов расчетов с данными экспериментальных исследований и промышленного внедрения.
Апробация результатов работы: основные результаты работы докладывались
на научно-технических конференциях, проводимых в БГТУ им. В.Г. Шухова, а также
международных научно-технических конференциях «Молодежь и научно-
технический прогресс» – г. Губкин; «Образование, наука, производство» – г. Белгород; «Интерстроймех–2015» – г. Казань; «Энергосберегающие процессы и оборудование, моделирование и оптимизация процессов, прикладная механика неоднородных сред» – г. Санкт-Петербург, а также на Юбилейной Международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова «Наукоемкие технологии и инновации».
Публикации.
По результатам диссертационной работы опубликовано 27 научных статей, в том числе 4 работы опубликованы в ведущих рецензированных журналах, рекомендованных ВАК РФ и 1 статья в международном журнале, индексируемом в базе данных Scopus. Получено 2 патента РФ на полезную модель.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по результатам работы, списка литературы из 134 наименований. Работа изложена на 167 страницах, в том числе содержит 48 рисунков, 6 таблиц, 5 приложений.
Анализ конструктивных особенностей пневмокамерных насосов
Существует множество различных конструкций пневмокамерных насосов, отличающихся в основном системой псевдоожижения, системой подачи сжатого воздуха в камеру насоса, конструкциями аэрационных устройств.
Разработке конструкций пневмокамерных насосов посвящены работы [37, 56, 66, 73, 83, 94, 98, 125], в которых предлагаются как новые конструкции пневмокамерных насосов, так и старые, но с усовершенствованными устройствами псевдоожижения. В зависимости от расположения камеры пневмокамерные насосы бывают с вертикальными, горизонтальными или наклонными камерами. Однако широкое распространение получили вертикальные пневмокамерные насосы в связи с более лучшими условиями истечения материала, а, следовательно, более равномерной разгрузкой [10-12, 68, 73, 124, 126, 128, 129].
Пневмокамерный насос с верхней разгрузкой материала и аэрационным устройством представляет собой металлический резервуар 3 (рисунок 1.1), верхняя часть которого выполнена в виде полусферы, а нижняя – в виде полусферического днища 7. Загрузочный патрубок 4 закрывается коническим клапаном 5 [73]. Разгрузочная труба 2 с телескопическим насадком опущена внутрь камеры насоса. Насадок позволяет изменять расстояние от днища камеры до разгрузочной трубы. Аэрационное устройство 1 в днище камеры может состоять из пористого материала или из перфорированных труб. Сжатый воздух подается по трубопроводу в форсунку 8, в днище 7 и в верхнюю часть камеры через патрубок 6.
Рисунок 1.1.Пневмокамерный насос с верхней разгрузкой материала и аэрационным устройством: 1 – аэрационное устройство; 2 –разгрузочная труба; 3 –камера насоса; 4 – загрузочный патрубок; 5 – клапан; 6 – патрубок подачи воздуха; 7 – днище; 8 – форсунка
Работает насос периодически. Открывают загрузочный патрубок, и камера заполняется транспортируемым материалом до определенного уровня. Затем загрузочное отверстие герметически закрывают клапаном и открывают кран подачи сжатого воздуха в пространство между пористой перегородкой и днищем камеры. Воздух проникает через пористую перегородку в камеру, приводит материал в псевдоожиженное состояние и осуществляется разгрузка камеры через разгрузочную трубу. После опорожнения камеры подача воздуха прекращается, и цикл работы повторяется.
Пневмокамерный насос с нижней разгрузкой материала состоит из камеры 6 (рисунок 1.2) с коническим днищем 5, загрузочного устройства 1 с клапаном и разгрузочного устройства 2. Последнее представляет собой плавно суживающийся трубопровод, в который вмонтированы две форсунки 3 и 4 для подачи сжатого воздуха.
Работает пневмокамерный насос следующим образом. Открывается клапан загрузочного устройства, камера насоса заполняется транспортируемым материалом, закрывается клапан загрузочного устройства и начинается подача сжатого воздуха, который, смешиваясь с материалом, транспортирует его по материалопроводу. Коническое днище должно иметь большой угол наклона, обеспечивающий вытекание транспортируемого материала, так как отсутствует аэрационное устройство. Это увеличивает и без того большие габариты пневмокамерного насоса.
По мнению некоторых авторов [56, 66, 85] пневмокамерные насосы с нижней разгрузкой материала применяют при транспортировке плохо сыпучих материалов. Также разгрузочный патрубок таких насосов склонен к забиванию транспортируемым материалом, в связи с чем пневмокамерные насосы с нижней разгрузкой материала следует использовать при транспортировке материалов, менее склонных к уплотнению, при дополнительном воздушном поддуве сжатого воздуха.
Пневмокамерные насосы с верхней разгрузкой материала менее требовательны к свойствам транспортируемого материала и способны транспортировать материалы с более широким гранулометрическим составом [66].
Большую роль в процессе псевдоожижения материала играют аэрационные устройства, которые бывают самого разнообразного вида.
Аэрационное устройство призвано предупреждать сводообразование в нижней части камеры, обеспечивать непрерывность и плавность подтекания материала ко входному отверстию транспортного трубопровода и опорожнение камеры без остатка или с минимальным остатком [73].
Ряд авторов [37, 73, 75, 81, 83, 85, 94, 98, 109, 114] утверждают в своих работах, что лучшими псевдоожижающими свойствами обладают аэрационные устройства, имеющие плоские аэрационные элементы с использованием пористых перегородок (рисунок 1.3). Главное их преимущество в том, что при их использовании создается равномерный псевдоожиженный слой. В качестве пористых перегородок аэрационных устройств применяют технический войлок, стеклоткани, полистирол, но они имеют большой недостаток – забивание пор в результате увлажнения. Также применяют керамические перегородки, которые имеют хорошие антикоррозионные свойства и выдерживающие высокие температуры, но быстро выходящие из строя при перепадах температуры. Металлические перегородки лишены выше приведенных недостатков, но имеют склонность к коррозии. А в целом газораспределительные решетки склонны к забиванию пор и сопел, что может привести к полному залипанию отверстий, а, следовательно, уменьшению живого сечения перегородки, что ведет к ухудшению псевдоожижения материала.
Определение основных параметров потока цементно-воздушной смеси в разгрузочной трубе
Числовое значение коэффициента Гастерштадта при этом составляет 4,043 и 1,115 в начальном и конечном сечении транспортирующего тракта соответственно.
Необходимо учитывать, что коэффициент Гастерштадта k не имеет определенного геометрического смысла, а имеющиеся в литературе зависимости для его определения были получены путем обобщения экспериментальных данных. Несмотря на простую формулу (1.1), вся сложность по расчету потерь давления приходится на определение коэффициента Гастерштадта k, который зависит в различных случаях от различных факторов. При транспортировании сыпучих материалов коэффициент Гастерштадта может принимать различные значения (от 0,17 до 3,43), поэтому целесообразно определять его только опытным путем.
Общая потеря давления в трубопроводе установки пневматического транспортирования сыпучих материалов определяется по формуле [5, 77] АРс=АРт+АРн+АРд+АРм,Па, (1.5) где АРГ - потери давления, возникающие при движении транспортирующей среды, Па; АРЯ- потери давления на подъем цементной аэросмеси, Па;АРд- потери давления на разгон транспортируемых частиц, Па; Д м- дополнительные потери давления, возникающие при взаимодействии частиц материала со стенками транспортного трубопровода и между собой, Па.
Соотношение этих составляющих может меняться в зависимости от геометрии транспортного тракта, режима транспортирования и от свойств транспортируемого материала. Потери давления, возникающие при движении транспортирующей среды рассматриваются многими авторами [4, 77, 127]. В большинстве случаев применима формула (1.2), результаты вычислений являются близкими с данными, полученными экспериментальным путем.
Дополнительные потери давления, возникающие при взаимодействии частиц материала со стенками транспортного трубопровода и между собой обусловлены уменьшением осевой скорости частиц материала после соударений их со стенками трубопровода. Сегаль И.С. предложил зависимость, зависящую от концентрации материала в смеси [77] АРМ=Л-М- Щ , (1.6) D 2g где Л- коэффициент сопротивления, в данном случае зависящий от числа Фруда; /л - концентрация материала, кг/кг; Lпр - приведенная длина транспортирования, м; D - диаметр трубопровода, м; UВ - скорость движения воздуха, м/с.
Многочисленные опыты различных исследователей показали, что коэффициент сопротивления Л для случая движения материала в транспортном трубопроводе не является функцией от числа Рейнольдса Re. В этом отношении показательны опыты В. Барта, который установил зависимость между коэффициентом Л и числом Фруда [5] Fr= , В . (1.7) g 4 В своей работе [37] Вельшоф Г. привел следующую общую зависимость для определения потерь давления, возникающих при взаимодействии частиц материала со стенками транспортного трубопровода GТ L М РМ=Т—{U1-U2), (1.8) F / где GТ - производительность пневмотранспортной установки, кг/с; F L l площадь сечения трубопровода, м2; - длина трубопровода, м; ск - длина скачка частицы, м; U1,U2 - скорости частиц материала до и после удара о стенку транспортного трубопровода соответственно, м/с. Некоторые ученые потери давления при взаимодействии частиц материала между собой выделяют в отдельную группу. Вельшоф Г. [37] привел несколько выражений для расчета потерей давления при взаимодействии частиц материала между собой. Одни из них пропорциональны коэффициенту трения и силам, действующим внутри насыпной массы материала. При исследованиях у многих материалов внутреннее трение всегда превосходило трение о стенки трубопровода, поэтому материал скользил по стенкам трубопровода, представляя собой компактную массу. Бабуха Г.Л. [9] утверждает, что при пневмотранспорте материалов особое влияние на характер взаимодействия частиц между собой влияет вращение частиц материала. Также в работе [9] было рассмотрено транспортирование полидисперсных материалов. Было выявлено, что существенной разницы в скоростях частиц материала разной величины нет. Мелкие частицы отдают часть своей энергии более крупным, поэтому происходит рост скорости крупных частиц материала и снижение скорости мелких, в результате чего скорости частиц выравниваются.
При движении пылевоздушной смеси по вертикальным или наклонным трубопроводам следует к общим потерям давления добавлять давление, создаваемое весом столба материала, или равные ему потери давления с целью поддержания транспортируемого материала во взвешенном состоянии на вертикальном участке.
План проведения экспериментов
Анализ графика (рисунок 2.3.) показал, что при снижении толщины загрузки / с 0,5м до 0м (для лабораторной установки) и с 2м до 0м (для промышленного образца) скорость в поровых каналах UП увеличивается при давлении АР = 0,8 атм. с 0,002 м/с до 0,02 м/с (в 10 раз), при давлении АР = 1,5 атм. с 0,01 м/с до 0,04 м/с (в 4 раза) и при АР = 3 атм. с 0,01 м/с до 0,1 м/с и при АР = 6 атм. с 0,02 м/с до 0,23 м/с (в 10 раз). При увеличении давления в 2 раза скорость в поровых каналах для всех диапазонов толщины слоя загрузки в среднем увеличивается в 2 раза, что не противоречит общей теории пневмотранспортирования сыпучего материала.
Объемный расход воздуха, проходящего через слой цемента, определяется соотношением [94] QФ=FКUФ,м3/c, (2.24) где FК - площадь поперечного сечения камеры насоса, м ; UФ - скорость фильтрации воздуха через слой цемента, UФ = 0UП, м/с.
При аэрации цемента вблизи стенок камеры нередко образуются застойные зоны, в которых сыпучесть цемента определяется соотношением гравитационных и адгезионных сил. В застойных зонах форма камеры насоса должна соответствовать динамическому углу естественного откоса: а = 0,7-а0, (2.25) где ос0 = 42-47- угол естественного откоса цемента в состоянии покоя.
В установках для перекачки цемента пневмокамерными насосами реализуется наиболее экономичный режим транспортирования потоками с высокими концентрациями материала и низкими скоростями [73, 107].
В таких потоках объемная концентрация материала может достигать значений, близких к насыпному состоянию Атах = ( 9 - 95) А) = ( 54 - 57)- (2.26) где А) - концентрация материала в насыпном состоянии (Д 0,6). Такие высокие концентрации материала возникают на входе в цементопровод [28]. Дальше по мере ускорения движения материала его концентрация снижается до уровня /? = (0,15 — 0,25). Массовые расходы воздуха и цемента в цементопроводе определяются соотношениями GВ=F(\-P)pUВ,кгlс; (2.27) GМ=Fj3pМUМ,кг/с, (2.28) где F - площадь поперечного сечения трубопровода, м ; р, М плотности воздуха и цемента, кг/м3; UВ,UМ - их скорости, усредненные по площади поперечного сечения трубы, м/с. Загрузка цементопровода материалом характеризуется его действительной или мгновенной массовой концентрацией, равной отношению массы материала к массе воздуха в каком-либо выделенном отрезке трубопровода FAL6pМ ВрМ Uf. = = , кг / кг. (2 29") д FAL(1-j3)p (1-/?)/? Величина мд является локальной характеристикой потока цементной аэросмеси, которая меняется вдоль цементопровода. Пневмотранспортную установку в целом характеризует расходная концентрация материала, равная отношению массовых расходов цемента и воздуха GМ ВрМ UМ UМ V = =1 ТГ = Ілд- ,кг/кг. (2.30) G (-р)р UВ UВ
При ju 10 кг/кг концентрация цемента считается высокой, а при ц 60 кг/кг в цементопроводе устанавливается плотный слой материала.
Основные параметры потока цементной аэросмеси, скорости фаз, концентрация частиц и другие показатели непрерывно меняются как во времени, так и вдоль цементопровода, поэтому при описании процесса пневмотранспортирования часто используются скорости фаз, приведенные к поперечному сечению камеры насоса или трубопровода GВ QВ В pFF (2.31) С1 О М pМF М ,м с , (232) где QВ, QМ - объемные расходы воздуха и материала, м3/с. Приведенные скорости воздуха UВ и материала UМ фиктивны.
Реальные среднерасходные скорости, определенные из формул (2.27, 2.28), всегда больше фиктивных, поскольку находящийся в аэросмеси материал приводит к уменьшению живого сечения цементопровода. Показателями эффективности пневмотранспортного процесса является удельная нагрузка на поперечное сечение цементопровода GМ кг 4 = , 2 , (2.33) F с-м а также удельный расход сжатого воздуха на транспортирование (2у=тг,м3 /кг, (2.34) где Qну- объемный расход воздуха, приведенный к нормальным условиям, м3/с.
Характерной особенностью двухфазных потоков является опережающее движение несущего воздушного потока относительно частиц материала. Отношение скорости транспортирующего воздушного потока к скорости цементных частиц, т.е. коэффициент скольжения можно оценить с помощью следующей эмпирической зависимости [94]
Верхним пределом скорости воздуха в цементопроводе следует считать критическую скорость, при которой частицы не выпадают на дно трубопровода. Ее значение приведенное, а величину можно оценить с помощью соотношения, полученного эмпирическим путем [94]
При использовании пневмокамерных насосов надёжно транспортирующая скорость воздушного потока, исключающая завалы цементопровода, как правило, ниже критической, но ее величина подбирается опытным путем. Протекание процессов пневмотранспортирования цемента в значительной мере зависит от свойств самого транспортирующего агента -сжатого воздуха. Параметры сжатого воздуха связаны между собой уравнением состояния идеального газа [1, 3] PV = mRT, (2.37) где Р - давление воздуха, Па; V - объем, занимаемый воздухом, м3; т -масса воздуха, кг; Т- абсолютная температура воздуха, К (Т=273+t С); R-удельная газовая постоянная воздуха, R = 287,3Дж/кг-К.
Анализ уравнений регрессии Gy (тг) =/(Ризб; К; К)
Планирование экспериментов позволяет, используя минимальное число опытов, выбрать именно те условия, которые оптимизируют выходные параметры. При этом необходимо исследовать влияние на процесс транспортирования в первую очередь наиболее существенных факторов, не усложняя и без того трудоемкий метод экспериментирования и выработки экспериментальных данных [6, 113].
Целью проведения лабораторных экспериментальных исследований является определение характера влияния предлагаемой конструкции аэрационного устройства, представляющего собой трубы, выполненные по концентрическим окружностям с вваренными в нижней части и согнутыми под определенными углами соплами, и технологических режимов работы пневмокамерного насоса на процесс псевдоожижения материала.
Задачами исследования являются определение наиболее рациональных конструктивных параметров рассматриваемых устройств, оптимизация режимов транспортирования материала с помощью пневмокамерного насоса, снабженного мультисопловым аэрационным устройством для достижения максимальной эффективности процесса псевдоожижения и разгрузки материала. Для решения поставленных задач экспериментального исследования по транспортированию материала пневмокамерным насосом, снабженным предлагаемой конструкцией мультисоплового аэрационного устройства, реализованы следующие этапы работы: 1. Разработка и изготовление экспериментальной установки пневмокамерного насоса, снабженного предлагаемой конструкцией мультисоплового аэрационного устройства; 2. Обоснование и выбор конструктивных и технологических параметров насоса, подвергающихся изменению и контролю при проведении экспериментальных исследований; 3. Выбор критериев оценки эффективности процесса разгрузки пневмокамерного насоса; 4. Выбор плана проведения многофакторного эксперимента, установление уровней и интервалов варьирования факторов, влияющих на функции отклика; 5. Подбор измерительного оборудования и методик измерения; 6. Реализация эксперимента, анализ полученных результатов. Порядок проведения работ по экспериментальным исследованиям процесса транспортирования цемента с помощью пневмокамерного насоса представлен в виде алгоритма на рисунке 3.1.
Блок схема подготовки и проведения экспериментов 3.2 Описание экспериментальной пневмотранспортной установки В ходе проведения экспериментальных исследований процесса транспортировки сыпучего материала (цемента) с помощью пневмокамерного насоса применяемое оборудование должно отвечать следующим требованиям: -экспериментальная установка для исследования процесса транспортирования должна обеспечивать возможность изменения исследуемых параметров, режимов работы пневмокамерного насоса и системы подачи сжатого воздуха в заданных пределах; - конструкция установки, контрольно-измерительные приборы должны соответствовать исследованию изучаемого процесса и обеспечивать необходимую точность измерения.
С учетом указанных требований была разработана и изготовлена экспериментальная установка для исследования процесса транспортирования цемента пневмокамерным насосом, а в частности, псевдоожижения материала оборудованным в насосе аэрационным устройством.
Общий вид установки и схема экспериментальной пневмотранспортной системы представлены на рисунке 3.2. и 3.3, соответственно.
Экспериментальная установка состоит из источника сжатого воздуха (компрессора), пневмокамерного насоса 1 с верхней разгрузкой материала, транспортного трубопровода 6, осушителя сжатого воздуха 2, наполненного силикагелем, шлангов для подачи сжатого воздуха 5, системы улавливания материала 3 (циклона с бункером), а также комплекса измерительной аппаратуры 4.
Экспериментальные исследования пневмотранспортной установки проводились в следующей последовательности. До загрузки материала в камеру насоса проводилась проверка установки, которая заключалась в продувке системы под большим давлением и без материала. С помощью шаровых кранов устанавливался необходимый общий расход сжатого воздуха, а также расход воздуха, поступающего на аэрационное устройство, в верхнюю часть камеры и на сопло, находящееся в днище насоса. После загрузки пневмокамерного насоса материалом, взвешенным на весах, и подачи сжатого воздуха начинался процесс транспортировки. Во время разгрузки производились замеры расхода воздуха и времени разгрузки камеры насоса. После разгрузки насоса взвешивалась масса перегруженного в бункер материала.
Для учета и регистрации параметров пневмотранспортной установки использовался комплекс контрольно-измерительной аппаратуры «ТРСГ-ИРГА», состоящий из расходомера «ИРГА-РВ», вычислителя «ИРГА-2», датчика избыточного давления «СДВ-Ех», термометра сопротивления «Елемер-ТС-1288Ех». К вычислителю был подключен компьютер, на котором регистрировались показания давления, расхода сжатого воздуха.