ПРАКТИКА. Пименов Владимир Борисович, кандидат технических наук, доцент кафедры технического сервиса Балаклейский С. П. Б 20 Синтез технологических машин методические указания

Название	Пименов Владимир Борисович, кандидат технических наук, доцент кафедры технического сервиса Балаклейский С. П. Б 20 Синтез технологических машин методические указания
Анкор	ПРАКТИКА.docx
Дата	23.11.2017
Размер	7.2 Mb.
Формат файла
Имя файла	ПРАКТИКА.docx
Тип	Методические указания #10386
страница	10 из 13

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Тема 12. Расчет транспортирующих труб (3 ч)

Общие сведения и устройство. Транспортирующие трубы предназначены для перемещения насыпных грузов. Их разделяют на винтовые и гладкостенные.

Винтовая транспортирующая труба 4 (рис. 12.1, а) имеет внутри винтовые спиральные лопасти 3 и опирается кольцевыми бандажами 2 на опорные ролики 8. Осевое смещение трубы предотвращается роликами6, взаимодействующими с торцевыми плоскостями кольцевых бандажей. Ролики установлены на раме 9. Трубу вращает привод 7. Транспортируемый материал подают в трубу через загрузочное устройство 1, где он перемещается к разгрузочному устройству 5, пересыпаясь под действием собственной силы тяжести по вращающимся винтовым желобам, образуемым спиральными лопастями3 и стенками трубы4.

Гладкостенные транспортирующие трубы (рис. 12.1, б) по конструктивному исполнению аналогичны винтовым, но не имеют внутри винтовых лопастей. При вращении трубы 4 груз постоянно пересыпается в плоскости ее вращения, в результате чего силы трения реализуются по касательным цилиндров вращения и груз приобретает свойства текучести и перемещается вдоль оси трубы при угле наклона всего 2...3°. Угол наклона обеспечивается наклоном самой трубы при большой длине транспортирования или углом естественного откоса груза в гладкостенных транспортирующих трубах малой длины.

$c:\users\beea</h2>1\appdata\local\temp\finereader10\media\image1.png$
Рисунок 12.1. Транспортирующие трубы: а — винтовая; б — гладкостенная

1, 5 — соответственно загрузочное и разгрузочное устройства; 2 — бандаж; 3 — лопасть; 4 — труба; 6 — ролики; 7— привод; 8 — опорный ролик; 9 — рама
Транспортирующие трубы применяют, главным образом, в качестве технологического оборудования поточного производства, на цементных заводах для обжига, сушки, смешивания сыпучих материалов и др. Насыпные грузы загружают в транспортирующую трубу обычно непосредственно из технологического агрегата при помощи лотков или самотечных труб, а разгружают высыпанием материала в конце пути, причем длина труб, достигающая 200... 250 м, нередко определяется временем технологического процесса, в течение которого груз должен находиться в трубе.

Преимуществами транспортирующих труб являются герметичность, простота конструкции, надежность, сочетание транспортных и технологических операций, широкий диапазон производительности и длины, а к недостаткам относят высокую стоимость, значительные размеры и массу, сложность промежуточной загрузки-разгрузки, особенно при соблюдении герметичности, высокая энергоемкость.
Расчет транспортирующих труб. В винтовой транспортирующей трубе за один оборот груз перемещается на один шаг винтовой лопасти
, (12.1)
гдеS — шаг винтовой линии лопастей, м;

S = 0,5D;

п — частота вращения трубы, мин^-1.
Для определения скорости транспортирования в гладкостенной трубе рассмотрим одиноко лежащую частицу на внутренней поверхности трубы, ось которой наклонена к горизонту под углом β (рис. 12.2).

Условием равновесия частицы является
mgsinβ = mgfcosβ.
При вращении трубы частица повернется вместе с ней на угол α (см. рис. 12.2, сечение А — А), приблизительно равный углу трения частицы о стенки трубы. Условие ее равновесия в этом положении
mgcosβsinα = mgfcosβcosβ.
$c:\users\beea</h2>1\appdata\local\temp\finereader10\media\image2.png$

Рисунок 12.2. Схема для определения скорости транспортирования в гладкостенной трубе:

D — диаметр трубы; со — угловая скорость; р — угол наклона трубы; а — угол поворота частицы с трубой; т — масса частицы;F— равнодействующая; 5 — угол подъема винтовой линии
В нормальном сечении трубы (см. рис. 12.2, сечение Б—Б) на частицу, лежащую на стенке трубы действует сила F под действием которой она описывает относительно внутренней стенки трубы винтовую линию с углом подъема δ:
. (12.2)
Полагая, что скорость движения частицы по поверхности трубы пропорциональна силам, имеем tgδ =v/v_ок_p. Выражая окружную скоростьv_ок_p трубы через диаметрD и угловую скорость ω, получим осевую скоростьv движения груза в трубе:
. (12.3)
Чтобы груз мог перемещаться по трубе, частота ее вращения не должна превышать некоторого критического числа n_кр, при котором груз под действием центробежной силы F_u не отрывается от трубы, а вращается вместе с нею. Для определения п_кр рассмотрим условие равновесия частицы, поднятой при вращении трубы на расчетный угол α (рис. 12.3, а). Скольжение частицы по стенке трубы прекратится в момент, когда сила трения ее о стенку трубы будет равной составляющей силы тяжести частицы, направленной по касательной:
.
$c:\users\beea</h2>1\appdata\local\temp\finereader10\media\image3.png$

Рисунок 12.3. Схемы для расчета транспортирующей трубы:

а — критической частоты вращения; 6 — мощности привода; D_к, D — диаметры колец и трубы; R — расчетный радиус; α, α₀ — углы поворота соответственно частицы с трубой и расположения опорных роликов; m — масса частицы; m_гр — масса груза в трубе; m_тр — масса трубы; n — частота вращения трубы; F_ц — центробежная сила; F_тр— сила трения груза о трубу; F_p — сила давления на ролик
Решая это уравнение относительноv_к_p, получим
(12.4)
гдеR — радиус вращения частицы.

Выражая критическую скоростьv_кр вращения трубы через диаметр D, м, трубы и критическую частоту п_кр вращенияv_кр= = πDn_кр/60_y а коэффициент трения частицы о стенку трубы f = tgφ, получим
(12.5)
На практике частота вращения трубы, мин^-1:
n = 20...30/. (12.6)
Производительность транспортирующих труб, т/ч:
Q = 3,6Avρ = , (12.7)
где ψ — коэффициент заполнения, ψ = 0,2...0,3.
Энергия, затрачиваемая на вращение трубы, расходуется на преодоление сопротивления вращению трубы на опорных роликах и на подъем и пересыпание груза внутри трубы. Считая приближенно нагрузку на опорные ролики одинаковой с обеих сторон, найдем силу давления на ролики (рис. 12.3, б):

, (12.8)
гдеm_тр — масса трубы, кг;

т_гр — масса груза в трубе, кг, т_гр =qL;

α₀ — половина центрального утла расположения опорных роликов.
Крутящий момент, необходимый для преодоления сопротивлений вращения опорных роликов:
(12.9)
где μ — коэффициент сопротивления качению бандажей трубы по роликам;

f₃ — коэффициент трения в цапфах катков;

d_ц, D_р,D_к— диаметры соответственно цапф роликов, роликов и колец, по которым труба катится по опорным роликам.

Крутящий момент, необходимый на пересыпание груза внутри трубы:
T₂ = m_грga, (12.10)
где а — расстояние от центра массы слоя груза до вертикальной оси трубы, а ≈ 0,25D.

Мощность привода транспортирующей трубы
,
где ω — угловая скорость вращения трубы, с^-1;

η₀ — КПД привода.
Контрольные вопросы

Как устроены винтовые конвейеры?

Какие достоинства и недостатки имеют винтовые конвейеры?

Чем отличаются принципы действия тихоходного и быстроходного винтовых конвейеров?

От чего зависит производительность винтового конвейера?

Из каких сопротивлений складывается общее сопротивление движению груза в винтовом конвейере?

Как устроены и работают транспортирующие трубы?

Тема 13. Расчет гидравлического транспорта (3 ч)
13.1 Назначение и общее устройство установок гидравлического транспорта
Установки гидравлического транспорта (рис. 13.1) служат для перемещения насыпного груза по трубам и желобам в струе жидкости (воды) [5]. Смесь груза с водой называется гидросмесь или пульпа. Принцип действия гидравлических транспортных установок заключается в передаче энергии движущейся воды частицам насыпного груза и перемещении их с большой скоростью.

Гидротранспортные установки разделяют на напорные и безнапорные. По желобам (каналам) пульпа перемещается самотеком в сторону движения. По трубопроводам пульпа перемещается самотеком или под напором с помощью насоса: в горизонтальном направлении, вниз или вверх.

Гидротранспорт применяется в котельных ТЭС (для уборки золы, шлака); на металлургических заводах (для уборки шлаков); в горной промышленности (подъем на поверхность угля, руды и подача в шахты закладочного материала); на обогатительных фабриках; в химической промышленности; в строительстве (перемещение размытого струей воды грунта).

Преимуществами гидротранспортных установок являются: компактность трубопроводов; герметичность; высокая производительность; большая длина транспортирования по сложной трассе; простота технического обслуживания; возможность создавать любую по очертаниям трассу; автоматизация процесса транспортирования; обеспечение загрузки и разгрузки в любой точке трассы.

Рисунок 13.1. Схемы гидротранспортных установок:

а – с пульпонасосом; б – с водяным насосом и питателем; в – самотечная;

1 – водопровод; 2 – пульпонасос; 3 – пульпопровод; 4 – насос для чистой воды;

5 – водоотделительный грохот; 6 – резервуар для пульпы; 7 – водяной насос; 8 – бункер с питателем; 9 – резервуар для воды; 10 – резервуар для пульпы; 11 – бункер для породы; 12 – смесительная воронка
К недостаткам относятся: ограничение ассортимента транспортируемых грузов (по гранулометрическому составу); повышенный износ трубопровода; увеличенный расход энергии; потребность в больших количествах воды и опасность ее замерзания в зимних условиях; повышенная влажность в закрытых помещениях.
13.2 Механическое оборудование установок гидравлического транспорта

Загрузочные устройства (питатели) служат для подачи насыпного груза в трубопровод, который находится под высоким давлением. Загрузочные устройства не должны при работе пропускать воду из трубопровода, по принципу действия выполняются камерными (наибольшее применение) и бескамерными.

Камерные питатели обеспечивают цикличную подачу груза, бескамерные – непрерывную. Цикл работы камерных питателей состоит из времени наполнения камеры, ее освобождения и маневрирования поочередно закрывающимися и открывающимися затворами. Управление затворами двух рядом стоящих секций камерных питателей выполняется таким образом, что в период, когда выпускная камера одной секции заполняется грузом, вторая разгружается в трубопровод [5].

Пульпонасосы используются центробежные и поршневые (при перемещении неабразивных грузов). Преимуществом поршневых насосов является создание высоких давлений; недостатками – быстрый износ, большие габаритные размеры, пульсирующее действие, способствующее выпадению частиц твердых фракций в трубопровод. По конструкции и принципу действия центробежные насосы почти не отличаются от насосов для воды.

Используются одноступенчатые (основной тип), двух- и многоступенчатые насосы (достаточно редкое применение).

Основные требования, предъявляемые к пульпонасосам: транспортирование крупных (до 100 мм) кусков груза; высокая износостойкость; удобство обслуживания и ремонта. Для увеличения срока службы быстроизнашивающихся элементов пульпонасосов применяют специальные стали и материалы, армирование навулканизированной резиной.
13.3 Расчет гидротранспортных установок
Исходными данными для расчета являются:

объемная или массовая производительность;

характеристика груза;

длина и конфигурация трубопровода.

По заданным исходным данным определяют основные параметры, обеспечивающие устойчивый режим транспортирования груза: скорость движения несущей среды (воды); необходимое количество воды; диаметр трубопровода; сопротивления движению смеси на различных участках трубопровода и напор или давление для их преодоления; мощность двигателя насосного агрегата.

При определении скорости, напора или давления несущей среды основными параметрами являются крупность частиц и плотность груза. Группы крупности насыпных грузов:

кусковые (а > 40 мм);

крупнозернистые (а = 6–40 мм);

мелкозернистые (а = 2–6 мм);

грубодисперсные (а = 0,15–2 мм);

тонкодисперсные (а < 0,15 мм).

Расчет для тонкодисперсных, грубодисперсных и кусковых грузов имеет существенные отличия.
13.3.1 Расчет установок напорного гидротранспорта
При расчете гидроустановок для тонкодисперсных грузов критическая скорость [5]
, (13.1)
где n = 1 – 1,5 – эмпирический коэффициент, учитывающий влияние степени перемешивания смеси;

а = (ρ_s – ρ_в) / ρ_в – соотношение плотностей частиц груза и несущей среды.

Концентрация тонкодисперсных грузов составляет s = 0,2–0,5. Выбранный диаметр трубы проверяют по условию
u = 4V_г / (3600 π D²) ≥ u_кр, (13.2)
где V_г – расход гидросмеси, м³/ч;

D – диаметр трубы, м;

u – скорость транспортирования, м/с.

Удельные потери напора (м/м) при движении смеси
H´ = k₁ H₀ (1 + as), (13.3)
где k₁ = 1,1–1,5 – коэффициент, учитывающий степень перемешивания смеси;

Н₀ – удельные потери напора при движении чистой воды со скоростью, равной скорости гидросмеси, м/м;
H₀ = ξ u² / (Dg), (13.4)
где ξ – коэффициент гидравлических сопротивлений.

Если трубопровод имеет вертикальные участки высотой L_п, то потребный напор для него больше на величину статического напора при подъеме Н_п. При движении смеси вниз он на столько же меньше, поэтому H_п = ± L_п .

Дополнительные потери в трубопроводе составляют около 5%.

При расчете гидроустановок для транспортирования кусковых грузов критическая скорость
, (13.5)
где С₁ = 8,5–9,5 – эмпирический коэффициент;

f – обобщенный коэффициент трения груза о нижнюю стенку трубы.

Удельные потери напора при движении гидросмеси
H´ = H₀ + fas. (13.6)
Для предотвращения скопления груза в трубопроводе максимальный размер кусков груза должен быть не более 1/3 диаметра трубы, концентрация должна составлять s = 0,2– 0,25.

При расчете гидроустановок для транспортирования грубодисперсных грузов по полному расчетному напору Н_р (м) и производительности V (м³/ч) выбирают насосный агрегат и рассчитывают необходимую мощность двигателя
, (13.7)
где k_з =1,1–1,2 – коэффициент запаса;

η = 0,7–0,9 – кпд насосного агрегата.
Н_р = Н_п + Н_м , (13.8)
где Н_п – статический напор при подъеме;

Н_м – дополнительные местные потери.
13.3.2 Расчет установок самотечного гидротранспорта
При расчете самотечных установок гидротранспорта и трубопроводного транспорта определяют параметры потока, необходимый уклон и поперечные размеры желоба (трубы).

Основная формула для расчета (формула Шези) [6]
или , (13.9)
где С – коэффициент Шези, зависящий от шероховатости поверхности и гидравлического радиуса R
R = D / 4, (13.10)
где D – диаметр желоба.

Для открытого желоба прямоугольного сечения шириной В при глубине потока h гидравлический радиус
. (13.11)
Значения минимальных уклонов i пульпопровода зависят от вида и кусковатости транспортируемых грузов и внутренних поверхностей каналов и находятся в пределах 0,015–0,0625.

При расчете по заданному объему перемещаемого груза V´ (м³/ч) и коэффициенту разрыхления k_р > 1 определяют расчетный объем V = V´ / k_р; затем выбирают скорость гидросмеси v, геометрические размеры сечения желоба и его гидравлический радиус R.

В зависимости от относительной шероховатости пульпопровода определяют коэффициент С и необходимый уклон i желоба, который обычно зависит от рельефа местности. При большом уклоне рекомендуется использовать желоба с повышенной шероховатостью.

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 13