Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Современное состояние вопроса 10
1.1 Область применения и особенности пневмотранспортных установок 10
1.2 Расчет пневмотранспортных установок 25
1.2.1 Физико-математические модели пневмотранспортных потоков 25
1.2.2 Анализ основных расчетных методик пневмотранспортных установок 35
1.3 Выводы по главе 1 46
ГЛАВА 2 Теоретическое исследование режимов пуска 48
2.1 Физико-математическая модель процесса пуска однотрубных нагнетающих пневмотранспортных установок 48
2.2 Методика расчета однотрубных нагнетающих пневмотранспортных установок 64
2.3 Выводы по главе 2 72
ГЛАВА 3 Экспериментальная часть 74
3.1 Описание экспериментального стенда 75
3.2 Методика проведения экспериментов и оценки погрешностей 81
3.2.1 Последовательность проведения опытов 81
3.2.2 Методика обработки экспериментальных данных и оценки погрешностей 85
3.3 Анализ результатов экспериментальных исследований 95
3.3.1 Анализ характерных изменений параметров пневмотранспортирования в период пуска 95
3.3.2 Анализ изменений параметров пневмотранспортирования при различной организации загрузки материала в трубопровод в период пуска 103
3.3.3 Анализ изменений параметров пневмотранспортирования при различных значениях объема воздухоподводящего оборудования и степени задросселированности трассы 115
3.4 Выводы по главе 3 122
ГЛАВА 4 Внедрение результатов исследований 124
Заключение 138
- Область применения и особенности пневмотранспортных установок
- Физико-математическая модель процесса пуска однотрубных нагнетающих пневмотранспортных установок
- Методика обработки экспериментальных данных и оценки погрешностей
- Анализ изменений параметров пневмотранспортирования при различной организации загрузки материала в трубопровод в период пуска
Введение к работе
Ежегодно в мире с помощью пневматического транспорта (ПТ) перемещаются десятки миллиардов тонн материалов. За столетнюю историю своего развития этот вид транспорта получил самое широкое распространение во многих отраслях сельского хозяйства, промышленности и строительства. Благодаря многочисленным преимуществам он с успехом применяется для транспортирования дисперсных и мелкокусковых материалов. Однако наряду с преимуществами существует и ряд недостатков, среди которых одним из самых серьезных является повышенная энергоемкость и недостаточная, особенно в условиях поточного производства, надежность работы пневмотранспортных установок (ПТУ). В настоящее время в наиболее продвинутых с точки зрения уровня развития ПТ пищевой и химической отраслях удельный расход энергии большинства установок в 1,5...4 раза превышает подобный показатель механических видов транспорта [18, 25, 31, 42, 103]. В других отраслях, например, в сельском хозяйстве, в металлургической, строительной и легкой промышленности этот показатель еще ниже и зачастую превышает в 5... 14 раз энергозатраты механических транспортеров [2, 7, 67, 70, 111, 128]. Главную причину столь высокого уровня потребления энергии большинство специалистов [25, 29, 63, 84, 104, 110, 116 и другие] видят в недостаточной изученности процессов, происходящих при ПТ. Это приводит к тому, что большинство пневмоустановок функционируют в режимах, существенно отличающихся от оптимальных. В доказательство этого можно привести примеры работы ПТУ, у которых энергетические показатели вполне сопоставимы с аналогичными для механических видов транспорта [3, 75, 108, 116, 118, 119, 120, 123]. В области исследования процесса пневмотранспортирования (ПП) важное место занимают проблемы изучения неустановившихся режимов имеющих место в период работы установок. Многими работами [4, 11, 32, 34, 49, 63, 99, 116, 117, 141] доказано, что характер протекания этих режимов напрямую влияет на технико-экономические показатели функционирующей пневмотранспортной системы (ПТС). Одним из таких
режимов является пуск ПТУ. Характер изменения параметров процесса пнев-мотранспортирования (111111) в период пуска, в том числе их градиентные и мгновенные значения фактически делают режим пуска одним из наиболее опасных периодов работы пневмоустановки с точки зрения нарушения устойчивости процесса и возникновения завала материала в трубопроводе. Это приводит к тому, что зачастую локальная задача организации эффективного запуска ПТУ автоматически решает задачу обеспечения надежного и экономичного транспортирования вообще. Кроме того, следует заметить, что исследование режима пуска фактически является идеальным научным полигоном при изучении факторов, способных оказывать влияние как на капитальные затраты, так и на эксплуатационные показатели функционирующей установки. Действительно, в период пуска особенно ярко проявляются факторы увеличения и колебания нагрузки, специфичность аэродинамических характеристик воздуходувной машины (ВМ) и питателя, геометрических размеров и свойств другого воздухо-подводящего оборудования (влаго- и маслоотделительных фильтров, ресивера, дросселей и тому подобное) и материалопровода, а также способов загрузки материала, перемещения его по трубопроводу и последующей разгрузки. Указанные факторы являются не только весьма важными, но и определяющими при работе пневмотранспортной системы в любой другой период работы. Все это позволяет сформулировать и выдвинуть тезис, подчеркивающий практическую значимость сведений о характере протекания процесса пневмотранспортирова-ния в рассматриваемый период. Поэтому выбор оборудования, обеспечивающего в каждом конкретном случае наиболее устойчивое и экономичное протекание ПП должен осуществляться с учетом изменений параметров имеющих место в период пуска ПТУ.
ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ПРОБЛЕМА.
Работа выполнена в рамках решения фундаментальной проблемы управления движением стесненных дисперсных двухфазных потоков газ - твердое тело, связанной с раскрытием механизмов взаимодействия фаз между собой и с окружающей системой.
ГИПОТЕЗА.
В работе подтверждена выдвинутая гипотеза о том, что выбор оборудования однотрубных ПТУ нагнетающего принципа действия необходимо осуществлять на основе учета изменений параметров в период неустановившихся режимов и, в частности, в период пуска, как одного из наиболее напряженных и ответственных периодов работы пневмоустановки.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Цель настоящего исследования - снижение энергоемкости и повышение надежности работы ПТУ на предприятиях АПК. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
разработать физико-математическую модель, описывающую изменение ППП в однотрубных нагнетающих ПТУ в период пуска;
совершенствовать методику расчета однотрубных нагнетающих ПТУ непрерывного и дискретного принципа действия при их проектировании и реконструкции;
провести экспериментальные исследования режима пуска. Получить непрерывную во времени запись 111111 в период пуска при различных условиях работы ПТУ. Разработать рекомендации способствующие улучшению работы ПТУ;
- апробировать и внедрить на производстве результаты исследований.
ОБЪЕКТ И ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Объектом исследования является процесс пневмотранспортирования материалов в однотрубных нагнетающих ПТУ непрерывного и дискретного принципа действия, перемещающих сыпучие материалы в виде взвеси на предприятиях АПК. Предметом исследования является режим пуска ПТУ.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
В работе использованы поисковые, аналитические и экспериментальные методы исследования. Поисковые методы применены при изучении состояния вопроса и разработке рекомендаций по улучшению работы ПТУ, и, в том числе, разработке способа пневмотранспортирования, подтвержденного патентом.
Численные аналитические методы исследования использованы при разработке и решении модели ПП. Экспериментальные методы применены при планировании экспериментов, обработке опытных данных и выявления доверительных интервалов для установления функциональных зависимостей и проверки полученной модели.
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ.
Достоверность результатов исследований обеспечивается применением отработанных методик проведения экспериментов и оценки погрешностей, а также успешным использованием при решении конкретных практических задач на предприятиях предлагаемых модели ПП, методики расчета ПТУ и рекомендаций.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА.
В диссертационной работе получены и выносятся на защиту научные результаты:
физико-математическая модель ПП в однотрубных нагнетающих ПТУ с учетом влияния возмущающих факторов, имеющих место в период пуска;
методика расчета однотрубных нагнетающих ПТУ при их проектировании и реконструкции с учетом влияния возмущающих факторов, имеющих место в период пуска;
способ пневмотранспортирования сыпучих материалов и рекомендации, позволяющие осуществить запуск и работу ПТУ в оптимальных условиях.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.
Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку:
- на 54-й научно-технической конференции профессорско-
преподавательского состава, аспирантов и студентов Алтайского госу
дарственного технического университета им. И. И. Ползунова,
г. Барнаул, 1996 г.;
на 1 и 2-й республиканской научно-практической конференции "Современные проблемы техники и технологии хранения и переработки зерна", г. Барнаул, 1997, 1998 гг.;
на 2-й международной научно-технической конференции "Динамика систем, механизмов и машин", г. Омск, 1997 г.;
на заседаниях кафедры "Машины и аппараты пищевых производств" Алтайского государственного технического университета имени И. И. Ползунова в декабре 1997 г., в мае 1998 г., в декабре 1999 г., а также на совместном расширенном заседании этой кафедры и кафедры" Сельскохозяйственное машиностроение" того же университета в апреле 2000 г.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.
Предлагаемые модель, методика расчета, способ пневмотранспортирова-ния и практические рекомендации дают возможность осуществлять выбор оптимального оборудования и задание рационального режима работы однотрубных нагнетающих ПТУ.
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.
Результаты исследований внедрены при проектировании и реконструкции 12 ПТУ на зерноперерабатывающих предприятиях АПК. Факт и результаты внедрения ПТУ закреплены в соответствующих актах.
ПУБЛИКАЦИИ.
По результатам выполненной работы опубликовано 11 статей и получен патент на изобретение.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ.
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.
В первой главе проведен анализ состояния вопроса в области пневмотранспорта сыпучих материалов. Рассмотрены и проанализированы вопросы области применения пневмоустановок в различных отраслях сельского хозяйства, промышленности и строительства. Их место в технологических схемах и
специфические особенности. Рассмотрены и проанализированы существующие модели движения пневмотранспортных потоков и методы расчета систем пневмотранспорта.
Во второй главе разработана модель процесса пневмотранспортирования и усовершенствована методика расчета однотрубных нагнетающих пневмоустановок при их проектировании и реконструкции.
В третьей главе приводится описание экспериментального стенда для исследования процессов пневмотранспорта, методики проведения экспериментов и оценки погрешностей экспериментальных и теоретических данных. Приводится описание и анализ результатов экспериментальных исследований, формулируются рекомендации по проектированию, реконструкции и эксплуатации промышленных пневмосистем.
В четвертой главе рассматриваются результаты внедрения упомянутых разработок на промышленных предприятиях.
В заключении подводятся итоги выполненного исследования.
В приложениях приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, описание патента на изобретение, а также акты внедрения и испытания разработанных пневмоустановок на промышленных предприятиях страны.
Диссертационная работа изложена на 206 страницах машинописного текста. Работа содержит 18 рисунков, 6 таблиц, 4 приложения. Библиографический список литературы включает 144 наименования, в том числе 3 иностранных.
Область применения и особенности пневмотранспортных установок
Пневматический способ транспортирования широко используется во многих отраслях сельского хозяйства, промышленности и строительства. Общими для всех отраслей необходимыми условиями его применения являются удовлетворительная сыпучесть груза, отсутствие у него способности налипать на стенки транспортного трубопровода, а также слеживаться и уплотняться под небольшим (до 0,5 МПа) давлением без последующего возврата в исходное состояние. Существует и ряд других ограничений, в том числе по размеру частиц перемещаемого материала и возможности повреждения их в период транспортирования, относительной выровненности дисперсоида по крупности, повышенному износу транспортного оборудования, а также требованиям к уровню шума и электровзрывобезопасности установок. Однако большинство из этих ограничений являются специфическими для отдельных отраслей, и, кроме того, в значительной мере решаемыми при использовании современного оборудования и прогрессивных методов и способов организации процесса.
Пневмотранспортные установки, использующиеся в различных отраслях экономики, имеют существенные различия, которые объясняются прежде всего спецификой производства и транспортируемых грузов. Наибольшее развитие ПТ получил в сельском хозяйстве, в металлургической, легкой, лесной, строительной, химической и пищевой промышленности. Перечень основных материалов, перемещаемых пневматическим способом в указанных отраслях, а также основные особенности ПТУ представлены в таблице 1.
Как показывает проведенный обзор, проблемы использования пневмотранспорта в сельском хозяйстве являются достаточно актуальными [2, 7, 8, 29, 40, 70, 74, 83, 96, 139]. Широкое применение ПТ находит в таких сельскохозяйственных отраслях как химизация, животноводство, растениеводство и птицеводство. В настоящее время ПТ активно используется для раздачи кормов на животноводческих и птицеводческих фабриках, сбора и удаления навоза из помещений, транспортировки и рассева по поверхности почвы пылевидных и зернистых удобрений, перемещения и промежуточной перегрузки зерна в период зерноуборки, транспортировки и погрузочно-разгрузочных работ с минеральными удобрениями и семенным зерном в специализированных складах, перемещения скошенной растительной массы с полей к накопительным емкостям. Простое перечисление перемещаемых в сельском хозяйстве с помощью пневмотранспорта материалов (сено, солома, подстилочный торф, различные типы и виды комбинированных кормов, зерно (в том числе легкоповреждаемое семенное зерно и хлопчатник), практически все виды минеральных удобрений) указывает на большое разнообразие физико-механических свойств транспортируемых материалов. Этот фактор является основной особенностью применения пневмотранспорта в сельскохозяйственных отраслях. В сельскохозяйственном производстве организацию ПТ осуществляют в подавляющем большинстве случаев с помощью стандартно скомпанованных систем как передвижного, так и стационарного типа. Как показывает анализ, несмотря на большое количество модификаций таких систем, коэффициент полезного действия этих установок зачастую не превышает 10... 15 %, а показатель удельных энергозатрат находит- траты объясняются прежде всего недостатком теоретических и экспериментальных данных пневмотранспорта сельскохозяйственных материалов. Проведенный анализ показывает, что подавляющее большинство из расчетных методик либо полностью заимствовано из других отраслей, либо в значительной мере опирается на них [2, 7, 8, 40, 70]. Безусловно, это отражается на технико-экономических показателях работающих ПТС.
Проблемам использования ПТ в металлургии посвящены целый ряд работ [67, 108, ПО, 113, 114, 132 и другие]. Номенклатура перемещаемых пневматическим способом материалов (см. таблицу 1) представлена достаточно широко как в черной и цветной, так и в порошковой металлургии. Как указывают В. А. Кружков [67] и Б. А. Азиков [113, 114] несмотря на то, что ПТ в металлургии по грузообороту значительно уступают ленточным, скребковым и пластинчатым конвейерам, он играет весьма важную роль в организации технологического процесса. Так, например, при помощи пневмотранспорта осуществляют заправку огнеупорной футеровкой стен и откосов мартеновских и электросталеплавильных печей, а также конвейеров. Указанная операция является одной из наиболее важных и трудоемких операций в сталеплавильных цехах, а использование ПТ здесь практически не имеет альтернатив и позволяет достичь значительной экономии материальных и трудовых ресурсов, а также снизить время простоя печей [114]. Анализ основных особенностей применяемых в отрасли ПТУ (см. таблицу 1) показывает, что организация надежного и экономичного транспортирования в таких условиях является весьма сложной задачей. Поэтому пневмотранспорт здесь зачастую осуществляется в условиях сверхвысоких энергозатрат (до 14 и более раз превышает энергоемкость механических транспортных систем) и с повышенным износом оборудования. Последнее зачастую приводит к необходимости неоднократной (до 3...5 раз за смену) замены наиболее нагруженных поворотных колен транспортных трубопроводов [113, 114, 132].
Физико-математическая модель процесса пуска однотрубных нагнетающих пневмотранспортных установок
Проведенный анализ состояния дел в области пневмотранспорта сыпучих материалов позволил сформулировать следующие выводы:
Несмотря на широкую область применения систем пневмотранспорта в самых различных отраслях сельского хозяйства, промышленности и строительства технико-экономические параметры большинства установок находятся на относительно низком уровне и превышают соответствующие показатели механического транспорта в 5...14 раз и более. Имеются значительные отличия в уровнях как прикладной, так и теоретической базы пневмотранспорта в различных отраслях экономики. Одной из основных причин приводящих к указанным отличиям в уровнях развития является отсутствие единой расчетно-методической базы, которая в свою очередь, и не может возникнуть вследствие объективно малого взаимоучета и взаимопроникаемости многочисленных теоретических и экспериментальных исследований. Анализ условий работы лучших пневмосистем показал отсутствие каких-либо специфических признаков не позволяющих применять наработанные достижения в менее экономичных и надежных установках.
Проведенный анализ выявил ряд недостатков существующих моделей, описывающих изменение параметров движения пневмотранспортных потоков.
Теоретические основы, составляющие указанные модели, развиты недостаточно. Отсутствует единый, строго экспериментально и теоретически обоснованный подход к описанию изменения основных параметров движения аэросмесей. Допущения, принимаемые для упрощения составленных зависимостей с целью последующего решения, снижают их достоверность и сужают область применения. Большинство из рассмотренных моделей учитывают изменения параметров лишь при установившемся режиме работы ПТУ, а потому расчет и выбор основного оборудования на их основе может привести к нарушению устойчивости в период критических режимов имеющих место в процессе работы любой ПТС. Среди работ, наиболее полно учитывающих эти недостатки, следует особо отметить исследования представителей Российских школ, в том числе Московской (Ф. Г. Зуев, Н. П. Володин, Н. А. Лотков, А. И. Полухин и другие), Томской (А. В. Шваб, В. А. Шваб, В. А. Смоловик и другие) и Санкт-Петербургской (Ленинградской) (О. М. Тодес, Г. М. Островский и другие), а также Одесской школы (А. М. Дзядзио, Г. Ф. Костюк, О. Н. Деменко и другие). 3. Отсутствие должной теоретической базы привело к необходимости использования многочисленных полуэмпирических методов расчета. Однако недостаток сведений о физических процессах, имеющих место в период транспортирования, привел к существующему положению, когда эмпиризм в указанных методиках превратился по существу из вспомогательного в основной, определяющий, фактор. Причем, ввиду недостатка опытных данных, значения самих эмпирических коэффициентов зачастую малообоснованны и не точны. Большинство из используемых методов расчета учитывают лишь установившийся характер движения пневмосмесей без учета специфики характеристик применяемого оборудования. Однако отсутствие учета явлений, имеющих место в период неустановившихся режимов, в большинстве случаев практически нивелирует тезис об оптимальности выбранных и рассчитанных параметров. Многочисленные коэффициенты запаса, применяемые в расчетах для решения указанной проблемы, в большинстве случаев лишь усугубляют ее.
Как уже отмечалось выше, в области исследования ПП важное место занимают проблемы изучения неустановившихся или переходных режимов имеющих место в период работы пневмоустановок. Однако проведенный анализ показал, что на сегодняшний день существует объективная неразвитость теоретической базы и недостаточный объем экспериментальных данных в указанной области как в мировой, так и в отечественной науке. Эта неразвитость, как было показано выше, приводит к снижению достоверности и сужению области применения многочисленных расчетных методик, что, в свою очередь, негативно влияет на технико-экономические показатели работающих ПТС, рассчитанных на их основе. Уже отмечалось, что описание характера изменения параметров в период пуска, являющегося не только одним из неустановившихся режимов, но и одним из наиболее ответственных периодов работы ПТУ (см. также главу 3), представлено на современном этапе объективно недостаточно. Таким образом, разработка физико-математическая модели, описывающей изменение 111111 в период пуска, и усовершенствование на этой основе методики расчета ПТУ являются актуальными научно-исследовательскими задачами, решение которых будет способствовать повышению экономичности и надежности систем пневмотранспорта.
Устойчивость работы любой ПТУ, в том числе и в режиме пуска, будет обеспечена, если в любой момент времени возможности ВМ по давлению Рк и производительности QK будут выше соответственно суммарного сопротивления элементов пневмосети Не и критического расхода воздуха в установке Qmin, обеспечивающего минимально необходимую скорость воздуха в материалопроводе. Завышение показателей ВМ приводит к неоправданному росту энергозатрат, а занижение - к нарушению устойчивости работы системы.
Методика обработки экспериментальных данных и оценки погрешностей
При уточнении объема и последовательности проводимых экспериментов учитывалась необходимость получения широкой выборки опытных данных и разработки рекомендаций, способствующих оптимизации работы ПТУ в период пуска. Опыты проводились в определенной последовательности в рамках рекомендуемого рядом авторов [28, 135] системного подхода при планировании и проведении экспериментов.
Перед началом выполнения опытов включались и прогревались в течение 50...60 мин. датчики 18, 21, 29, источники бесперебойного питания 19, 33, 36, миллиамперметры 23, 34 и потенциометр 20, а компрессор(ы) 1 в течение 10... 15 мин. (см. рисунок 5). Параллельно с этим с термометра 42 и барометра 43 снимались и регистрировались параметры состояния атмосферного воздуха, а на весах 22 и 28 контрольными грузами проверялась их точность. Установленное воздухоподводящее оборудование проверялось на предмет наличия утечек воздуха. При включенном компрессоре 1 наглухо закрывали вентиль 5, нагнетали в воздухоподводящую систему воздух до 1,5...2 атм. по манометру 25 и выключали компрессор. Далее с помощью манометра контролировали неизменность давления в течение 3...5 мин. Допустимыми утечками считались такие, при которых за 5 мин падения давление не превышало 1,5 кПа. По окончании прогрева миллиамперметров КСУ и потенциометра КСП контрольными включениями проверялась работоспособность лентопротяжных механизмов, а при включенном компрессоре 1 и открытом вентиле 5 исправность работы записывающих устройств, в том числе плавность хода, отсутствие рывков и колебаний движущейся каретки, а также силу нажима стержня самописца на диаграммную ленту. При выключенном компрессоре проверялось соответствие положению стрелок записывающих устройств нулевой отметке шкалы миллиамперметров и потенциометра. Переключатель скорости движения диаграммной ленты устанавливается на определенное положение в зависимости от условий проведения опыта. Пуск пневмотранспортной установки в каждом опыте осуществлялся в следующей последовательности. Первой запускалась воздуходувная машина 1. При достижении установившегося режима работы на холостом ходу включался питатель 6, а через 3...5 сек. дозатор 8. После достижения установившегося режима работы под нагрузкой в обратной последовательности производилось выключение элементов пневмоустановки. При этом паузы между отключением машин несколько увеличивались, так как для повышения достоверности последующих опытов и исключения возможности возникновения завала материала в трубопроводе было необходимо обеспечить полную выработку продукта, находящегося в самотеке 7, питателе 6 и материалопроводе 11. Параметры работы установки контролировались по показаниям самопишущих приборов 20, 23, 34, манометров 24, 25 и ваттметров 39, 40. При этом установившийся режим работы как на холостом ходу, так и под нагрузкой характеризовался колебаниями 111111, характер изменения которых близок к гармоническому. Режим пуска ПТУ характеризовался периодом времени от запуска воздуходувной машины на холостом ходу до достижения установившегося режима работы установки под нагрузкой. Опыты проводились преимущественно на пшеничной муке. Каждый опыт для увеличения достоверности полученных результатов повторялся 4 раза (см. п. 3.2.2). Все экспериментальные исследования условно были разбиты на ряд этапов в зависимости от изучаемых факторов, оказывающих влияние на параметры процесса пневмотранспортирования при запуске ПТУ: 1 этап: Изучение влияния объема воздухоподводящего оборудования. 2 этап Изучение влияния степени задросселированности трассы материа лопровода. 3 этап: Изучение влияния способа организации загрузки материала в ус тановку в период пуска. Для увеличения достоверности результатов при проведении опытов особое внимание уделялось соблюдению условий идентичности параметров, ха 83 рактеризующих внешнюю среду. Численные значения варьируемых параметров, исходя из научной целесообразности, а также возможностей экспериментального стенда, были приняты следующими: - Методика проведения опытов следующая. Последовательно устанавливалось то или иное значение длины трассы трубопровода Lj, L2, L3 и при каждом значении проводилась серия опытов с варьируемой концентрацией аэросмеси. Причем концентрация изменялась двумя способами: изменением производительности установки Gi, G2, G3, G4 при неизменном расходе воздуха Qi (концентрация соответственно Ці, (i2, Цз и \и) и варьированием расхода воздуха Qb Q2, СЬ Q4 при неизменной производительности установки Gi (концентрация соответственно Ц5=Ць Цб, Ц7, Ця). Таким образом, в процессе исследований концентрация материала изменялась в пределах от 7,4 до 140,3 кг/кг. Указанные опыты проводились на резиновом материалопроводе при неизменных значениях объема воздухоподводящего оборудования і и степени задросселированности трассы Ндрі (открытый вентиль 5, рисунок 5). Здесь же необходимо отметить, что расход воздуха Qi обеспечивался включением компрессора СО-7А, расход Q2 - включением компрессора СО-7Б, расход Q3 - параллельной работой этих машин при полузакрытом вентиле 13, установленном на всасывающем патрубке компрессора СО-7Б. Расход воздуха Q4 обеспечивался совместной работой компрессоров при открытом вентиле 13. Затем при длине трассы Lj ана 84 логичные опыты с варьированием значений расхода воздуха и производительности материала проводились на стальном трубопроводе. Однако необходимо отметить, что условия экспериментального стенда не позволили проводить опыты на трубопроводе, собранном исключительно из стальных труб. Ряд участков, в том числе начальный длиной 3,9 м, отвод 180 длиной 0,7 м и конечный участок длиной 8,2 м были выполнены из резины. Непосредственно стальной трубопровод включал в себя две прямолинейные трубы длиной 7,6 м. каждая.
Анализ изменений параметров пневмотранспортирования при различной организации загрузки материала в трубопровод в период пуска
При запуске установки (холостой режим) резко возрастает давление и скорость воздуха, развиваемые ВМ (см. рисунки 6 и 7). Причем в начальный период холостого режима величина изменения указанных параметров в единицу времени (градиент) весьма значительна, а в дальнейшем резко уменьшается. По истечении времени її изменения параметров носят лишь низкоамплитудный характер (АВ) и ПТУ в течение времени т(2-і), то есть вплоть до начала загрузки материала, работает в установившемся режиме. Физический смысл этих изменений следующий. Характер увеличения скорости воздуха при запуске ВМ на холостом ходу объясняется двумя факторами: пусковой (разгонной) характеристикой машины (в том числе пусковой характеристикой электродвигателя) и разгоном воздушной массы по мере заполнения всех внутренних полостей ПТУ. Причем уменьшение прироста скорости воздуха в той или иной точке установки тем больше, чем больше значение избыточного давления в ней, так как процесс заполнения рабочих полостей и продвижения воздушной массы фактически заменяется здесь процессом изохорного сжатия. Экспериментами установлено, что характер изменения расхода (скорости) и давления воздуха, а также время стабилизации зависят от пусковой аэродинамической характеристики ВМ, объема внутренних полостей воздухоподводящего оборудования и их места в ПТС по направлению движения потока, сложности и протяженности воз-духоподводящих элементов и материалопровода, систем разгрузки и очистки, а также от величины подаваемого ВМ расхода воздуха и характера подачи материала. Так, при большей производительности воздуходувной машины время стабилизации ть вследствие более быстрого заполнения внутренних полостей, уменьшается. В то же время увеличение сложности и протяженности элементов ПТУ, а также увеличение объема воздухоподводящего оборудования влекут за собой увеличение времени стабилизации Х\. Причем экспериментами установлено (см. рисунки 8-18) и теоретически обосновано (см. п. 2.1, формула 2.7), что влияние значений объема воздухоподводящего оборудования и степени за-дросселированности трассы на величину Х\ в большинстве случаев носит превалирующий над прочими факторами и параметрами характер. При увеличении объема внутренних полостей воздухоподводящего оборудования изменится и масса воздуха, которая дополнительно в нем накопится с ростом давления. Следовательно, увеличится и время, в течение которого произойдет процесс стабилизации параметров пневмотранспортирования, поскольку при практически неизменной производительности воздуходувной машины масса выданного ей сжатого воздуха пропорциональна времени. Аналогично объясняется увеличение времени стабилизации при уменьшении производительности ВМ. В этом случае для заполнения под избыточным давлением рабочих полостей объемом 0, м3 требуется больше времени функционирования ВМ с производительностью QK, М3/С. Увеличение времени стабилизации при увеличении сложности и протяженности элементов ПТУ объясняется тем, что процесс заполнения полостей сопровождается еще и процессом сжатия воздуха вследствие увеличения в них значения избыточного давления. Длительность процесса сжатия при прочих неизменных условиях будет тем больше, чем больше значение избыточного давления, которое, в свою очередь, напрямую зависит от сложности и протяженности элементов ПТС (воздухопровода, материалопровода, разгрузителя и так далее). При сравнении результатов экспериментальных и теоретических исследований (см. пп. 2.1 и 3.2.2, а также приложения А и Б) выявилось, что погрешность расчетных значений на этапе холостого хода не превышает 11,2 %, что является высоким показателем для аэродинамических расчетов [24, 36, 51, 99, 115, 133 и другие]. Особенно эти результаты важны при проектировании систем автоматического управления, обеспечивающих поэтапное, через определенные промежутки времени, включение ВМ и питающего устройства. Расчет этого промежутка дает возможность, с одной стороны, избегать необоснованного простоя ПТУ без нагрузки после включения воздуходувной машины, то есть свести к минимуму период времени 1(2-1), а с другой стороны, избежать аварийных ситуаций (завалов) из-за преждевременного включения питателя. Достоверный расчет этих промежутков особенно важен при проектировании и реконструкции ПТС на этапе создании систем автоматического управления установок с большим объемом воздухоподводящего оборудования и повышенной задросселированности трассы. В этих условиях время протекания переходной стадии запуска ВМ на холостом ходу может составлять до 10 мин и более, а потому задача своевременной подачи материала (запуска питателя) без необходимых автоматических устройств является достаточно непростой.
С момента включения питающего устройства (системы) и поступления в материалопровод первой порции материала (точка В на рисунках 6 и 7) сопротивление пневмосети начинает возрастать, а скорость воздуха уменьшаться. По истечении определенного промежутка времени Т(4-2) эти изменения (интервал BD) прекращаются, и установка выходит на стабильный (установившийся) режим работы (интервал DE). Физический смысл такого характера изменений параметров следующий. При поступлении первой порции материала в трубопровод сопротивление сети возрастает вследствие возникновения потерь давления на транспортирование материала. Суммарные потери давления в установке в соответствии с общепринятыми принципами наложения потерь давления складываются из потерь на трение и преодоление местных сопротивлений материалом и воздухом в ее элементах, а также на разгон материала и подъем его в вертикальных участках трубопровода. При этом экспериментами установлено, что составляющая потерь давления на транспортирование воздуха в элементах установки при ее работе под нагрузкой несколько уменьшается.
