В статье представлено описание модернизации откачной системы пневмовакуумного разгрузчика ПВР-15 с увеличением его производительности с 15 до 30 тонн в час по цементу. При этом диаметр сечения всех трубопроводов остается постоянным. Произведен расчет системы пневмотранспорта с различным расположением заборного сопла и различных схем установки вихревой машины. Представлено краткое описание вихревых машин и целесообразность их использования в системе пневмотранспорта. Рассмотрена возможность использования отечественной машины ВВК 300/600 в данном пневмовакуумном разгрузчике. При расчете рассматривались различные варианты установки вихревых машин и установки дополнительных пневмокамерных питателей. По полученным данным был выбран наиболее рациональный вариант модернизации пневмовакуумного разгрузчика ПВР-15 до производительности 30 т/час.
Ключевые слова: пневмотранспорт, нагнетатель, пневмокамерный питатель, цемент, разгрузка
Keywords: Pneumatic transport, compressor, pneumatic feeder, cement, unloading.
Вихревые компрессорные машины обладают рядом отличительных свойств от других машин. Они совместили в себе как особенности машин динамического действия, а именно: надежность, длительный срок службы, безопасность, сухая проточная часть, так и особенности машин объемного действия: способность выдавать большие напоры при малых расходах. Вихревые машины просты по своей конструкции, а значит и дешевы в изготовлении. Безусловным плюсом этих машин является отсутствие явления помпажа, свойственное для центробежных машин. Ввиду этого наибольшее распространение вихревые агрегаты получили в системах пневмотранспорта сыпучих смесей, где часто бывают завалы на линии, при которых давление в системе резко возрастает. [4–10] На характеристике напора, представленной на рис.1 [2], мы видим, что при увеличении сопротивления сети, машина реагирует резким ростом создаваемого напора, что способствует проталкиванию завала.
Для более наглядного представления работы вихревых машин в системе пневмотранспорта, рассмтрим отечественную машину ВВК 300/600 в пневмовакуумном разгрузчике ПВР-15 Рис.2 с производительностью 15 т/час и проверим возможность увеличения производительности разгрузчика до 30 т/час. При этом рассмотрим несколько вариантов, наглядно приведенных в табл.1.
Рис. 2. Схема пневмовакуумного разгрузчика ПВР-15
Таблица 1
Варианты схем установки
|
№ |
Схема |
Описание схемы |
|
1 |
|
Верхняя загрузка. Машина на 30 т/час работает непрерывно на два пневмокамерных питателя. |
|
2 |
|
Нижняя загрузка. Машина на 30 т/час работает непрерывно на два пневмокамерных питателя. |
|
3 |
|
Нижняя загрузка. Машина на 60 т/час работает циклично на один пневмокамерный питатель. |
|
4 |
|
Нижняя загрузка. Две машины на 30 т/час, соединенные последовательно, работают на один пневмокамерный питатель. |
Расчет линии пневмотранспорта проводим по методике, приведенной в [1], [2], [3], для двух случев:
– верхней загрузки (Табл.1, вариант 1) — заборное сопло располагается сверху разгружаемой емкости;
– нижней загузки (Табл.1, варианты 2–4) — когда забороное сопло находится снизу емкости разгрузки.
Вариант 1. Верхняя загрузка (Рис. 3). Машина на 30 т/час, непрерывно работающая на два пневмокамерных питателя.
Пневмокамерный питатель — промежуточая емкость, в которую из пункта разгрузки помещается сыпучая смесь и из которой далее транспортируется потребителю.
Рис. 3. Схема верхней загрузки
Приведенная длина транспортирования:
,
где
-сумма длин горизонтальных участков
-сумма длин вертикальных участков
-сумма длин эквивалентных коленам
-сумма длин переключателям трубопровода
-коэффициент
Приведенная длина транспортирования 
Принимаю 
м, ввиду того, что данный параметр выполнен в готовой установке.
Скорость транспортирующего воздуха на впуске
Коэффициент, учитывающий крупность частиц 
=12
Удельный вес частиц груза 
=3.2
Коэффициент В для цемента
м/с
Весовая концентрация смеси
Определяется из опытной кривой зависимости
кг/кг
Внутренний диаметр труопровода
м.
Принимаю 
=0.125 м, т. к. это стандартное сечение трубы.
Потребный расход воздуха
м3/с
Потребное давление воздуха в начальной точке транспортного трубопровода
атм
Потребная производительность компрессора
Коэффициент, учитывающий неплотности в системе трубопроводов 
=1.1
м3/с
Степень повышения двления
Параметры нагнетателя, требуемые для разгрузки 30 т/час
м3/с
атм
По результатам расчетов, машина ВВК 300/600 может обеспечить требуемые параметры при непрерывной работе на разгрузке цемента 30 т/час.
Вариант 2. Нижняя загрузка (Рис. 4). Машина на 30 т/час, непрерывно работающая на два пневмокамерных питателя.
Рис. 4. Схема нижней загрузки
Расчет велся по методике, представленной в варианте 1.
Параметры нагнетателя, требуемые для разгрузки 30 т/час
м3/с
атм
По результатам расчетов, машина ВВК 300/600 может обеспечить требуемые параметры при непрерывной работе на разгрузке цемента 30 т/час. Сравнив результаты первого и второго вариантов, наиболее выгодно, с точки зрения энергозатрат, использовать нижнюю систему разгрузки, ввиду меньшей загруженности машины.
Для проверки экономичности проведем расчет схемы с установкой машины, работающей на один пневмокамерный питатель. В этом случае, машина должна обеспечить производительность 60 т/час
Вариант 3. Производительность машины 60 т/час, работающей на один пневмокамерный питатель.
Расчет велся по методике, представленной в варианте 1.
Параметры нагнетателя, требуемые для разгрузки 30 т/час
м3/с
атм
Компрессор ВВК 300/600 не сможет обеспечить данные параметры.
Для проверки экономичности проведем расчет схемы с установкой двух последовательно подключенных машин, работающих на один пневмокамерный питатель. В этом случае, расчетная производительность равна 60 т/час.
Вариант 4. Установка двух машин ВВК 300/600, соединенных последовательно и циклично работающих в вакуумном и на один пневмокамерный питатель.
При установке двух машин последовательно, требуемая производительность и нагрузка по давлению будут достаточными, чтобы работать циклично в вакуумном и компрессорном режимах непрерывно, но т. к. степень повышения давления при данном варианте достаточно высока, между машинами необходима установка холодильника, что приведет к дополнительным энегозатратам. Данный вариант экономически неприемлем.
Вывод: Таким образом, рассмотрев возможные варианты, наиболее эффективными являются два:
- Поставить одну непрерывно работающую машину ВВК 300/600, которая поочередно обеспечивает работу двух параллельно установленных пневмокамерных питателей.
- Поставить две последовательно соединенные машины ВВК 300/600, работающие на один пневмокамерный питатель.
Сравнивая эти два варианта по экономическим соображениям наиболее выгодным является первый, ввиду того, что для осуществления второго варианта необходима установки дорогостоящего теплообменника и покупка еще одной машины ВВК 300/600. Таким образом, наиболее целесообразно выполнить модернизацию пневмовакуумного разгрузчика ПВР-15 по схеме, приведенной в табл.1 (вариант2). При этом варианте потребуется установка дополнительного пневмокамерного питателя. Это более рационально, нежели установка еще одной машины и теплообменника. Таким образом, мы получили путь модернизации пневмовакуумного разгрузчика ПВР-15 до производительности 30 т/час.
Литература:
- Сегаль И. С. Методика расчета установок пневматического транспорта. — М.: Внииптмаш, 1962. — 131 с.
- Хмара В. Н. Теория и расчёт вихревых вакуумных компрессоров. — М.: МВТУ им. Н. Э. Баумана, 1988. — 44 с.
- Брус И. Д., Тураев Н. С. Расчет установок пневмотранспорта. Учебно-методические указания к проведению расчетной работы по курсу: «Процессы и аппараты химической технологии». — Томск, ТПУ, 2008. — 23 с.
- Евтуков С. А., Шапунов М. Н. Справочник по пневмокомплексам и пневмотранспортному оборудованию под редакцией Шапунова. — СПб.: ООО издательство «ДНК», 2005. — 456 с.
- Калинушкин М. П., Коппель М. А., Серяков В. С., Шапунов М. Н. Пневмотранспортное оборудование. Справочник. Л.: Машиностроение, 1986. — 286 с.
- Малес А. Я. Пневматический транспорт сыпучих материалов при высоких концентрациях. М. «Машиностроение», 1969. — 177 с.
- Погрузочно-разгрузочные машины и механизмы. Артемьев А. В., Воскресенский А. А. издательство «Речной транспорт». Москва. 1961. — 410 С.
- Сергеев В. Н., Хмара В. Н., Белотелова Л. Н., Радугин М. А., Волошин П. А., Оськин С. А., Исследование ступени вихревого нагнетателя с периферийно-боковым каналом и серповидными лопатками рабочего колеса. — М.:МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011
- Сергеев В. Н., Хмара В. Н., Белотелова Л. Н., Радугин М. А., Волошин П. А., Исследование влияния аэродинамической схемы проточной части вихревой ступени на ее эффективность. — М.:МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2012
- Сергеев В. Н., Хмара В. Н., Белотелова Л. Н., Радугин М. А., Волошин П. А., Экспериментальное исследование вихревой ступени с кольцевой заслонкой в зоне нагнетания. — М.:МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2012
