CC BY
7УДК. 629
РАЗРАБОТКА ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ СОВМЕЩАЮЩЕГО ТРАНСПОРТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ В СТРОИТЕЛЬНОЙ
ИНДУСТРИИ
Морозов А.Д., Чередниченко И.А., Бородачева Т.И.,
Бородачев В. А., Чередниченко В. А.
КФУ им. В.И. Вернадского. Академия строительства и архитектуры. Borodachev_vadim@mail.ru
Аннотация: Приводятся конструкции пневмовинтовых транспортных установок для транспортирования и предварительного смешивания в транспортном потоке двух и трехкомпонентных сыпучих грузов на предприятиях строительной индустрии.
Ключевые слова: воздух, пневмоустановка, сыпучий груз, шнек, трубопровод, транспортный поток.
Введение
Среди многочисленных видов транспорта пневматический транспорт занимает особое место. Он может быть применен для перемещения сыпучих мелкозернистых и пылевидных материалов на расстоянии от десятков метров до 1,5 ^ 2 км.
Пневматическая разгрузка и
транспортирование сыпучих грузов, ввиду ряда известных преимуществ, широко используется на большинстве предприятий строительной, горнодобывающей, химической, пищевой промышленности, черной и цветной металлургии, в сельском хозяйстве.
Объем перемещаемых пневматическим способом только строительных сыпучих материалов (с учетом многократных перегрузок) составляет более 100 млн. т. в год, и потребность народного хозяйства в этом виде транспорта для сыпучих грузов до сих пор удовлетворяется далеко не полностью, как в количественном, так и в качественном отношении.
Анализ публикаций
Решение проблемы повышения
эффективности и экологической чистоты разгрузочно-транспортных работ с сыпучими пылевидными строительными грузами требует разработки и применения современного высокопроизводительного автоматизированного оборудования, удовлетворяющего комплексу экономических, санитарно-технических и гигиенических международных стандартов. Оптимальное проектирование машин на научных основах рассмотрено в работах /1/, /2/, /3/, предполагает использование рабочих органов рациональных форм и размеров, определение наилучших значений режимных параметров и условий эксплуатации.
Только в этом случае может быть обеспечена наибольшая эффективность
использования техники. Такая постановка задачи предполагает необходимость изучения структуры
разгрузочно-транспортных пневматических
устройств и их поэлементного использования /1/, /2/, /3/.
Задачи работы :
исследования и анализ ресурсных возможностей пневмовинтовых установок (ПВУ), существующих конструктивных схем;
исследования характера износа рабочих органов ПВУ различных конструктивных схем;
разработка принципов снижения удельных энергозатрат на разгрузку транспортирование грузов и увеличения ресурса рабочих органов;
исследование работы аэрокамер с целью снижения энергоемкости и повышения экологической чистоты ПВУ;
научное обоснование, разработка конструктивных схем и параметров нового эффективного разгрузочно-транспортного
пневмовинтового оборудования для сыпучих строительных грузов с учетом охраны окружающей среды, совмещающих транспортные и технологические операции;
Основная часть
Выпускаемые серийно ПВУ для цемента и других сыпучих грузов типа ТА-14Б, ТА-19А и ТА-15А производительностью 36, 60 и 100 т/ч имеют закрепленный на валу электродвигателя консольный шнек, расположенный в гильзованном цилиндрическом корпусе. Для устранения прорыва воздуха в приемную камеру, шнек обычно имеет 4...6 рабочих напорных витков для уплотнения транспортируемого груза в предклапанной зоне, что естественно ведет к формированию значительных осевых усилий, повышению удельных затрат энергии на транспортирование сыпучих материалов и повышению износа рабочих органов. Образующееся одностороннее осевое усилие, создает дополнительные нагрузки на шнек, соединительные детали, вал и подшипники электродвигателя -[1].
Кроме того, дезаксиальное консольное расположение шнека в броневой гильзе, несимметричность эпюры распределения осевых давлений в поперечном сечении цилиндрического корпуса и соответственно существенное смещение в шнеке результирующего груза транспортируемого из приемной камеры - приводят к вибрации, снижающей частоту его вращения, а следовательно и производительность ПВУ рассмотренных конструктивных схем не превышает 100-120 т/ч /1/, /2/, /5/,/6/.
При создании машин большей производительности 150...300 тонн в час, значительно возрастает диаметр и длина шнека, шаг навивки и межвитковые объемы, которые заполняются еще более неравномерно при заборе груза из приемной камеры. Увеличение геометрических параметров шнека и повышение массы его консольной части влечет за собой еще более интенсивную вибрацию шнека и износ рабочей пары «шнек-гильза», прорыв воздуха в смесительную камеру, снижению расчетной производительности и возрастание пусковых нагрузок на двигатель, что приводит к выходу его из строя. Кроме того, в строительной индустрии, в ряде случаев, например, при приготовлении известковых растворов, бетонных смесей и т. п. кроме транспортных операций с пылевидными и зернистыми материалами (цементом, известью.
песком и др.) должны осуществляться операции дозирования в определенных пропорциях и качественного смешивания для получения равномерных двухкомпонентных и
трехкомпонентных смесей. С целью уменьшения времени и удельных энергозатрат на эти операции был проведен комплекс аналитических лабораторных и промышленных исследований, а также разработаны научные принципы и созданы пневмоустановки, которые могут совмещать процесс транспортирования материалов по трубам с одновременным их смешиванием в транспортном потоке /1/, /2/, /4/, /5/,/6/.
Отличительной конструктивной
особенностью пневмоустановок большой производительности, а также совмещающих транспортирование с технологическими операциями, является установка вала шнеков на подшипниках, с разнесеннными концевыми опорами, а также наличие двух, трех приемных камер с дозирующими устройствами и подача различных сыпучих материалов из них в одну смесительную камеру, а оттуда в транспортный трубопровод. Были научно обоснованы, разработаны и испытаны ПВУ для двух сыпучих абразивных грузов ППВ-150 и ЭППВ-200-1 производительностью 150 т/ч и 200 т/ч с двумя приемными камерами и валом шнеков с разнесенными концевыми подшипниковыми узлами (рис.1).
Рис. 1 Схема ПВУ для двухкомпонентного груза (а.с. № 1456350)
Рис. 2 Лабораторная отработка параметров двухкомпонентной ПВУ (а.с. №1456350)
ПВУ состоит из вала 1 с двумя симметрично расположенными съемными винтовыми поверхностями правого и левого
направления, установленного в опорах и размещенного в цилиндрическом корпусе с гильзами. В центре цилиндрический корпус 5 имеет боковой отвод, выполненный под углом 40...90° в сторону смесительной камеры 11. Из бункеров 18 два компонента сыпучего материала поступают в приёмные камеры 15 и 16, откуда встречно направленными витками 2 и 3 шнека перемещаются по цилиндрическому корпусу 5 и захватываются направляющими планками 9 и через окно 10 и клапан 12 в смесительную камеру 11.В смесительной камере сыпучие компоненты смешиваются с воздухом и под давлением по транспортному трубопроводу 20 подаются на технологические смесительные машины. На рис. 2 представлена модель ПВУ при отработке технических и технологических параметров транспортирования, и предварительного
смешивания материалов в потоке.
Рис. 3 Схема ПВУ для трехкомпонентного гр Нами разработан винтовой питатель для пневматического транспортирования сыпучего материала, содержащий горизонтально
установленный цилиндрический корпус,
сообщенный с приёмными камерами трёх компонентов материала. [Авторское свидетельство СССР № 1689251], Рис 3.
Винтовой питатель состоит из вала шнека 1 с встречно направленными витками 2 и 3, установленного в опорах 4 и размещенного в цилиндрическом корпусе 5 с гильзами 6 и 7, сообщенном своими концами с приёмными камерами 8 и 9, имеющими загрузочные бункеры 10 и 11 двух компонентов материала. Центральная часть цилиндрического корпуса имеет патрубок 12
а (а.с. №1689251)
соединенный с бункером 13 третьего компонента. Разгрузочный патрубок 12 сообщен со смесительной камерой 14, выполненной с выходным отверстием и сообщенной с источником сжатого газа. На разгрузочном окне патрубка 12 горизонтально установлен обратный клапан 15, смонтированный на поворотной оси с противовесом 16. Приводной двухзаходный шнек в зоне разгрузочного патрубка выполнен в виде шлюзового лопастного питателя 17,образованного радиальными перегородками 22 и расположенными на валу шнека перпендикулярно его оси кольцевыми стенками 23, образующими с перегородками дозирующие ячейки 18, а на концах витков шнека и в пространстве между ними установлены основные и дополнительные
направляющие планки 19 с примыканием радиальных кромок обеих планок с одной стороны к кольцевым стенкам лопастного питателя, а радиальных кромок основных планок - к виткам шнека.
Привод винтового питателя осуществляется электродвигателем 20, установленным соосно валу шнека. Смесительная камера 14 имеет аэроднище 21 и регулируемую в осевом направлении сменную форсунку струйной подачи воздуха 22.
Винтовой питатель работает следующим образом.
Одновременно из бункера 10 и 11 два компонента сыпучего материала поступают в приемные камеры 8 и 9, откуда встречно направленными витками 2 и 3 шнека 1 перемещаются по цилиндрическому корпусу 5 и патрубку 12, захватываются основными и дополнительными планками 19 и сбрасываются по
патрубку 12 в смесительную камеру 14. Одновременно из бункера 13 третий компонент сыпучего материала поступает на лопастный питатель 17, заполняет его дозирующие секции и сбрасывает его также в патрубок 12.
Конструкция лопастного питателя позволяет обеспечить равномерную дозированную подачу трех компонентов сыпучего материала в смесительную камеру и улучшить равномерность их смешивания.
Обеспечение равномерной дозированной подачи трех компонентов сыпучего материала в смесительную камеру, усиление аэрации, улучшение равномерности смешивания
компонентов улучшает качественные показатели получаемой смеси, повышает надежность и производительность питателя, а также снижает энергозатраты на транспортирование материалов и приготовление бетонных смесей.
Рис. 4 Винтовая пневмоустановка для трансп №164313)
Эта конструкция ПВУ хорошо зарекомендовала себя при работе с тремя мелкодисперсными материалами.
Недостатком этой ПВУ является то, что в ней три компонента материала подаются через вертикально расположенный обратный клапан в смесительную камеру, расположенную в одной горизонтальной плоскости с приводным двухзаходным шнеком, что вызывает заклинивание мелкокускового материала в патрубке перед обратным клапаном с последующей вынужденной остановкой питателя, чисткой пред клапанной зоны
тирования трехкомпонентного груза (патент РФ
и снижением производительности и надежности работы всей технологической линии.
Для повышения надежности и производительности питателя, а также снижения энергозатрат при работе с одним или двумя мелкокусковыми материалами был разработан пневмовинтовой питатель защищенный патентом РФ на полезную модель №164313
Винтовой питатель (пневмовинтовая установка) для пневматического транспортирования сыпучего материала патент РФ №164313 (Рис. 4,5)
Рис. 5 ПВУ, патент РФ №164313
(разрез А-А)
Содержит горизонтально установленный цилиндрический корпус, сообщенный своими концами с приёмными камерами двух компонентов материала, центральной частью с загрузочным патрубком третьего компонента и посредством разгрузочного патрубка через обратный клапан - со смесительной камерой, выполненной с выходным отверстием и сообщенной с источником сжатого газа, и размещенный в цилиндрическом корпусе приводной двухзаходный шнек с встречно направленными витками, выполненный в зоне разгрузочного патрубка корпуса с закреплёнными диаметрально противоположно на концах его витков вдоль оси вала направляющими планками, при этом смесительная камера устанавливается под сбрасывающим патрубком с горизонтально расположенным обратным клапаном. Кроме того, смесительная камера имеет аэроднище и регулируемую в осевом направлении сменную форсунку струйной подачи воздуха по центру магистрального трубопровода.
Новым техническим решением является расположение смесительной камеры под вертикально установленным сбрасывающим патрубком и горизонтальное расположение обратного клапана, что позволяет воспринимать подаваемые материалы не только от работы подающих механизмов, но и непосредственно под действием гравитационных сил в вертикально расположенном сбрасывающем патрубке. Кроме того, в смесительной камере, расположенной под сбрасывающим патрубком с горизонтально расположенным обратным клапаном, установлена регулируемая в осевом направлении по центру магистрального трубопровода сменная форсунка струйной подачи воздуха, что позволяет усиливать аэрацию и улучшать смешивание компонентов.
Заключение
Рассмотренные конструкции ПВУ (пневматических винтовых питателей),
предназначенные для одновременной
транспортировки двух и трехкомпонентных грузов в транспортном потоке магистрального трубопровода к технологическому оборудованию по приготовлению бетонных смесей и растворов, являются экономически целесообразными и обеспечивают снижение удельных энергозатрат По сравнению с подъемниками ТА-15А и ТА-19А до 30%, повышение ресурса шнеконапорных механизмов в 1,8-2,2 раза, электродвигателя в 1,5-3 раза, а броневых гильз на 50-70%, что отражено на Рис. 5 и 6.
Кроме того, что предварительное смешивание двух или трех компонентов сыпучих материалов непосредственно в транспортном трубопроводе существенно снижает удельные энергозатраты (на 10-30%) и время приготовления бетонов и растворов непосредственно на бетоносмесительном и растворосмесительном оборудовании. Существенно снижается количество и стоимость оборудования для транспортирования, т. к. обычно песок гравий и мелкий щебень транспортируются на отдельных технологических линиях, б
ММ 2А
22 ■ -Т1 Н~ 1.6 ------А/ X
1.4- ----т^Х
1,2---
1.0 -----^ z^^Z--
0,2150 300 450 600 750 900 1050t,час
Рис. 5 Зависимости удельных энергозатрат пневмоподъемнико Нш/П от наработки t при транспортировании цемента
1 - Пневмоподъемники ТА-15А
2 - Пневмоподъемники ТА-19А
3 - Пневмоподъемники ЭППВ-200-1
4 - Пневмоподъемники ЭППВ-150
К/
/ / --2
/ / /
у / / у
/ / 3 /
/ / / /
/ / -4
/ / А /X
¿У
150 300 450 600 750 900 1050 1,
NkBt
/
1 „ Л j
3
v4
200 400 600 800 1000 1,ча<
Рис. 6 Зависимости ресурса (износа) броневой рабочей пары «гильза-шнек» пневмоподъемников от наработки 1 при транспортировании цемента
1 - Пневмоподъемники ТА-15А
2 - Пневмоподъемники ТА-19А
3 - Пневмоподъемники ЭППВ-200-1
4 - Пневмоподъемники ЭППВ-150
Кроме того, предварительное смешивание двух или трех компонентов непосредственно в транспортном трубопроводе существенно снижает удельные энергозатраты (на 10-30%) и время приготовления бетонов и растворов непосредственно на бетоносмесительном и растворосмесительном оборудовании.
Список литературы:
1. Морозов А. Д. «Модернизация и повышение экологической чистоты пневмотранспорта» -К.: В.шк.. 1992.-71 с.
2. Морозов А. Д. «Интенсификация работы разгрузочно-транспортного пневматического оборудования» -М.: ЦНИИТЭстроймаш, - 1990.-100с.
3. Морозов А. Д., Баладинский В.Л.,Чередниченко И.А. Транспорт и пути сообщения. Учебное пособие для ВУЗов, (2-е издание, гриф МОН), г. Симферополь, РИО КАПКС, 2005г. - 318с.
4. Морозов А.Д., Чередниченко И.А., Кольвашенко А.С. «Повышение надежности и ресурса пневматического разгрузочно-транспортного оборудования». MOTROL, Motorizacia I energetyka rolnictwa, tom 10A, Lublin 2009
5. Морозов А. Д., Чередниченко И.А. «Повышение эффективности экологической безопасности разгрузочно-транспортного пневмооборудования для строительной индустрии», научное издание, НАПКС, 2013 - 290 с.
6. Морозов А.Д., Чередниченко И.А., Бородачева Т.И., Бородачев В.А., Чередниченко В.А. «Винтовой питатель для транспортирования сыпучего материала», патент РФ №164313
Morozov, A.D., Cherednichenko I.A., Borodacheva T.I.,
Borodachev V.A., Cherednichenko V.A.
The development of pneumatic-mechanical equipment combining transport and technological
operations in the construction industry
Annotations: The designs of pneumatic screw conveyors for transportation and premixing of two and three-component bulk cargo in the construction industry enterprises are given in the transport flow.
Key words: air, pneumatic installation, bulk cargo, screw, pipeline, transport stream.
