Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 11
1.1 Технологические схемы доставки, погрузки и разгрузки сыпучих строительных материалов 11
1.2 Пневмотранспортное оборудование для механизации погрузочно-разгрузочных работ 19
1.3 Физико-механические свойства сыпучих строительных материалов, транспортируемых пневматическими установками 23
1.4 Способы интенсификации процесса пневмотранспорта 31
1.4.1 Основные направления совершенствования процесса пневмотранспортирования сыпучих строительных материалов 31
1.4.2 Анализ работы заборных устройств пневмотранспортных установок 32
1.4.3 Анализ работы землесосных снарядов, снабженных рыхлительными устройствами, используемых при гидромеханизации... 37
1.4.4 Задачи модернизации заборного устройства пневмотранспортной установки
1.5 Выводы по главе 42
Глава2. Теоретические исследования рабочего процесса пневмотранспортной установки при перегрузке слежавшихся сыпучих строительных материалов 45
2.1 Теоретический анализ рабочего процесса пневмотранспортной установки 45
2.1.1 Разрыхление слежавшегося сыпучего строительного материала разрушающими соплами 45
2.1.2 Всасывание разрыхленного аэрированного сыпучего строительного материла в трубопровод 57
2.1.3 Транспортирование материаловоздушной смеси в выбранном режиме движения по трубопроводу 60
2.2 Выводы по главе 67
Глава. 3. Экспериментальные исследования процесса пневматического разрыхления материала 68
3.1. Экспериментальные исследования прочностных характеристик слежавшихся сыпучих строительных материалов 68
3.1.1 Цели и задачи исследований 68
3.1.2 Экспериментальное оборудование 68
3.1.3 Проведение и результаты экспериментальных исследований прочностных характеристик слежавшихся сыпучих строительных материалов по определению значений коэффициента сопротивления слежавшегося сыпучего строительного материала смятию 71
3.2. Экспериментальные исследования процесса пневматического разрыхления слежавшихся сыпучих строительных материалов системой разрушающих сопел 74
3.2.1 Цели и задачи исследований 74
3.2.2 Экспериментальное оборудование 75
3.2.3 Планирование эксперимента 78
3.2.4 Статистическая обработка результатов эксперимента 86
3.2.5 Выбор оптимальных параметров процесса 94
3.3 Выводы по главе 96
Глава 4. Основные положения методики определения параметров заборного устройства. Технико-экономическое обоснование принятых решений 97
4.1 Модернизация заборного устройства пневмотранспортной установки 97
4.2 Методика определения основных параметров модернизированного заборного устройства пневмотранспортной установки 98
4.3 Рекомендации по применению модернизированного заборного устройства пневмотранспортной установки 100
4.4 Пример расчета заборного устройства пневморазгрузчика цемента ... 100
4.5 Технико-экономическое обоснование использования результатов исследования 102
4.6 Выводы по главе 104
Общие выводы 105
Список использованной литературы 107
Приложение 1. Акт о внедрении в ООО «Строительные машины» 117
Приложение 2. Акт о внедрении в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» 118
Приложение 3. Патент «Всасывающее заборное устройство пневмотранспортной установки» 119
Приложение 4 Исходные и справочные данные для расчета параметров заборного устройства пневморазгрузчика цемента всасывающе-нагнетательного действия 120
Приложение 5 Краткие сведения о сыпучих строительных материалах, перемещаемых пневмотраснпортом 121
- Пневмотранспортное оборудование для механизации погрузочно-разгрузочных работ
- Разрыхление слежавшегося сыпучего строительного материала разрушающими соплами
- Планирование эксперимента
- Пример расчета заборного устройства пневморазгрузчика цемента
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Высокие темпы развития строительной отрасли требуют инновационного совершенствования и повышения надежности средств, связанных с транспортировкой и механизацией погрузочно-разгрузочных работ сыпучих строительных материалов (ССМ).
К наиболее прогрессивным видам транспорта, с успехом применяющимся в различных технологических процессах, относится пневматический способ транспортирования ССМ. Однако, его широкое использование сдерживается рядом объективных причин, таких как высокие затраты энергии на его осуществление, низкая производительность при перегрузке слежавшихся ССМ.
Все ССМ, за исключением сухой золы, относятся к слеживающимся материалам. Поэтому при хранении и транспортировке ССМ не всегда удается избежать их слеживаемости. Несмотря на то, что слеживаемость часто встречающееся состояние ССМ, его особенности не учитываются ни в технологическом процессе перегрузки материала пневмотранспортными установками (ПТУ), ни в методиках их расчета.
До сих пор при разгрузке слежавшихся ССМ преимущественно используют ручной инструмент (лом, лопаты и перфораторы). Недостатками этого широко применяемого инструмента являются большая трудоемкость работ, малая производительность и сложность выполнения работ, вредные условия труда, так как рабочему приходится осуществлять эту операцию, находясь непосредственно в транспортном средстве.
На современном этапе развития системы пневмотранспортирования ее совершенствование осуществляется, в основном, или за счет применения рациональных конструкций пневмотранспортного оборудования, или – выбора оптимальных режимов движения аэросмеси. За длительный период применения пневмотранспорта разработаны и апробированы на практике различные способы и устройства, позволяющие повысить эффективность процесса. Однако, достаточно эффективных устройств для пневмотранспортирования слежавшихся ССМ, функциональные возможности которых позволяли бы без нарушения существующего технологического процесса сочетать наряду с забором материала и разрушение слежавшегося слоя ССМ, и аэрацию, пока не создано. Поэтому повышение эффективности пневмотранспорта слежавшегося ССМ и разработка соответствующего оборудования являются актуальной научной задачей, представляющей большой практический интерес.
Наиболее перспективным способом совершенствования процесса пневмотранспорта слежавшихся ССМ является применение при заборе таких материалов пневматического разрыхления, оказывающего прямое воздействие на физико-механические свойства слежавшихся ССМ, тем самым улучшающего условия всасывания материала в зоне забора и обеспечивающего стабильность работы всасывающей линии.
Положительный эффект механического разрыхления при пневмо- и гидротранспорте доказан более чем 30 летним использованием устройств с различными способами воздействия на материал.
Степень разработанности темы исследования.
Разработкой конструкций заборных устройств ПТУ, снабженных различными средствами воздействия на материал занимался ряд организаций, в их числе ООО «Строительные машины» (гл. конструктор М. М. Шапунов), где были разработаны самоходное заборное устройство с рушителями, конструкции вибрационных заборных сопел, обладающих как положительными эффектами, так и рядом существенных недостатков.
В качестве основы при разработке способа воздействия на слежавшийся ССМ и расчете элементов конструкции разрыхляющей системы в настоящей работе взяты исследования в области подводной разработки несвязных грунтов (А. П. Юфин, Б. А. Волнин, С. П. Огородников, А. И. Огурцов, Д. В. Рощупкин, Ю. А. Попов, А. А. Цернант, В. Д. Журин, В. А. Мелентьев, Н. П. Колпашников, Г. А. Нурок, Н. А. Михайлова, Н. А. Силин, Ю. К. Витошкин, В. М. Карасик, В. Ф. Очередько, С. Г. Кобернин, А. И. Харин, Б. М. Шкундин и др.). Здесь установлены параметры процесса взаимодействия затопленной водяной струи с несвязным грунтом и получены данные необходимые для расчета параметров процесса гидроразрыхления; разработан гидроразрыхлитель со струенаправляющим кольцом (В.А. Раздольный), гидравлический рыхлитель с криволинейным фронтом размыва (П.П. Пухов), разработана конструкция щелевого всасывающего наконечника с расположенными в несколько рядов разрыхляющими соплами (А.С. Стариков); были проведены исследования процесса совместного действия разрыхлителя с грунтоприемником для оценки развиваемой производительности снаряда (В.А. Иванов, И.В. Лукин, С.Н. Разживкин) и другие исследования.
Что касается разрушения массива слежавшегося строительного материала затопленными высоконапорными струями воздуха, совместное действие с всасывающим заборным устройством, то здесь на сегодняшний момент отсутствуют необходимые экспериментальные и теоретические данные, достаточные для расчета основных параметров разработанного вновь устройства.
Цель и задачи исследования
Цель исследования – совершенствование процесса пневмотранспорти-рования слежавшихся сыпучих строительных материалов и создание методики определения параметров заборного устройства, обеспечивающих эффектив-ность работы пневмотранспортной установки.
Объект исследования - установки для пневмотранспортирования сыпучих строительных материалов.
Предмет исследования – рабочие процессы транспортирования слежавшихся сыпучих строительных материалов пневмотранспортными установками.
Задачи исследования:
– провести анализ особенностей слежавшихся сыпучих строительных материалов, влияющих на процесс пневмотранспортирования;
– выполнить научно-поисковые исследования в области конструирования заборных устройств пневмотранспортных установок с различными способами воздействия на слежавшийся материал, обосновать их недостатки, провести анализ устройств, используемых при гидромеханизации, сформулировать и обосновать задачи модернизации заборного устройства, способного учесть особенности слежавшихся сыпучих строительных материалов;
– исследовать рабочий процесс пневмотранспортирования слежавшихся сыпучих строительных материалов и разработать методику определения основных параметров модернизированного заборного устройства;
– разработать рекомендации по повышению технико-экономических показателей пневмотранспортных установок с применением модернизированного заборного устройства.
Научная новизна исследования:
– разработана математическая модель процесса пневматического разрыхления слежавшихся сыпучих строительных материалов системой разрушающих сопел;
– разработана методика экспериментальных исследований прочностных свойств слежавшихся сыпучих строительных материалов, влияющих на процесс их пневматического разрыхления;
– разработана методика определения основных параметров модернизированного заборного устройства пневмотранспортной установки.
Теоретическая и практическая значимость работы.
На оснoве прoведенных экспериментальнo-теоретических исследoваний предложенo забoрное устройство и методика определения его параметров, позволяющие повысить эффективность рабoты выпускаемых пневмотранспортных установок при перегрузке слежавшихся сыпучих строительных материалов.
На основе представленных в диссертации научных исследований и инженерных разработок были внедрены:
– конструкция модернизированного всасывающего заборного устройства пневмотранспортной установки для разгрузки цемента, содержащая систему разрушающих сопел (ООО «Строительные машины»);
– методика расчета основных параметров пневмотранспортной установки в комплексе с модернизированным всасывающим заборным устройством, исходя из условия его оптимальной работы (ООО «Строительные машины»);
– методические указания для проведения лабораторных работ по дисциплине «Строительные машины» для специальности «Промышленное и гражданское строительство» Санкт-Петербургского государственного архитектурно - строительного университета.
Методология и методы исследования.
Методы исследования:
– анализ литературных источников, результатов исследований других авторов в смежных oбластях и произвoдственного опыта;
– экспериментальные исследoвания с испoльзованием кoмплекса лаборатoрных стендoв с целью проверки теоретических предполoжений, определения рациональных параметров работы пневматического разрыхлителя;
– обрабoтка полученных экспериментальных данных метoдами математической статистики, с целью определения аналитических зависимoстей влияния различных факторов на производительнoсть процесса пневматическoго разрыхления.
Область исследования соответствует требованиям паспорта научной специальности ВАК 05.05.04. – «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины», пункт 3 «Совершенствование технологических процессов на основе новых технических решений конструкций машин».
Степень достоверности и апробация результатов.
Достоверность результатов исследований и выводов диссертационной работы oбеспечивается применением стaндaртных метoдик испытаний, аттестованных средств измерения, применением oбщепринятых гипoтез и допущений, а также сoпoставлением полученных данных с рабoтами автoров, работающих в смежных oбластях. Для обрабoтки данных использoвалoсь современное программное обеспечение: Microsoft Excel, STATISTIKA, MathCad.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на четырех международных научно-технических конференциях (СПбГАСУ, 2009-2012) и получили отражение в девяти научных публикациях, три из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ.
Аспирантом в сoавторстве получен патент № 115340 Федеральной службы РФ по интеллектуальной сoбственности от 27.04.2012г.
Структура и объем работы.
Пневмотранспортное оборудование для механизации погрузочно-разгрузочных работ
Выгрузка бестарного строительного сыпучего материала из транспортных средств общего назначения осуществляется с применением специальных пневматических разгрузчиков.
В разное время делались попытки создать пневморазгрузчики сыпучих материалов различных видов (всасывающие, нагнетательные и всасывающе-нагнетательные).
Пневморазгрузчики всасывающего действия разрабатывались для выгрузки цемента из крытых железнодорожных вагонов. Также их можно применять для разгрузки других сыпучих материалов, близких по физико-механическим свойствам цементу (мел, алебастр, минеральный порошок и т.д.)
Дальность транспортирования рассматриваемых разгрузчиков сравнительно небольшая и в типовых схемах механизированных и автоматизированных силосных складов цемента они могли работать только совместно с пневмоподьемниками цемента.
Конструкция разгрузчиков всасывающего действия была разработана ВНИИстройдормашем и Ленинградским заводом строительных машин (сейчас ОАО «Строительные машины»), осуществлявшим их серийное производство [8]. В настоящее время этот вид разгрузчиков не выпускается.
Пневморазгрузчики нагнетательного действия сочетают механический забор сыпучего материала с пневматическим его транспортированием сжатым воздухом. Предполагалось, что такая конструктивная схема позволит одновременно с выгрузкой сыпучего материала из железнодорожного вагона подавать его на сравнительно большие расстояния, что значительно упростит общую схему работ.
В России были созданы пневморазгрузчики нагнетательного действия для цемента моделей С-606, С-653Н, РАУ-30 и РАУ-100 [11, 16]. Однако, при проведении эксплуатационных испытаний этих машин было выявлено, что в моменты недостаточного заполнения материалом напорного шнека, через него происходят периодические прорывы сжатого воздуха в сторону разгружаемого материала, что приводит к пылеобразованию при работе. Кроме, того, пылеобразование возникает из-за большой частоты вращения в слое материала заборных и подгребающих шнеков.
Пневморазгрузчики цемента не были рекомендованы к серийному производству, так как при их работе уровень запыленности на рабочем месте оператора превышал значения, установленные санитарными нормами [8].
В настоящее время для выгрузки бестарного строительного сыпучего материала из транспортных средств общего назначения и подачи этого груза непосредственно в силос применяют пневморазгрузчики всасывающе-нагнетательного действия.
Пневморазгрузчики этого вида успешно сочетают преимущества установок всасывающего и нагнетательного типов: хорошие санитарно-гигиенические условия труда для обслуживающего персонала, высокая производительность, большая дальность подачи, широкий диапазон перемещаемых пылевидных и мелкозернистых материалов.
По способу создания разрежения, необходимого для засасывания материала в трубопровод, разгрузчики можно разделить на 2 группы:
- разгрузчики, у которых разрежение создается с помощью водокольцевых вакуум - насосов или ротационных газодувок;
- разгрузчики, конструкция которых предусматривает создание необходимого разрежения с помощью струйного аппарата за счет эффекта эжекции.
ООО «Строительные машины» выпускает пневматические всасывающе-нагнетательные разгрузчики первой группы: ТА-27А, ТА-51для выгрузки цемента из железнодорожных вагонов, ТА-37 для выгрузки цемента из речных барж.
Ко второй группе относятся разгрузчики типа РПМ. Особенностью их конструкции является отсутствие отдельного вакуум-насоса и рукавных фильтров - наиболее ненадежных агрегатов.
Несколько модификаций разгрузчиков этого типа были разработаны проектным отделом института Гидропроект им. С. Я. Жука. В настоящее время разгрузчики этого типа не выпускаются.
Технические характеристики пневморазгрузчиков сыпучих материалов всасывающе-нагнетательного действия приведены в табл. 1.1.
Несмотря на явные преимущества пневмотранспортного оборудования перед другими видами транспорта, более широкое его применение в различных технологических процессах сдерживается рядом объективных причин. Во-первых, основным недостатком таких систем является высокий удельный расход электроэнергии на единицу перемещаемого материала. На данный момент это весомый фактор для отечественных предприятий. Во-вторых, отсутствие единого научного обоснования процесса пневматического транспортирования и, как следствие, отсутствие общей методики расчета и конструирования пневмоустановок [7]. Это объясняется сложностью физических явлений, происходящих при пневматическом транспортировании материалов (в трубопроводе обычно используются турбулентные воздушные потоки, которые сами по себе еще далеко не изучены, особенно области течения вблизи стенок трубопровода). В-третьих, низкая производительность при перегрузке слежавшихся ССМ.
Разрыхление слежавшегося сыпучего строительного материала разрушающими соплами
На первом этапе рабочего процесса пневмотранспортной установки с модернизированным заборным устройством материал разрыхляется под действием струй сжатого воздуха, формируемых так называемыми разрушающими соплами. Схема воздействия струи сжатого воздуха, формируемой разрушающим соплом, на массив слежавшегося сыпучего строительного материала представлена на рис. 2.1 [35].
Для определения параметров струи воздуха, необходимых для динамического разрушения слоя материала, надо знать следующие характеристики свободных затопленных осесимметричных струй.
Струя называется свободной затопленной, если она не ограничивается твердыми стенками и распространяется в неподвижном пространстве с теми же физическими свойствами.
Из теории [1, 2] известно, что затопленная струя постепенно расширяется и на некотором расстоянии от сопла рассеивается. Экспериментально установлено, что если в выходном сечении сопла скорости распределяются равномерно, то границы струи представляют собой расходящуюся поверхность усеченного конуса с вершиной в точке пересечения границ струи, называемой полюсом струи (рис.2.2).
Принцип действия гидравлического разрыхлителя обычно объясняют с позиций размыва грунта гидромониторной струей по схеме для размывающих устройств. При увеличении угла атаки струи относительно массива грунта реализуется режим псевдосжижения грунта [35]. Разрушение материала гидродинамическим давлением струи имеет место также и при гидроотбойке угля. Теория этого процесса достаточно разработана, но подходит только для хрупких материалов. При разработке грунтов гидромониторами с помощью незатопленных и затопленных струй определялись эмпирические зависимости глубины размытой траншеи или массы грунта от параметров процесса размыва [76]. Взаимодействие струи с твердой поверхностью рассматривается при струйной гидроабразивной и пескоструйной обработке. Механизм этих процессов рассматривается с позиции процесса эрозии потоком абразивных частиц обрабатываемой поверхности. Такой подход слабо отражает сущность исследуемого нами процесса.
Одним из основных показателей, характеризующих эффективность любого процесса, является его производительность. Достаточно глубоких теоретических исследований процесса разрушения слоя слежавшегося сыпучего строительного материала динамическим давлением струи воздуха анализом литературных источников выявлено не было, однако, проанализировав имеющийся теоретический и экспериментальный материал по описанным выше процессам было установлено, что на эффективность процесса струйного разрушения большое влияние оказывают:
- факторы, характеризующие струю - её плотность, начальный диаметр, скорость истечения. Эти параметры в свою очередь зависят от формы и качества материала насадка, формирующей струю, характеризуемых коэффициентом расхода, и от давления перед насадком;
- факторы, учитывающие условия взаимодействия струи с массивом разрушаемого материала - расстояние от среза насадка до поверхности разрушаемого материала, физико-механические свойства разрушаемого материала (плотность, силы взаимодействия частиц), скорость перемещения струи.
По аналогии с процессом струйного разрушения грунта примем [71, 81], что при воздействии струи сжатого воздуха на слежавшийся сыпучий строительный материал динамические силы стремятся вдавить зерна в массив в пределах круга, соосного струе, и оторвать (выдавить) их за пределами этого круга, т. о. разрушение материала происходит под действием отрывающих (выдавливающих) сил (Рис. 2.2).
При струйном разрушении грунта, на пределе разрушающей способности струи необходимо затратить определенную минимальную механическую работу As на разрушение 1 м3 грунта. Указанное пороговое значение As согласно теории размерности равно произведению пороговой гидродинамической силы и критической деформации грунта, то есть значения деформации, при котором происходит разрушение грунта [1, 2,4].
Согласно Г. Ребиндеру, механизм струйного разрушения материала может иметь большое количество вариантов, основных и промежуточных в результате чего практически невозможно дать характеристику разрушаемости слежавшихся сыпучих строительных материалов для всех принципиально возможных зависимостей критической деформации от определяющих ее факторов. Поэтому пороговое значение работы As мы не можем принять в качестве характеристики разрушаемости слежавшегося материала.
Степень силового воздействия струи, необходимого для разрушения массива слежавшегося сыпучего строительного материала пропорциональна импульсу силы в заданном сечении струи, отнесенному к площади этого сечения.
Необходимо также учесть физико-механические свойства разрушаемого материала, которые будут влиять на процесс его разрушения. Как уже было сказано ранее, при увеличении плотности материала возрастают аутогезионные силы и следовательно увеличивается сцепление. Значит будет увеличиваться сопротивление материала разрыхлению. Чем плотнее материал, тем большую силу надо будет приложить для его разрыхления. Найти зависимость между силовым воздействием струи необходимым для разрушения аутогезионных сил и величиной аутогезионных сил не представляется возможным из-за многомерности причин, свойств и природы их проявления. В связи с предположением, что разрушение материала происходит под действием вдавливающих сил для характеристики сопротивления материала разрыхлению будем использовать сопротивление слежавшегося сыпучего строительного материала вдавливающей силе струи, для характеристики которого будем использовать показатель - коэффициент сопротивления слежавшегося сыпучего строительного материала смятию, АГСМ.
Ввиду сложности описания данного процесса теоретически (из-за многомерности и неопределенности многих параметров) для того, что бы воспользоваться имеющимися теоретическими выражениями для определения параметров модернизированного заборного устройства пневмотранспортной установки и оптимизации процесса разрыхления массива слежавшегося сыпучего строительного материала системой разрушающих сопел, формирующих струи сжатого воздуха необходимо экспериментально исследовать этот процесс.
Планирование эксперимента
С целью получения оптимальных результатов процесса пневматического разрыхления массива слежавшегося сыпучего строительного материала на основании опытов использовали теорию планирования эксперимента.
Под планированием эксперимента понимается процедура выбора числа опытов и условий их проведения, необходимых для решения поставленной задачи с требуемой точностью.
Контролируемые и управляемые параметры, допускающие целенаправленное изменение в ходе исследования, при которых выходной параметр достигает оптимальной величины называются факторами.
К факторам, характеризующим параметр оптимизации (выходной параметр), при проведении экспериментов предъявляется ряд требований, который необходимо учитывать при планировании:
- факторы должны быть управляемыми, это значит, что выбранное нужное значение фактора можно поддерживать постоянным в течение всего опыта;
- факторы должны быть однозначны. Трудно управлять фактором, который является функцией других факторов. Но в планировании могут участвовать другие факторы, такие, как соотношения между компонентами, их логарифмы и т.п.
При планировании эксперимента одновременно изменяют несколько факторов, поэтому необходимо знать требования к совокупности факторов. Прежде всего, выдвигается требование совместимости. Совместимость факторов означает, что все их комбинации осуществимы и безопасны.
При планировании эксперимента важна независимость факторов, т.е. возможность установления фактора на любом уровне вне зависимости от уровней других факторов. Если это условие невыполнимо, то невозможно планировать эксперимент.
Параметром (или критерием) оптимизации называется количественная характеристика цели экспериментального исследования.
К параметру оптимизации предъявляются следующие требования:
1. Быть количественным и задаваться одним числом, допускать измерение при любой возможной комбинации выбранных уровней факторов.
2. Всесторонне характеризовать объект исследования.
3. Иметь простой физический смысл.
4. Существовать на всех стадиях проведения эксперимента.
5. Иметь нормальное распределение по законам математической статистики [3, 52].
За параметр оптимизации (отклик), связывающий факторы в математическую модель процесса пневматического разрыхления массива слежавшегося сыпучего строительного материала, была принята производительность, Q, м /с, процесса пневматического разрыхления.
Процесс пневматического разрыхления массива слежавшегося сыпучего строительного материала характеризуется следующими параметрами: диаметром разрушающего сопла, D0, м, давлением рабочего воздуха, ро, Па, перед соплом, расстоянием, SQ, М, ОТ среза сопла до поверхности, скоростью перемещения сопла, V, м/с, углом атаки, в, град, струи.
Необходимо учитывать и прочность слежавшегося сыпучего строительного материала, характеризуемую коэффициентом сопротивления слежавшегося сыпучего строительного материала смятию, КСм, Па.
Чем больше степень полинома, тем больше нужно опытов. Значит нужно найти такой полином, который содержит как можно меньше коэффициентов, но удовлетворяет требованиям, предъявляемым к модели. Модель должна хорошо предсказывать направление наискорейшего улучшения параметра оптимизации. Такое направление называется направлением по градиенту. Этим требованиям удовлетворяет полином первой степени. С одной стороны, он содержит информацию о направлении градиента, с другой - в нем минимально возможное число коэффициентов при данном числе факторов [68].
Преобразуем матрицу планирования в рабочую матрицу (табл. 3.4). Для этого заменим кодированные значения факторов натуральными величинами.
Чтобы устранить или хотя бы уменьшить систематическую ошибку последовательность опытов в эксперименте сделаем случайной, т. е. рандомизированной.
Экспериментальные исследования процесса пневматического разрыхления слежавшихся сыпучих строительных материалов разрушающим соплом проводились с сыпучими строительными материалами, описанными в разд. 3.1.3.
Пример расчета заборного устройства пневморазгрузчика цемента
Исходные данные, задаваемые для расчета (Приложение 4):
- техническая производительность G =20 т/ч;
- плотность цемента ц= 1300 кг/м3;
- коэффициент сопротивления материала смятию Ксм = 0,3 МПа
Режим работы всасывающей линии пневмосистемы:
- давление всасывания во время работы Рраб = 0,04МПа;
- давление всасывания в конце продувки фильтров Рпрод = 0,08 МПа;
- средняя производительность вакуум-насоса qcp = 2,3 м /мин;
- средний расход воздуха при перетечках через шнек Qn - 0,4 м /мин;
- количество продувок фильтров: тп = 8, тс= 10.
- давление нагнетания во время работы Рраб„ = 0,25
Методика выполнения расчета Расчет параметров заборного устройства
1. Определим скорость рабочего воздуха на выходе из сопла по формуле (2.16)
U0= 192,3 м/с;
2. Определим скорость рабочего воздуха на фронте разрушения по формуле (2.9)
Um= 191,9 м/с;
3. Определим давление перед насадком по формуле (4.2)
pQ = 0,125 МПа;
4. Определим рабочее давление насоса по формуле (4.1)
/?„ =0,136 МПа;
5. Определим радиус сечения струи на расстоянии So от среза сопла по формуле (2.5)
Rs = 0,014 м;
6. Определим ширину фронта разрушения по формуле (2.15)
В = 0,13м;
7. Определим число разрушающих сопел по формуле (2.14)
Z=4,3; Из конструктивных соображений принимаем Z = 4шт.;
8. Определим расход воздуха на срезе сопла по формуле (2.11)
go = 0,015 м3/с;
9. Определим расход воздуха затрачиваемый на разрыхление материала по формуле (2.12)
q = 0,059 м3/с;
10. Определим мощность, затрачиваемую на разрыхление материала по формуле (4.3)
N= 8,96 КВт
Расчет основных параметров всасывающего устройство ведется по стандартной методике в зависимости от типа установки, с которой применяется всасывающее заборное устройство. В конечном счете расчет сводится к определению основных конструктивных параметров установки: диаметр материалопроводов, скорость, расход воздуха, расходные концентрации и потери давления в них и потери давления во всей установке. В процессе расчета основных параметров подбирают элементы установок, а в заключении выбирают воздуходувную машину. При этом возможны два вида расчетов: первый, когда определяется расход и давление газа в начале пневмолинии, и второй, когда давление в начале пневмолинии задано, а требуется найти только расход. Основные параметры пневмоустановки в большинстве существующих методов расчета определяются по одному алгоритму. Отличия, как правило, заключаются в поправочных коэффициентах, полученных эмпирическим путем.
Таким образом, для расчета параметров всасывающего устройства и скорости транспортирования частиц материала по трубопроводу необходимо определить гранулометрический состав материала и его плотность.
Похожие диссертации на Методика определения параметров заборного устройства для пневмотранспортирования слежавшихся сыпучих строительных материалов
