CC BY
24
■ / •
621.867.8.001.8
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ЗАГРУЗКИШТЕРИАЛОПРОВОДА НА ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА ПНЕВМОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ
В.П. ТАРАСОВ, О.Л. ЛЕВИН
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунов а
Выполненные ранее исследования [1,2-5] позволили установить, что режим пуска может быть определяющим как в обеспечении устойчивости, так и в энергетических показателях работы пневмотранспортной установки. Пуск, несмотря на его непродолжительность, зачастую задает технико-экономические показатели в так называемым установившемся периоде работы. Дело в том, что при загрузке материалопровода транспортируемым материалом имеет место увеличение давления (разрежения) в элементах пневмотранспортной установки. Это вызывает уменьшение скорости воздуха, а следовательно снижение скорости материала и увеличение его объемной концентрации в аэросмеси. Если эти величины достигнут предельных (критических) значений, то наступает закупорка материалопровода. Возобновление процесса пневмотранспортирования становится невозможным без проведения специальных операций достаточно продолжительных во времени и требующих определенных средств. Именно при пуске вероятность появления критических режимов бывает высокой, поскольку накладываются два основных возмущающих фактора, вызванных ростом производительности от нуля до какого-то номинального значения и увеличением длины загруженной материалом части трубопровода от нуля до его полного заполнения.
Причинами, способствующими изменению параметров процесса, являются: сжимаемость транспортирующей среды (воздуха); наличие между воздуходувной машиной и материалопроводом оборудования, имеющего определенный объем внутренних полостей, где происходит аккумулирование гидравлической энергии; особенности характеристик применяемого пневмотранспортного оборудования.
Теоретическими и экспериментальными исследованиями [2-5] установлено, что на величину и интенсивность изменения (градиенты) параметров процесса оказывают влияние характеристики воздуходувной машины (зависимость ее производительности от создаваемого давления), степень задросселированности системы (зависимость сопротивления элементов оборудования пневмотранспортной установки от скорости воздуха), характеристики питающего устройства (зависимость величины утечек (присосов) от давления
воздуха и характер изменения производительности питателя во времени).
Основная цель настоящих экспериментальных исследований - подтверждение гипотезы о влиянии характера изменения производительности питающего устройства на параметры процесса пневмотранспортирования. В качестве последних выбраны скорость воздуха (фактическая) и давление в начале материалопровода.
Исследования проводили на нагнетающей пневмотранспортной установке. Транспортируемым материалом служила мука. В качестве воздуходувной машины использовали поршневой компрессор; питающее устройство представляло из себя шнековый питатель, частоту' которого можно было ступенчато изменять с помощью разработанного регулятора скорости асинхронного двигателя от нуля до номинального значения; объем полостей оборудования, расположенного между воздуходувной машиной и питающим устройством, изменялся величиной объема ресиверов. Сигналы с преобразователей расхода и давления воздуха в начале материалопровода поступали в персональный компьютер со встроенным аналого-цифровым преобразователем. В качестве материалопровода служил прорезиненный рукав внутренним диаметром 38 мм и общей длиной около 100 м.
Некоторые данные экспериментальных исследований в виде диаграмм приведены на рис. 1-4. Результаты пуска пневмотранспортной установки без ресивера, бесступенчатым и ступенчатым способами представлены соответственно на рис. 1 и 2.
После нажатия кнопки <\пуск» компрессора (момент времени Тх) в течение определенного времени
100
90
80
70
60
50
40
30
20
•ю
\ Давление, кПа
/ Скорость ; х / 1 / юздуха * 10. м/с
Йона 1 . . Зона 2 , Зг>нз У,
*- , ^ , —,
10
20 Время, с
Рис. 1
30
40
100
90
80
70
60
50
40
30
20
+0
Скорость воздуха' 10, мУс л «Ав#- / А . & '.
4#- ^' \ Давление, кПа
ЗОН!
' Зона 2 „ Зона5
Т1 Хг
20 40 60 80 100 120 140 160
Время, с
Рис. 2
(в зависимости от объема воздухоподводящего оборудования) расход и давление воздуха в начале материа-лопровода достигали значений соответственно равных производительности воздуходувной машины и сопротивлению элементов, расположенных между воздуходувной машиной и началом материалопровода, при движении чистого воздуха. После некоторой выдержки также нажатием кнопки «пуск» в момент времени т2 запускался шггатель (бесступенчатый запуск). Давление в начале материалопровода возрастало. Основная причина этого - увеличение длины заполненной материалом части трубопровода. Заметно, что в начальный период градиент изменения давления существенно больше. Одной из причин этого явилось увеличение частоты вращения (а значит и производительности) питателя от нуля до номинальной. Объемный расход (а значит и скорость) воздуха в начале материалопровода уменьшались вследствие сжатия воздуха, уменьшения производительности воздуходувной машины и накопления воздуха в оборудовании, расположенном между воздуходувной машиной и началом материалопровода. Причем два последних фактора для опытов, приведенных на рис. 1 и 2, малозначимы, так как характеристика поршневого компрессора «жесткая», а объем внутренних полостей достаточно мал. В момент времени т3 материал заполнял всю длину трубопровода и наступала относительная стабилизация параметров пневмотранспортирования (псевдоустановившийся режим). Правда, колебания параметров процесса в дальнейшем также имели место. Причины их наличия отмечены в работе [6]. К ним следует добавить неравномерность подачи материала питающим устройством и неравномерность в подаче воздуха. На диаграммах, рис. 1-4 зона 1 соответствует работе воздуходувной машины от момента ее включения до пуска питателя (холостой ход); зона 2 - это заполнение трубопровода транспортируемым материалом, а зона 3 - псевдоустановившийся режим - работа установки с момента заполнения всей длины трубопровода до остановки.
Результаты опыта, полученные путем ступенчатого запуска электродвигателя питателя при тех же условиях, представлены на рис. 2. При этом ступенчатый запуск осуществлялся путем 4-кратного изменения частоты вращения электродвигателя от нуля до номиналь-
ной. Основное качественное отличие от результатов опыта, приведенных на рис. 1, заключается в продолжительности периода стабилизации от т2 до т3 (зона 2). Заметной разницы в величинах параметров пневмотранспортирования опытов 1 и 2 не установлено. Это можно объяснить применением воздуходувной машины с «жесткой» характеристикой и небольшим объемом внутренних полостей воздухоподводящего оборудования. . .
80
70
60
50
40
30
20
10
Рис. 3
В отличие от описанных опыты, результаты которых представлены на рис. 3 и 4, проводились при наличии существенного объема (более 0,5 м3) внутренних полостей оборудования, расположенного между воздуходувной машиной и началом материалопровода. При этом при ступенчатом запуске, несмотря на существенные колебания расхода (скорости До) воздуха в начале материалопровода (более 50%), процесс пневмотранспортирования не прекращался. При обычном (бесступенчатом) запуске процесс осуществить не удалось (рис. 4): неизбежно наступала закупорка материалопровода и прекращение пневмотранспортирования.
50
Время, с
Рис. 4
Можно предположить, что плавное изменение производительности питателя окажет более существенное влияние на устойчивость. Основанием для этого могут служить опыты, в которых количество «ступеней» изменения частоты (производительности) шнека увеличивали. При этом колебания расхода (скорости) воздуха в начале материалопровода снижались. Количест-
Скорость
120 160 200 240
Время, с
венную сторону вопроса предполагается изучить в ходе дальнейших теоретических и экспериментальных исследований.
Таким образом, экспериментально доказано, что характеристика питателя (изменение его производительности во времени) может оказывать существенное влияние на устойчивость процесса при пуске. Чтобы избежать появления неустойчивости при пуске на практике, как правило, используют воздуходувную машину большей производительности, а значит, завышают энергетические показатели процесса пневмотранспортирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. с. 1207039 СССР, МКИ В65 053/04. Способ транспортирования сыпучих материалов / В.П. Тарасов, Ф.Г. Зуев, В.П. Ко-цюба. - Опубл. в Б.И. - 1986. - № 4.
2. Тарасов В.Н. Влияние переходных и неустановивших-ся процессов на устойчивость и энергоемкость пневмотранспорта //
Тез. докл. Междунар. конф. «Научно-технический процесс в перерабатывающей отрасли АПК». - М., 1995. - С. 157-158.
3. Тарасов JB.I1., Глебов А.А., Гейнеман А.Э. Расчет пнев-мотранспортных ^'етяновок // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1999. -№ 2 -3. - С 77-81.
4. Тарасов В.П., Зуев Ф.Г., Коцюба В.П. Экспериментальное исследование режима пуска однотрубной нагнетающей пневмотранспортной установки // Сб. науч. тр. «Разработка и совершенствование технологических процессов, машин и оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания». -М., 1987.-С. 280-283.
5. Тарасов В.П., Ключников В.В., Новопашин В.Ф., Лямкин Е.С. Ступенчатый запуск пневмотранспортной установки // Тез. докл. Междунар. науч. конф. «Прогрессивные технологии -третьему тысячелетию». - Краснодар, 2000. - С. 200 -201.
6. Разработка пневмотранспортной установки муки потоком высокой концентрации производительностью 10 т/ч: Отчет о НИР, № ГР 01860098832 / Науч. рук. В.П. Коцюба, отв. исл. В.П. Тарасов. - 1990. - 43 с.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 04.11.02 г.
663.032.9:541.182.001.8
НОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СМЕСИТЕЛЕЙ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В.Н. ИВАИЕЦ, И.А. БАКИН, Д.М. БОРОДУЛИН
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
В пищевой и ряде смежных отраслей промышленности одной из основных стадий технологии является процесс смешивания дисперсных материалов, в ряде случаев с их одновременным увлажнением. К числу таких производств относят получение комбинированных продуктов питания, комбикормов, заменителей цельного молока, гранулирование порошков, выработку минеральных удобрений, строительных и шихтовых материалов.
В промышленной практике наибольшее распространение получила периодическая схема смесеприго-товления, когда композиции готовят в червячно-лопастных смесителях периодического действия. При этом как качество композиций, так и интенсивность процесса не удовлетворяют современным требованиям. Одной из основных проблем является равномерное распределение различных добавок (витамины, БАД, наполнители, стабилизаторы, ароматизаторы и т. п.), вносимых в малых количествах (0,5-2%) по всему объему смеси. В ряде случаев необходимо получать качественную смесь при соотношении смешиваемых компонентов 1 : 500 и выше.
Приготовление композиций с заданными качественными характеристиками может быть обеспечено за счет правильной организации процесса смешивания и его аппаратурного оформления. Поэтому разработка
эффективных непрерывнодействующих смесительных агрегатов для переработки мелкозернистых и дисперсных материалов с большой разницей содержания их в смеси является актуальной научной задачей, представляющей практический интерес для пищевой и других отраслей народного хозяйства.
Цель данной работы - создание нового класса высокоэффективных аппаратов для получения смесей сухих и увлажненных дисперсных материалов. Процесс смешивания в них основан на принципе создания направленной структуры материалопотоков в объеме аппарата за счет использования прямых и обратных рециклов. В ряде случаев предусматривается возможность совмещения процессов смешивания и диспергирования в одном аппарате.
Наиболее подходящими аппаратами для смешивания дисперсных материалов являются смесители непрерывного действия (СНД) центробежного типа, которые характеризуются высокой интенсивностью процесса смешения, происходящего в тонких слоях под действием центробежной силы. Основные требования, предъявляемые к СНД (обеспечение качественного смешивания, высокая сглаживающая способность, большая производительность, малые металло- и энергозатраты и др.), удовлетворяются в центробежных смесителях. Ряд таких смесителей, разработанных в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности, отвечают всем вышеперечисленным требованиям благодаря организации направленной структуры движения материальных потоков в них.
