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.
• Имя файла: ПРАКТИКА.docx
• Тип: Методические указания; #10386
• страница: 11 из 13

Тема 14. Расчет пневматического транспорта (3 ч)
14.1 Назначение и общее устройство установок пневматического транспорта
Установки пневматического транспорта служат для перемещения насыпных и штучных грузов по трубам или желобам в струе сжатого или разреженного воздуха [5]. Установки для насыпных грузов перемещают пылевидные, порошкообразные, зернистые и кусковые материалы, а установки для штучных грузов предназначены для транспортирования по трубам отправлений (пневмопочта), производственной документации и мелких грузов, уложенных в патроны. Движение воздуха в трубопроводе создается нагнетательными или вакуумными насосами.

Установки, транспортирующие насыпной груз во взвешенном состоянии в потоке воздуха, разделяют на всасывающие (вакуумные), нагнетательные (напорные) и комбинированные (рис. 14.1).

Всасывающие установки используются там, где требуется забирать насыпной груз из нескольких пунктов и передавать его в один приемный пункт, например, при выгрузке зерна из барж в приемный склад (несколько сопл засасывают зерно сразу из многих отсеков трюма). Во всасывающих установках грузы перемещаются под действием разреженного воздуха, груз поступает в трубопровод через всасывающее сопло, а в конечном пункте шлюзуется из камеры с разреженным воздухом во внешнее пространство. Машинная часть всасывающих установок (воздушный насос и отделительное устройство) расположена с той стороны трубопровода, в которую происходит транспортирование груза.

Нагнетательные установки удобны в тех случаях, когда груз, получаемый из одного пункта, необходимо распределить по нескольким приемным точкам. В нагнетательных установках груз перемещается в струе сжатого воздуха. Груз поступает в трубопровод с помощью питателей в находящийся под давлением трубопровод, при этом «переносная» способность струи выше, чем во всасывающих установках из-за перепада давления и большей скорости струи. Нагнетательные установки применяются для трудно перемещаемых грузов, при транспортировании на большие расстояния или на подъем. Машинная часть расположена с той стороны трубопровода, от которой происходит транспортирование груза.

Пневмоустановка комбинированного типа забирает груз из нескольких загрузочных мест и подает одновременно в несколько приемных пунктов. Грузы перемещаются под действием разреженного воздуха и в струе сжатого воздуха. Машинная часть расположена в промежуточной точке трубопровода. Пневмоустановки комбинированного типа наиболее удобны для разветвления трубопроводов с обеих сторон.

Рисунок 14.1. Схемы пневмотранспортных установок:

а – всасывающей; б и в – нагнетательных высокого давления; г – всасывающе-нагнетательной; 1, 15 – сопло; 2, 8, 13, 16, 19 – трубопровод; 3 – приемный резервуар-отделитель; 4 – пылеуловительный циклон; 5, 18 – шлюзовые затворы; 6, 20 – воздуходувная машина; 7 – камерный питатель; 9 – переключатель; 10 – фильтр; 11 – бункер; 12 – питатель; 14, 17 – отделитель
Движущаяся по трубопроводу с большой скоростью струя воздуха образует с мелкофракционным грузом достаточно однородную аэросмесь, заполняющую сечение трубопровода. Частицы груза перемещаются скачкообразно во взвешенном состоянии и скольжением по нижней стенке трубы [6].

Пневмотранспортные установки для насыпных грузов по принципу действия разделяют на транспортирующие груз в потоке воздуха во взвешенном состоянии и транспортирующие груз методом аэрации, т. е. насыщения воздухом сыпучего тела, приобретающего при этом свойства жидкости и текущего по наклонному желобу под действием силы тяжести [5].

В качестве воздуходувного оборудования в нагнетательных системах используют компрессоры, воздуходувки и вентиляторы, в вакуумных (всасывающих) – вакуум-насосы и вентиляторы.

Пневмотранспорт широко используется в строительстве, сельском хозяйстве, различных отраслях промышленности, при проведении перегрузочных операций на железнодорожном транспорте, в морских и речных портах, на транспортных перегрузочных узлах комплексах.

Установки пневматического транспорта предназначены для перемещения цемента, мелко- и среднекускового угля, измельченной породы, зерна, соли и других сухих порошкообразных и мелкокусковых грузов.

Основными параметрами пневмотранспортных установок являются: производительность – до 100 т/ч и длина транспортирования от 100 м до нескольких километров.

К преимуществам относятся компактность и герметичность системы; отсутствие потерь груза; сложная конфигурация трассы; высокая надежность; удобство и простота технического обслуживания из-за сосредоточения основного оборудования в одном месте; обеспечение разветвленных грузопотоков; возможность сопряжения с технологическим процессом. Недостатками являются высокая энергоемкость; интенсивное изнашивание трубопроводов (особенно на участках поворотов); ограничение ассортимента транспортируемых грузов.
14.2 Механическое оборудование установок пневматического транспорта
Загрузочные устройства (питатели) служат для подачи насыпных грузов в нагнетательный трубопровод. Используются камерные и бескамерные питатели. Камерные питатели выполняются одно- и двухкамерными. У однокамерного питателя, работающего с подачей воздуха вверх, транспортный трубопровод вертикально по оси камеры. В нижней конической части камеры расположены пористые плитки, через которые проходит сжатый воздух, аэрируя нижние слои лежащего в камере груза. Аэрированный материал под давлением воздуха поступает в трубопровод и движется по нему вверх. Камерные питатели не имеют вращающихся в сыпучей среде деталей и поэтому могут применяться при транспортировании абразивных материалов [5].

Отделители служат для отделения насыпного груза от аэросмеси и располагаются в конечном пункте, а в комбинированных системах и в промежуточных пунктах установки.

Отделители представляют собой резервуар, в котором скорость струи воздуха резко уменьшается, груз выпадает из струи, собирается на дне резервуара и выпускается через затвор. Для более эффективного отделения частиц груза внутри резервуара устанавливают направляющие поверхности из листовой стали, ударяясь о которые, струя аэросмеси изменяет свое направление. Способствуя выпадению из нее частиц груза.

Воздуходувные машины выполняют центробежными или поршневыми в зависимости от давления и условий работы.

Центробежные машины разделяют на вентиляторы и турбомашины; поршневые машины представляют собой с вращательным движением рабочего органа (ротационные) и с возвратно-поступательным движением поршня. Действие центробежных машин основано на центробежном принципе, при котором кинетическая энергия струи воздуха превращается в потенциальную энергию давления.

14.3 Расчет пневмотранспортных 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 (воздуха); необходимое количество воды или воздуха; диаметр трубопровода; сопротивления движению смеси на различных участках трубопровода и напор или давление для их преодоления; мощность двигателя насосного или воздуходувного агрегата.

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

Исходные данные:

производительность Q (т/ч) или V (м³/ч);

длина и конфигурация трубопровода;

физико-механические свойства транспортируемого груза.

В системах пневмотранспорта массовая концентрация аэросмеси в зависимости от характеристики транспортируемого груза и конфигурации трассы трубопровода достигает μ = 8–25, при транспортировании аэрированными потоками μ = 60–150.

Для предупреждения завалов должна учитываться крупность частиц груза и выполняться условие
D ≥ 3 а, (14.1)
где а – размер типичных частиц груза.

Скорость воздуха в трубопроводе как в системе всасывания так и в системе нагнетания возрастает от начального пункта к конечному, поэтому расчет проводится по начальному участку трубопровода.

Критическая скорость
, (14.2)
где С₂ = 0,1 – 0,35 – коэффициент, зависящий от физико-механических свойств груза.

При этом необходимо выполнение условия u ≥ u_кр .

Потери давления в трубопроводе возникают из-за сопротивления движению аэросмеси по горизонтальным участкам, на закруглениях поворотных участков, инерционные потери р_д, при подъеме на вертикальных или наклонных участках р_п, в загрузочном устройстве р_м.

Полное давление в транспортной системе
р = р_н + р_д + р_п + р_м. (14.3)
Расход воздуха (для одной установки)
V´_в = k₂ V₀, (14.4)
где k₂ = 1,1–1,15 – коэффициент, учитывающий потери воздуха в воздухопроводе;

V₀ – необходимый расход воздуха, м³/с.

Необходимая мощность двигателя
, (14.5)
где L_м – теоретическая работа воздуходувной машины;

η = 0,65–0,85 – кпд воздуходувной машины.

Тема 15. Расчет и выбор грузоподъемного оборудования и такелажной оснастки (4 ч)
15.1 Стальные канаты

Особенности применения, типы и конструкции.

Грузовые канаты для оснастки монтажных лебедок и полиспастов, подвергаемые перегибам на барабанах и блоках, должны обладать высокой прочностью и гибкостью. Этим требованиям в наибольшей мере отвечают стальные канаты <гипа ЛК-РО конструкции 6x36 + 1 о. с. (ГОСТ 7668—80*). Ш ОСТ 36-73—82 на стальные канаты такелажных средств канаты этого типа рекомендуются и для изготовления стропов. Строповые канаты для обвязки, подвергаемые перегибам на значительно меньших радиусах по сравнению с грузовыми, должны обладать еще большей гибкостью. Этим характеризуются особо мягкие канаты тройной свивки типа ЛК-Р (6x7x19 + 1 о. с.) по ГОСТ 3089—80*, которые пока не получили широкого применения для указанных целей и не предусмотрены ОСТ 36-73—82. Для изготовления одно- и многоветвевых нерегулируемых по длине под нагрузкой расчалок¹ оттяжек и тяг по ОСТ 36-73—82 рекомендуются стальные канаты типа ЛК-РО (6x36) (ГОСТ 7669—80*) и типа ЛК-Р (конструкции 6x19 + 1 о. с.) (ГОСТ 2688—80*).

Значительное уменьшение габаритов и массы такелажных средств (лебедок, блоков и др.) делает возможным применение перспективных конструкций стальных канатов из высокопрочной проволоки с маркировочной группой 2500—3000 МПа, с обжатыми прядями, упрочненных предварительным растяжением, с металлическим или комбинированным сердечником из проволочных прядей и органического заполнения.

Расчет канатов такелажных средств и их выбор. Такелажные средства, в отличие от грузоподъемных кранов, используют относительно редко и кратковременно. Во многих случаях их канаты имеют одноразовое использование. Поэтому их выбирают с меньшими запасами прочности и допускают значительно меньшие радиусы их перегиба.

Стальные проволочные канаты такелажных средств выбирают по расчетному разрывному усилию (кН), определяемому по формуле (ОСТ 36-73—82)
R_т = SK_З, (15.1)
где S — наибольшее растягивающее усилие в ветви или витке² каната с учетом КПД и неравномерности распределения нагрузки при совместной работе нескольких такелажных средств (например, полиспастов);

К_З — коэффициент запаса прочности (табл. 15.1).

Стальные канаты такелажных средств выбирают по признакам, указанным в ГОСТ 3241—80* с учетом соответствующих ограничений по ОСТ 36-73—82: нераскручивающиеся (Н); крестовой свивки; марки В или I; без покрытия или с покрытиями — Ж при-использовании в речной или морской воде и С — при использовании в средних агрессивных условиях работы; по маркировочной группе 1568 МПа и более" (предпочтительно 1764 МПа) [7, прил. I ].
Таблица 15.1

Коэффициенты запаса прочности канатов такелажных средств (ОСТ 36-73—82)


Крепление к оборудованию и соединение (сращивание) канатов.

Применявшийся ранее способ крепления канатов к поднимаемым грузам и соединения их между собой завязыванием узлов и петель в настоящее время используют редко, так как канат при этом сильно деформируется, что на 30—60% снижает его расчетную прочность в месте соединения. Соединение прямых концов одинаковых по конструкции и диаметру канатов и образование петель на концах осуществляют сплетением (счаливанием).

Однако и этот способ из-за большой трудоемкости вытесняется соединением инвентарными зажимами (рис. 15.1, а—г) а также с помощью обжимных втулок (рис. 15.1, ж). Болты зажима затягивают так, чтобы поперечник каната составлял 0,6 его первоначального диаметра. Неправильная установка зажимов (рис. 15.1, д) и плохое их затягивание могут привести к аварии. При больших усилиях в канате и необходимости часто изменять его длину целесообразно применять клиновые зажимы (рис. 15.1, е).

Канаты диаметром до 35 мм сращивают и образуют на них петли с помощью втулок (гильз) из алюминиевого сплава, опрессовываемых в специальных приспособлениях — опрессовочных головках. Применение этого способа снижает трудоемкость и стоимость работ в 5—6 раз по сравнению с заплеткой. При такелажных работах стальные канаты (расчалки) натягивают винтовыми стяжками (рис. 2.15).



Рисунок 15.1. Образование петель и сращивание канатов инвентарными зажимами, опрессовкой и соединительными планками;

а — кованый зажим; б — зажим с планкой; в — литой рожковый зажим; г правильное расположение зажимов; д — неправильное расположение зажимов; е — клиновой зажим; ж — заделка коуша опрессовкой;з — соединение планками


Рисунок 2.15. Винтовая стяжка:

I — правая резьба; II — левая резьба; 1 — гайка; 2 — полоса; 3 - винтовой стержень; 4 — серьга
15.2 Стропы, захваты и траверсы

Для подвешивания грузов к крюку или к захвату подвижного блока полиспаста применяют стропы, захваты и траверсы.

Стропы. На монтажных работах применяют преимущественно канатные стропы (рис. 15.3), реже—цепные (рис.15.4).

Это связано с тем, что у стальных канатов более высокое отношение разрывного усилия к массе, они лучше сглаживают динамические нагрузки, более надежны, так как постепенно возрастающее число оборванных проволок сигнализирует о состоянии каната и его выбраковывают задолго до обрыва; стоимость канатов в 8—10 раз ниже стоимости применяемых в настоящее время грузовых цепей из термически не упрочняемых малоуглеродистых сталей.

Определенные преимущества имеют и стропы с ветвями из круглозвенных цепей. Они более гибки, способны огибать острые грани без применения прокладок, работоспособны при высоких температурах, не закручиваются, в меньшей степени аккумулируют энергию и менее опасны при обрыве, а их 100%-ный контроль пробной нагрузкой, в 4—5 раз превышающей рабочую, надежно гарантирует от обрыва при перегрузке. С учетом этих особенностей переход на изготовление стропов с ветвями из высокопрочных круглозвенных сварных цепей классов прочности 70—90 (ГОСТ 25996—83) может существенно изменить положение в части применения цепных стропов при монтаже оборудования.

Канатные стропы изготовляют по ТУ 36-1638— 77 и ТУ 36-2032—77 (табл.15.2) [8]. Стропы УСК-1 в виде отрезка каната с петлями на конце без коушей и крюка (диаметр каната 6,3—50,5 мм) и УСК-2 в виде замкнутого в кольцо отрезка каната (диаметр 6,3—45 мм) имеют универсальное назначение (обвязка в обхват и «на удав» с навешиванием на крюк, см. рис. 15.3,в—г).

Рисунок 15.3. Разновидности гибких канатных стропов:

а — УСК-1; б — УСК-2; в — строповка груза в обхват; г — то же, «на удав»; д —1СК; е — 2СК; ж — 3CК; з — 4СК; и — витой строп; к — сечения витых стропов из 19 и 37 канатов; 1 — канат; 2 — концевое крепление; 3 — коуш; 4 — подвеска; 5 — крюк

Рисунок 15.4. Разновидности ленных стропов

а — простой (отрезок цепи); 6 — универсальный (замкнутый отрезок цепи); в — облегченный; г,д — многоветвевые;1 — концевое звено (петля); 2 — скоба;3 — крюк;4 — кольцо

Таблица 15.2

Параметры канатных стропов

Тип стропа	Допускаемая нагрузка, кН	ДлинаL, м	Тип стропа	Допускаемая нагрузка, кН	ДлинаL, м
УСК-1 УСК-2 1СК	200 320 10—200	1 — 10 2—10 1 — 10	2СК 3СК 4СК	8—160 6,3—74 8—160	2,15—10,4 1,15—7,4 1,15—7,4

Для навешивания грузов, имеющих специальные приспособления в виде рым-болтов, крюков, скоб и проушин, применяют стропы с прямолинейными ветвями: одноветвевые 1СК с петлей на коуше на одном конце и чалочным крюком с предохранительным замком на другом, а также собираемые из них многоветве- вые стропы 2СК, ЗСК и 4СК с использованием овального звена (см. рис. 15.3, ж) или треугольной скобы, снабженной планкой и ограничителем, фиксирующим положение каждой ветви на предназначенном ей месте (см. рис. 15.3, е, з).

Для монтажа тяжелого оборудования применяют многоветве- вые канатные стропы невитой и витой конструкций. Первые представляют собой несколько параллельных витков каната. Их изготовляют непосредственно перед подъемом груза на монтажной площадке и, как правило, применяют однократно. Витой многоветвевой канатный строп представляет собой пучок перевитых ветвей каната, замкнутый в универсальный строп. Заделку концов каната в стропах осуществляют заплеткой или опрессовкой алюминиевыми втулками, изготовляемыми из труб по rOQT 18482—79 (СТ СЭВ 3290—81). Длину втулок принимают равной (4—8)d (8d приd = 6,3 мм и 4dприd= 25 мм), а усилие опрессовки составляет 400—2000 кН.

Нормализованные стропы выбирают по справочной литературе с учетом массы поднимаемого груза и необходимой длины гибких ветвей.

Расчет гибких ветвей стропов и выбор их (стальных канатов или цепей) производят по усилию (кН), определяемому по формуле
S =gm_г/(n cos α), (15.2)
где т_г — масса груза, т;

п — число ветвей стропа;

α — угол наклона ветви стропа к вертикали.

Методы расчета звеньев стропов на прочность даны в справочной литературе [9].