способ транспортирования сыпучих материалов в плотной фазе

Формула изобретения

1. Способ транспортирования сыпучих материалов в плотной фазе, заключающийся в том, что на сыпучий материал, транспортируемый нагнетательной пневмотранспортной установкой с камерным насосом, воздействуют потоками газа в камерном насосе и рассредоточенно по длине транспортного трубопровода через активаторы, отличающийся тем, что воздействие потоками газа на сыпучий материал в камерном насосе и в транспортном трубопроводе через активаторы осуществляют соответственно с расходами, определяемыми из соотношений



при этом абсолютное давление газа на выходе из камерного насоса в транспортный трубопровод и в точке отбора газа на байпасный воздуховод транспортного трубопровода, подсоединенного к активаторам, определяют соответственно из соотношений



где (0,1L + 20)/30 коэффициент увеличения удельной нормы расхода газа на 10% на каждые дополнительные 30 м длины материалопровода против начальных 100 м;

L геометрическая длина транспортного трубопровода;

q - удельная норма расхода воздуха на 1 т сыпучего материала, перемещаемого на расстояние 100 м, определяется для сыпучих материалов, имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0 < _н < 0,382 и 0,382 < _н < 0,5, по формуле



имеющих порозность насыпного слоя _н = 0,5, из соотношения



имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0,5 < _н < 0,618 из соотношения



имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0,618 < _н < 1 из соотношения



где размерный коэффициент расхода;

_м - производительность пневмоустановки, т/ч;

l" (1 ^oC 3)l длины воздушных пробок между плотными поршнями из материала в транспортном трубопроводе;

длины плотных поршней из частиц материала;

g 9,81 м/с ускорение силы тяжести Земли;

коэффициент скольжения плотных поршней вдоль стен транспортного трубопровода;

- плотность материала частиц;

_н - плотность насыпного слоя;

_п(мин, макс) - плотность плотных поршней определяется для сыпучих материалов, имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0 < _н < 0,382 из соотношений



r_макс= (11,2)_н,

имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0,382 < _н < 0,5 из соотношений

_мин= - _н;



имеющих порозность насыпного слоя _н = 0,5, из соотношения

_{мин-макс}= (0,751,2)_н,

имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0,5 < _н < 0,618 из соотношений



_макс= _ _н,

имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0,618 < _н < 1 из соотношений





при этом максимальными плотностями оценивается степень уплотнения сыпучих материалов утряской и локальные плотности в плотной фазе транспортируемого материала,

где U_ср (U_н + U_к)/2 средняя скорость транспортирования плотной фазы;

U_н (0,4 ^oC 2) принимаемая начальной скорость выхода материала из камерного насоса, м/с;

U_к (2 ^oC 10) принимаемая конечная скорость выхода плотных поршней из транспортного трубопровода, м/с;

внутренний диаметр транспортного трубопровода;

Q_м производительность пневмоустановки, м³/ч;

S 0,785 D² площадь внутреннего поперечного сечения транспортного трубопровода;

n M/m общее количество плотных поршней перемещаемых за один цикл подачи;

M = V_кнн - масса материала, загружаемого в камеру камерного насоса;

V_кн полезная вместимость камеры камерного насоса;

m = lS_п - масса плотного поршня;

L_б геометрическая протяженность байпасного воздуховода;

S_б живое сечение байпасного воздуховода;

время на один цикл передачи материала из камерного насоса в приемную емкость;

l"" l + l" (2 ^oC 4) l общая длина плотного поршня и воздушной пробки;

_тр- коэффициент трения транспортируемого материала о сталь;

средний коэффициент трения;

Н высота подъема трассы транспортного трубопровода;

n_к число колен в транспортном трубопроводе;

_св- плотность сжатого воздуха;

l_э 1 м принятый эталон длины поршня с плотностью, равной плотности насыпного слоя транспортируемого материала, к условиям рассмотрения процесса его транспортирования;

_св- коэффициент трения сжатого воздуха о стенки трубопровода;

Р_ф сопротивление фильтра, устанавливаемого на приемной емкости;

Р_атм атмосферное давление;

потеря давления в байпасном воздуховоде;

Р_у.б удельные потери давления в байпасном воздуховоде;

L_пр L_б + l_пр приведенная длина байпасного воздуховода;

L_б геометрическая протяженность байпасного воздуховода;

l_пр приведенная длина пневмоаппаратуры байпасного воздуховода;



удельные потери давления на единицу длины транспортного трубопровода;

l₂ геометрическое расстояние от начала транспортного трубопровода до активатора N 2;

Р_ак (0,1 0,2) Р_атм потеря давлений в активаторах.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что абсолютное давление газа внутри транспортного трубопровода в местах встраивания в него активаторов для ввода газа определяют из соотношения



а во внутренних полостях активаторов по формулам

для первого активатора

Р₁ Р_у (L 0,5l₁) + Р_ф + Р_ак + Р_атм,

для последующих активаторов

Р_2:N Р_у (L l_1:N) + Р_ф + Р_ак + Р_атм,

где l_1:N геометрическое расстояние от начала транспортного трубопровода до первого и соответственно до других номеров активаторов, м;

l_1-2 геометрическое расстояние между первым и вторым номерами активаторов, м.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что действительный расход газа через каждый активатор транспортного трубопровода определяют из соотношения



где приближенные расходы газа через каждый активатор;

K_v 1 пропускная способность активатора;

разница между давлениями газа во внутренних полостях активаторов и давлениями внутри транспортного трубопровода, в местах встраивания в него активаторов;

поправка на расход газа через активаторы;

N - количество активаторов, встроенных в транспортный трубопровод.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к наиболее эффективному способу пневматического транспортирования сыпучих материалов в виде отдельных плотных поршней, разделенных между собой воздушными пробками, или в виде сплошного ожиженного потока, перемещаемых по трубопроводу со скоростями до 10 м/с.

Метод транспортирования в плотной фазе может найти широкое применение во всех отраслях промышленности, по технологии которых необходимо сохранить исходный грансостав транспортируемого сыпучего материала, когда требуется улучшить санитарное состояние производств и сократить производственные площади, когда необходимо снизить энергозатраты на единицу производимой продукции и увеличить сроки служб транспортного оборудования наряду с увеличением дальности транспортирования.

Известен способ транспортирования сыпучих материалов в плотной фазе, заключающийся в том, что на сыпучий материал транспортируемый нагнетательной пневмотранспортной установкой с камерным насосом, воздействуют потоками газа в камерном насосе и рассредоточено по длине транспортного трубопровода через активаторы (авт.св. СССР N 664893, кл. В 65 G 53/04, 1977) прототип.

Недостаток способа-прототипа состоит в том, что он используется лишь в плане общего представления о механизме реализации предлагаемого способа.

В известном источнике отсутствуют формулы для расчетов расхода и давления сжатого воздуха через камерный насос, расходов и давлений дополнительного сжатого воздуха подаваемого через активаторы в транспортный трубопровод, что затрудняет возможность реализации известного способа.

Цель изобретения снижение энергозатрат, увеличение дальности транспортирования и сроков службы транспортного трубопровода наряду с сохранением гранулометрического состава транспортируемого материала.

Поставленная цель достигается тем, что на сыпучий материал, транспортируемый нагнетательной пневмотранспортной установкой с камерным насосом, воздействуют потоками газа в камерном насосе и рассредоточено по длине транспортного трубопровода через активаторы, соответственно с расходами, определяемыми из соотношений



при этом абсолютные давления газа на выходе из камерного насоса в транспортный трубопровод и в точке отбора газа на байпасный воздуховод транспортного трубопровода, подсоединенного к активаторам, определяются, соответственно из соотношений



где коэффициент увеличения удельной нормы расхода газа на 10% на каждые дополнительные 30 м длины материалопровода против начальных 100 м;

L геометрическая длина транспортного трубопровода;

удельная норма расхода воздуха на одну тонну сыпучего материала перемещаемого на расстояние 100 м, определяется для сыпучих материалов, имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0 < _н < 0,382< и 0,382 < _н < 0,5 из соотношения



имеющих порозность насыпного слоя _н 0,5 из соотношения



имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0,5 < _н < 0,618 из соотношения



имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0,618 < _н < 1 из соотношения



где К 1, размерный коэффициент расхода;

_м производительность пневмоустановки, т/ч;

l" (1 3)l длины воздушных пробок между плотными поршнями из материала в транспортном трубопроводе;

длины плотных поршней из частиц материала;

g 9,81 м/с ускорение силы тяжести Земли;

коэффициент скольжения плотных поршней вдоль стен транспортного трубопровода;

плотность материала частиц;

r_н плотность насыпного слоя;

_п (мин, макс) плотность плотных поршней определяются для сыпучих материалов, имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0 < _н < 0,382 из соотношений



имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0,382 < _н < 0,5 из соотношений



имеющих порозность насыпного слоя _н 0,5 из соотношения

_{мин/макс}= (0,751,2)_н,

имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0,5 < _н < 0,618 из соотношений



имеющих порозность насыпного слоя в интервале 0,618 < _н < 1 из соотношений



при этом максимальными плотностями оценивается степень уплотнения сыпучих материалов утряской и локальные плотности в плотной фазе транспортируемого материала.

средняя скорость транспортирования плотной фазы;

U_н=/0,4 2/ м/с принимаемая начальная скорость выхода материала из камерного насоса;

U_к= /2 10/ м/с принимаемая конечная скорость выхода плотных поршней из транспортного трубопровода;

внутренний диаметр транспортного трубопровода;

Q_м производительность пневмоустановки, м³/ч;

S 0,785 D² площадь внутреннего поперечного сечения транспортного трубопровода;

n M/m общее количество плотных поршней перемещаемых за один цикл подачи;

M = V_кнн масса материала; загружаемого в камеру камерного насоса,

V_кн полезная вместимость камеры камерного насоса;

m = lS_п масса плотного поршня;

L_б геометрическая протяженность байпасного воздуховода;

S_б живое сечение байпасного воздуховода;

время на один цикл передачи материала из камерного насоса в приемную емкость;

l" l + l" (2 4)l общая длина плотного поршня и воздушной пробки;

_тр коэффициент трения транспортируемого материала о сталь;

средний коэффициент трения;

H высота подъема трассы транспортного трубопровода;

n_к число колен в транспортном трубопроводе;

_св плотность сжатого воздуха;

l_э 1 м принятый эталон длины поршня с плотностью равной плотности насыпного слоя транспортируемого материала, к условиям рассмотрения процесса его транспортирования;

_св коэффициент трения сжатого воздуха о стенки трубопровода;

P_ф сопротивление фильтра, устанавливаемого на приемной емкости;

P_атм атмосферное давление;

потеря давления в байпасном воздуховоде;

P_у.б. удельные потери давления в байпасном воздуховоде;

L_пр L_б + l_пр приведенная длина байпасного воздуховода;

L_б геометрическая протяженность байпасного воздуховода;

l_пр приведенная длина пневмоаппаратуры байпасного воздуховода;

удельные потери давления на единицу длины транспортного трубопровода;

l₂ геометрическое расстояние от начала транспортного трубопровода до активатора N 2;

P_ак /0,1 0,2/P_атм потеря давлений в активаторах.

Кроме того, согласно описываемому способу абсолютное давление газа внутри транспортного трубопровода в местах встраивания в него активаторов для ввода газа определяют из соотношения



а во внутренних полостях активаторов из соотношений для первого активатора

P₁ P_у(L 0,5l₁) + P_ф+ P_ак+ P_атм

для последующих активаторов

P_2-N P_у(L l_1-N + 0,4l_1-2) + P_ф + P_ак + P_атм,

где l_1-N -геометрическое расстояние от начала транспортного трубопровода до первого, и соответственно до других номеров активаторов, м;

l_1-2 геометрическое расстояние между первым и вторым номерами активаторов, м;

Далее действительный расход газа через каждый активатор транспортного трубопровода, определяют из соотношения



где



м³/ч приближенные расходы газа через каждый активатор;

K_v 1 пропускная способность активатора;

разница между давлениями газа во внутренних полостях активаторов и давлениями внутри транспортного трубопровода, в местах встраивания в него активаторов;

м³/ч шт. поправка на расход газа через активаторы;

N количество активаторов, встроенных в транспортный трубопровод.

Согласно описываемому способу обеспечивается снижение энергозатрат, увеличение дальности транспортирования и срока службы трубопровода наряду с сохранением гранулометрического состава транспортируемого материала. Снижение энергозатрат достигается за счет сокращения расхода и давления сжатого газа. Сокращение расхода и давления газа достигается за счет изменения режима транспортирования, т. е. перехода от вихревого режима транспортирования материалов, при котором частицы материала транспортируются во взвешенном состоянии, со скоростями витания (25-40 м/с), к режиму транспортирования в плотной фазе, со скоростями транспортирования материала до 10 м/с.

Режим транспортирования в плотной фазе позволяет перемещать сыпучие материала со скоростями от 1 до 10 м/с, в виде сплошного плотного, ожиженного газом, потока или в виде отдельных плотных поршней, разделенных газовыми пробками. Уменьшение расхода газа и давления достигается как за счет снижения скоростей перемещения газа и транспортируемых материалов, так и за счет более полного использования статического давления расширяющегося газа между плотными поршнями материала наряду с динамическим давлением фильтрующего газа внутри плотных поршней.

Увеличение дальности транспортирования достигается за счет рассредоточенного ввода газа по длине транспортного трубопровода через активаторы, выполняемых по (патенты РФ N 1456349 или N 1428673), и встраиваемых в транспортный трубопровод на его входе: непосредственно после колеи, поворотов и переключателей, на вертикальных участках через 6-10 м, на горизонтальных участках с интервалами, между первой и второй парами, по 10-20 м, между третьей парой 20-30 м и между последующими парами 40-60 м.

Увеличение срока службы транспортного трубопровода достигается за счет:

снижения коэффициента трения материала о стенки трубопровода, вследствие создания кольцевой газовой прослойки между плотным потоком материала и стенками трубопровода;

перемещения частиц материала плотным потоком, при котором исключается соприкосновение каждой частицы перемещаемого материала со стенками трубопровода и образования турбулентного потока частиц с большими скоростями;

получения эффекта качения наружных частиц плотного потока вдоль стен трубопровода с незначительным скольжением;

образования постоянно сменяемого подстилающего слоя внутри горизонтальных участков трубопровода, из транспортируемого материала, что исключает непосредственный контакт перемещаемых плотных поршней с нижней частью материалопровода.

Сохранение гранулометрического состава транспортируемого материала обеспечивается за счет перемещения частиц в плотном потоке, в котором исключается их взаимное соударение, истирание друг о друга и о стенки трубопровода.

Заявляемый способ реализуется на нагнетательной пневмотранспортной установке, приведенной на чертеже.

Пневмотранспортная установка содержит: камерный насос 1 с системой воздуховода 2, подсоединенных к цеховой сети сжатого воздуха, транспортный трубопровод 3 со встроенными в него активаторами 4 и подсоединенный к байпасному воздуховоду 5 через отводы 6, оборудованных вентилями 7 и манометрами 8, приемный бункер 9, соединенный с транспортным трубопроводом 3 через отделитель 10, рукавный фильтр 11, соединенный воздуховодом 12 с отделителем 10.

Осуществление заявленного способа на пневмотранспортной установке приводится на следующем примере.

Пример. Требуется транспортировать литейный песок с производительностью _м 20 т/ч, или Q_м 13,8 м³/ч, на расстояние L 100 м с вертикальным участком трассы трубопровода H 10 м. Насыпная плотность песка _н 1450 кг/м³, плотность частиц 2650 кг/м³ коэффициент трения песка о сталь l_тр 1 (Шапунов М.М. Коппель М. А. Пневматическое транспортирование сыпучих материалов, Л. 1981, с. 23).

Решение.

1. Исходя из заданной производительности принимаем, по данным (Справочник. Перечень машин и оборудования, выпускаемых Красногорским заводом цементного машиностроения. М. Минстройдоркоммаш, ПО Стромоборудование, 1987, с. 6-8) к установке камерный насос ТА-23Б с вместимостью сосуда V_кн 1,5 м³.

2. Исходя из условий ограничения скоростей транспортируемых материалов и их сохранности, принимаем:

начальную скорость выхода материала из насоса в материалопровод U_н 0,5 м/с;

конечную скорость выхода материала из материалопровода в приемное устройство U_н 10 м/с;

среднюю скорость транспортирования материала



3. Определим внутренний диаметр материалопровода и его поперечное сечение



Принимаем к дальнейшим расчетам D 100 мм и S 0,00785 м².

4. Определяем массу песка, загружаемого в насос

M = V_к.нн= 2175 кг

5. Для обеспечения расчета расходов и давлений газа примем и рассчитаем следующие вспомогательные данные.

5.1. Исходя из конструктивной схемы трассы материалопровода пневмоустановки (см. чертеж) находим, что:

в трассе материалопровода 3 колена n_к 3 шт.

в трассу материалопровода встроено 7 шт. активаторов, на расстоянии от начала материалопровода, соответственно, до первого и седьмого: l₁ 0,4 м, l₂ 4,4 м, l₃ 10 м, l₄ 16 м, l₅ 28 м, l₆ 48 м, l₇ 78 м;

геометрическая длина байпасного воздуховода, начиная от цеховой сети сжатого воздуха L_б 90 м;

принимаем среднее поперечное сечение байпасного воздуховода, убывающего по диаметру в сторону последнего активатора, S_б (0,1-0,15)S 0,000785 м², что соответствует d_б 32 мм;

учитывая необходимость установки тройников в байпасном воздуховоде для отвода газа на активаторы и оборудования отводов ДУ 15 вентилями, найдем их приведенные длины в соответствии с (Каталог ВНИИГидропривод. Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления, М. 1986, табл. 15, с. 123)

l_пр= l_пр.тр.+ l_пр.вен= 2,6 + 6,5 9,1 мм

общая приведенная длина байпасного воздуховода

L_пр= L_б + l_пр 100 м.

5.2. Определяем порозность насыпного слоя песка



и по ее величине находим, что расчет плотностей плотной фазы следует производить по формулам



примем к дальнейшим расчетам средне-арифметическую плотность плотной фазы



5.3. Определяем коэффициент скольжения плотной фазы о стенки материалопровода



затем длины перемещаемых плотных поршней из песка



длины воздушных пробок между поршнями

l" 2l 6 м,

общую длину поршня и пробки

l" l + l" 9 м,

массу одного поршня

m lS 35 кг,

общее количество плотных поршней, транспортируемых за один цикл подачи песка

n M/m 62 шт.

5.4. Определим общее время, затрачиваемое на один цикл подачи



6. Принимая к дальнейшим расчетам условную плотность сжатого газа _св 3 кг/м³, сопротивление рукавного фильтра P_ф 300 кг/м² приемной емкости и коэффициент трения газа о стенки транспортного трубопровода _в 0,008 найдем следующее.

6.1. Норму расхода газа на одну тонну перемещаемого песка. Так как величина порозности песка _н 0,453, норму расхода рассчитываем по формуле



6.2. Общий расход газа через камерный насос и активаторы транспортного трубопровода



а через активаторы



6.3. Давление газа на выходе из камерного насоса



к дальнейшим расчетам, с учетом незначительных потерь принимаем

P_м 3,4 кг/см²



и удельные потери на 1 п. м материалопровода



6.4. Принимая ориентировочное давление газа в байпасном воздуховоде P_б.о= 4 кг/см², учитывая расход через него газа на активаторы Q_ак 1,434 м³/мин и его внутренний диаметр d_б 32 мм по (Каталог ВНИИГидропривод. Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления. М. 1986, монограмма, с.123) найдем удельные потери в байпасном воздуховоде



тогда общие потери давления в нем составят



6.5. Определим давление газа в точке отбора его на байпасный воздуховод, с учетом того, что l₂ 4,4 м (п. 5.1).

где P_ак= 0,1P_атм 1000 кг/м² потери давления в активаторах.

Принимаем к дальнейшим расчетам P_б 3,6 кг/см².

7. Расчет абсолютных рабочих давлений:

а) во внутренней полости материалопровода у мест встраивания в него активаторов



б) во внутренних полостях активаторов

N 1. P₁=P_y(L-0,5l₁)+P_ф+P_ак+ P_атм=3,4953 кг/см²

N 2. P₂=P_y(L-l₂+0,4l_1-2)+P_ф+ P_ак+ P_атм=3,4336 кг/см²

N 3. P₃=P_y(L-l₃+0,4l_1-2)+P_ф+ P_ак+P_атм=3,3009 кг/см²

N 4. P₄=P_y(L-l₄+0,4l_1-2)+P_ф+ P_ак+P_атм=3,1587 кг/см²

N 5. P₅=P_y(L-l₅+0,4l_1-2)+P_ф+ P_ак+P_атм=2,8743 кг/см²

N 6. P₆=P_y(L-l₆+0,4l_1-2)+P_ф+ P_ак+P_атм=2,4003 кг/см²

N 7. P₇=P_y(L-l₇+0,4l_1-2)+P_ф+ P_ак+P_атм=1,6893 кг/см²

где: l_1-2 расстояние между первым и вторым активаторами.

8. Для определения действительных расходов газа через каждый активатор, находим:

а) разницы давлений газа между давлениями газа в активаторах и во внутренних полостях материалопровода, у мест встраивания активаторов, из равенства



получаем





P₇= 0,1379 кг/см²

б) приближенные расходы газа через каждый активатор, по формуле из



где K_v 1 пропускная способность активатора.

Подставляя значения из пункта 7а и из пункта 8а в кг/см², получим приближенные значения расходов через активаторы



Находим поправку на расход газа через активаторы (см. п. 6.2)



С учетом поправки действительные расходы через каждый активатор найдем из равенства



и получим

Q₁ 12,14 нм³/час

Q₂ 14,35 нм³/час

Q₃=13,96 нм³/час

Q₄ 13,54 нм³/час

Q₅ 12,66 нм³/час

Q₆ 11,07 нм³/час

Q₇ 8,345 нм³/част