close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Определение потерь давления в установке пневматического транспорта материалов..pdf

код для вставкиСкачать
Механика и машиностроение
УДК 621.5+621.22
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ В УСТАНОВКЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА
МАТЕРИАЛОВ
© А.В. Гавриленко1
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова,
308012, Россия, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.
В статье рассмотрены участки, на которых происходят потери давления. Имеются в виду потери давления, возникающие при движении чистого воздуха, дополнительные потери давления, возникающие при движении материала, потери давления на поддержание транспортируемого материала во взвешенном состоянии на вертикальном участке и потери давления на разгон транспортируемых частиц при вовлечении их в транспортный трубопровод. Определены основные выражения по их расчету. Описаны и определены зависимости коэффициентов
сопротивления, существенно влияющих на процессы движения двухфазных сред в различных участках трубопровода. Выведена общая формула по расчету потерь давления.
Ключевые слова: пневмокамерный насос; псевдоожижение; двухфазная среда; расход воздуха; потери
давления.
PRESSURE LOSSES DETERMINATION IN MATERIAL PNEUMATIC TRANSPORT INSTALLATION
A.V. Gavrilenko
Belgorod State Shukhov Technological University,
46 Kostyukov St., Belgorod, 308012, Russia.
The article describes the sections where pressure losses occur. The latter include the pressure losses arising from clean
air movement, the additional ones arising from material movement, the ones resulting from the maintaining of the tran sported material suspended in the vertical section, and the ones caused by the acceleration of the particles transported
with their involvement in the transfer pipeline. The basic expressions for their calculation are identified. Dependencies of
drag coefficients that have a significant effect on two-phase media motion in different parts of the pipeline are described
and determined. A general formula for pressure losses calculation is derived.
Keywords: pneumatic chamber pump; fluidization; two-phase medium; air flow rate; pressure losses.
Преимуществом пневматического транспорта по
сравнению с другими видами является то, что его нетрудно приспособить к местным условиям производства: на одной и той же трассе можно переправлять
материал горизонтально, вертикально и под углом.
К его основным недостаткам относят большой расход
сжатого воздуха и потери давления.
При пневматическом транспортировании сжатый
воздух должен преодолевать собственное сопротивление, сопротивление материала в трубопроводе и
сопротивление элементов транспортной системы.
Вследствие этого происходит падение давления в
направлении течения транспортирующего газа, которое должна преодолевать соответствующая воздуходувная машина [9].
Потери давления происходят и при расширении
газа, и при других местных сопротивлениях трубопровода. Все эти сопротивления приходится преодолевать транспортирующей среде [8].
Общая потеря давления в трубопроводе установки пневматического транспорта определяется по
формуле
Р  Р  Р 
В
М
Р  Р , Па,
П
Р
(1)
РВ – потери давления, возникающие при движении чистого воздуха, Па; РМ – дополнительные погде
тери давления, возникающие при движении материала, Па; РП – потери давления на поддержание
транспортируемого материала во взвешенном состоянии на вертикальном участке, Па; РР – потери давления на разгон транспортируемых частиц при вовлечении их в транспортный трубопровод, Па [8].
Потери давления при движении чистого (незапыленного) воздуха – ( РВ )
Потери давления, возникающие при движении
транспортирующей среды (чистого воздуха), рассматриваются многими авторами. В большинстве случаев
применима следующая формула. Результаты вычислений с ее помощью близки с данными, полученными
экспериментальным путем.
РВ  
L v2
В ,
D
2
(2)
где  – коэффициент трения при движении воздуха в
трубопроводе; L – длина трубопровода, м; D – внут-
___________________________
1
Гавриленко Андрей Владимирович, аспирант, инженер кафедры механического оборудования, тел.: 89087843476,
e-mail: GawrilenkoAW18@yandex.ru
Gavrilenko Andrei, Postgraduate, Engineer of the Department of Mechanical Equipment, tel.: 89087843476,
e-mail: GawrilenkoAW18@yandex.ru
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (99) 2015
23
Механика и машиностроение
ренний диаметр трубопровода, м;
В
– плотность
РВ  В 
3
транспортирующей среды, кг/м ; v – средняя скорость
транспортирующей среды, м/с.
Результаты формулы входят в общую зависимость, определяющую потери давления при транспортировании материала в горизонтальном трубопроводе, которая прямо пропорциональна коэффициенту
Гастерштадта К.
По экспериментальным данным некоторых авторов, коэффициент Гастерштадта К для каждого материала может меняться в определенном диапазоне
даже при низких концентрациях материала в смеси.
Исходя из некоторых данных, полученных опытным путем, были выведены зависимости по определению коэффициента Гастерштадта. Так, например,
Страхович К.И. [3] указывает на обратную пропорциональность коэффициента Гастерштадта К от диаметра транспортного тракта D в выражении
1,1
 20   0, 2 
K  0,33     

 v   D 
.
1,23
где
 dWs В  1

 0,65 ,
   Re
транспортирования, м;
–
3
масса воздуха, кг/м .
ществляется по обобщенной формуле

Коэффициент сопротивления В для стальных
труб определяется в зависимости от отношения диаметра трубы к величине шероховатости при различных числах Рейнольдса.
Для гладких труб коэффициент сопротивления
определяется выражением
В 
0,3164
,
Re0,25
(6)
где Re – число Рейнольдса, определяемое в зависимости от характеристик движения воздуха.
Для учета потерь давления, вызываемых местными сопротивлениями, определяем величины местного
сопротивления по формуле
РМС
vВ2   В
 
,
2g
(7)
где  – коэффициент сопротивления, зависящий от
углов изгиба трубопровода.
  0  А  В,
коэффициент ди-
намической вязкости, Па⋅с; Re – число Рейнольдса.
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 К не имеет определенного геометрического смысла, а встречающиеся в литературе зависимости для его определения были получены путем обобщения экспериментальных данных. Вся сложность по
расчету потерь давления приходится на определение
коэффициента Гастерштадта К, 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.
Таким образом, расчет потерь давления при движении чистого (незапыленного) воздуха РВ осу-
dТ – диаметр трубопровода, м;
vВ – скорость движения воздуха, м/с;  В – объемная
Ws – скорость витания частиц материала, м/с; d –
диаметр частиц материала, м;
24
сит от числа Рейнольдса и от состояния внутренней
поверхности трубопровода; Lпр – приведенная длина
(3)
(4)
(5)
В – коэффициент сопротивления, который зави-
0,03
Числовое значение коэффициента Гастерштадта
при этом составляет 1,253 и 0,213 в начальном и конечном сечении транспортирующего тракта соответственно.
По исследованиям Дзядзио А.М. [5], коэффициент
Гастерштадта К прямо пропорционален диаметру
транспортного тракта D и определяется выражением
D
K  0, 019   
d
где
Lпр vВ2   В

,
dТ
2g
где
0 –
(8)
табличный коэффициент; А – коэффициент,
определяемый из таблицы в зависимости от числа
Рейнольдса; В – коэффициент, определяемый в зависимости от угла поворота трубопровода.
Приведенная длина транспортирования определяется из выражения
Lпр  lг  lв  lэмс , м,
(9)
lг – сумма длин горизонтальных участков, м;
lв – сумма длин вертикальных участков, м; lэмс –
где
сумма длин элементов местных сопротивлений, м.
Дополнительные потери давления на движение материала – ( РМ )
Дополнительные потери давления [10], возникающие при движении материала в потоке воздуха по
трубопроводу, определяются по формуле
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (99) 2015
ISSN 1814-3520
Механика и машиностроение
РМ  М   
где
Lпр vВ2   В
,
dТ 2 g
(10)
М – коэффициент сопротивления, в данном слу-
чае зависящий в первую очередь не от числа Рейнольдса, а от числа Фруда [4].
Число Фруда – это безразмерная величина, характеризующаяся соотношением между силами инерции
и силами тяжести в движущемся потоке.
Число Фруда определяется по формуле
Fr 
vВ
.
dт  g
где
Q
РП  Н   В   ,
(11)
Весовая концентрация смеси  (кг/кг) воздуха с
транспортируемым материалом определяется как отношение производительности установки к весовому
расходу воздуха, обеспечивающему это транспортирование:

ния добавлять давление, создаваемое весом столба
материала, или равные ему потери давления с целью
поддержания транспортируемого материала во взвешенном состоянии на вертикальном участке.
Существуют выражения, которые справедливы
для материалов с весьма узким гранулометрическим
составом с мелкими частицами, у которых скорость
витания намного меньше скорости транспортирующего воздуха. Скорость движения крупных частиц в вертикальном трубопроводе всегда меньше скорости
транспортирующего воздуха.
Эти потери вычисляются по формуле
Q
, кг / кг,
 В VВ  3, 6
(12)
где Н – высота подъема материала, м.
Это выражение действует для материалов с мелкими частицами (цемент, угольная пыль, мука), у которых скорость витания намного меньше скорости
транспортирующего воздуха. Скорость движения
крупных частиц в трубопроводе всегда меньше скорости транспортирующего воздуха. Скорость движения
мелких частиц определяется по формуле
vМ  vВ  vК , м / с.
– весовая производительность транспортиру-
ющей машины, т/ч;
VВ – расход воздуха, м3/сек.
Значение концентрации смеси в зависимости от
схемы транспортного трубопровода, типа загрузочного
устройства и рода материала в насосных установках
выбирают по приведенной длине транспортирования Lпр .
Некоторые исследователи потери давления при
взаимодействии частиц материала между собой выделяют в отдельную группу. Вельшоф Г. [3] привел
несколько выражений для расчета потерь давления
при взаимодействии частиц материала между собой.
Одни из них пропорциональны коэффициенту трения
и силам, действующим внутри насыпной массы материала. У многих материалов внутреннее трение всегда превосходило трение о стенки трубопровода, поэтому материал скользил по стенкам трубопровода,
представляя собой компактную массу. Некоторые исследователи утверждают, что при пневмотранспорте
сыпучих материалов особое влияние на характер взаимодействия частиц между собой имеет вращение
частиц материала. Также в работах рассматривалось
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.
Потери давления на вертикальном участке –
 РП  .
При движении смесей по вертикальным и наклонным трубопроводам следует к общим потерям давле-
ISSN 1814-3520
(13)
(14)
Тогда формула определения потерь давления
примет вид
РП 
QМ
Н 
vМ  FТ
vВ
 Н  В   
,
vВ  vК
(15)
где
FТ – площадь поперечного сечения трубопровода,
2
м ; vВ – скорость движения воздуха, м/с; vК – скорость движения крупных частиц, м/с.
Олейник В.Н. [6] предложил зависимость для
определения потерь давления на поддержание транспортируемого материала во взвешенном состоянии на
вертикальном участке, учитывающую взаимодействие
частиц материала со стенками вертикального трубопровода:
РП 
2
H
 В  f    d 3  v  ,
3
D
(16)
где
f – плотность ударов частиц о стенку трубопро2
-1
вода, (м ⋅с) ; v – изменение продольной скорости
частицы при ударе о стенку, м/с.
Потери давления на разгон транспортируемых
частиц при вовлечении их в транспортный трубопровод – ( РР ).
Потери давления на сообщение скорости частицам транспортируемого материала имеют место у
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (99) 2015
25
Механика и машиностроение
загрузочных устройств, шлюзовых затворов, камерных
насосов и других устройств ввода материала в трубопровод. Потери давления на разгон транспортируемых
частиц РР обусловлены разностью между полной
потерей давления на разгонном участке и потерей
давления при транспортировании частиц в установившемся режиме движения пылевоздушной смеси.
Разумов И.М. рассмотрел в своей работе [7] зависимость этих параметров и пришел к выражению
РР 
GТ  vКОН  vНАЧ 
,
F
(17)
где
vКОН , vНАЧ – конечная и начальная скорости частицы соответственно, м/с; GТ – производительность
пневмотранспортной установки, кг/с; F – площадь
2
сечения трубопровода, м .
Структура формулы для определения потери
напора на участке сообщения скорости частицам материала может быть теоретически определена, если
применить теорему об изменении количества движения к участку потока смеси, ограниченного сечениями,
совпадающими с началом и концом разгонного участка, граничные условия в которых известны [1, 2].
Оценка дополнительной потери давления на разгонном участке РР определяется по формуле
РР   Р   
где
Р –
vВ2   В
,
2g
(18)
коэффициент сопротивления разгонного
участка.
Значения коэффициента сопротивления колеблются в относительно узких пределах,  Р  1  2,1 .
Из анализа результатов экспериментальных работ
следует, что [8]:
– при вертикальных участках трубопроводов коэффициент сопротивления следует увеличить на 1520%;
– коэффициент сопротивления существенно не
зависит от изменения скорости воздушного потока;
– увеличение диаметра частиц влияет на уменьшение коэффициента сопротивления, так как значение конечной скорости частиц при этом уменьшается;
– с увеличением диаметра трубопровода этот коэффициент увеличивается.
В итоге, просуммировав все составляющие формулы Р по определению общей потери давления,
получим выражение
Lпр vВ2   В
Lпр vВ2   В
Р  В 

 М   

dТ
2g
dТ 2 g
vВ
v2  
Н  В   
 Р    В В .
vВ  v К
2g
(19)
Можно сделать вывод, что общая потеря давления в трубопроводе пневмокамерного насоса складывается: из потерь давления, возникающих при движении чистого воздуха; дополнительных потерь давления, возникающих при движении материала; потерь
давления на поддержание транспортируемого материала во взвешенном состоянии на вертикальном
участке; потерь давления на разгон транспортируемых
частиц при вовлечении их в транспортный трубопровод; причем, она прямо пропорциональна объемной
массе воздуха, скорости его движения и весовой концентрации материала в смеси.
Статья поступила 2.03.2015 г.
Библиографический список
1. Артыков Н.А. Пневмотранспорт легкоповреждаемых
ствии твердых частиц со стенкой вертикального канала //
материалов. Ташкент: Фан, 1984. 152 с.
Инженерно-физический журнал. 1992. № 3. Т. 63.
2. Василевский М.В., Романдин В.И., Зыков Е.Г. ТранспорС. 333–338.
тировка и осаждение частиц в технологиях переработки
7. Разумов И.М. Псевдоожижение и пневмотранспорт сыдисперсных материалов: монография. Томск: Изд-во Томпучих материалов. М.: Химия, 1972. 238 с.
ского политехнического университета, 2013. 288 с.
8. Труды всесоюзного научно-исследовательского инсти3. Вдовенко О.П. Пневматический транспорт на предприятута
подъемно-транспортного
машиностроения
тиях химической промышленности. М.: Машиностроение,
ВНИИПТМАШ. Методика расчета установок пневматическо1986. 136 с.
го транспорта. Под редакцией Сегаль И.С. Москва. 1962.
4. Вельшоф Г. Пневматический транспорт при высоких
131 с.
концентрациях перемещаемого материала. М.: Колос, 1964.
9. Урбан Я. Пневматический транспорт. М.: Машинострое156 с.
ние, 1967. 253 с.
5. Дзядзио A.M. Пневматический транспорт на зернопере10. Шишкин С.Ф., Гаврилюк Д.Н. Расчет высоконапорного
рабатывающих предприятиях. М.: Заготиздат, 1961. 327 с.
пневмотранспорта // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2009.
6. Олейник В.Н., Овсиенко П.В., Крупник Л.И., Айнштейн
№ 3. С. 114–117.
В.Г. Потери энергии в двухфазном потоке при взаимодей-
26
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (99) 2015
ISSN 1814-3520
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
22
Размер файла
3 297 Кб
Теги
пневматические, потерь, pdf, материалы, давления, транспорт, определение, установке
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа