CC BY
10
Внедрение компрессоров нового поколения
для транспортирования сыпучих материалов
Т.П. Турчанинова
ГОСНИИ хлебопекарной промышленности
В области транспортирования сыпучих материалов ГОСНИИХП сделал первый шаг более 25 лет назад, приступив к созданию технологии с минимальными затратами энергоресурсов, предусматривающей использование рабочего органа, выполненного в виде всем известной спирали Архимеда.
Институт, запатентовав оригинальные узлы, освоил серийное изготовление комплектных линий с использованием «спиральных» транспортных систем.
Первоначальный период адаптации и настороженности во внедрении транспортирующих устройств для сыпучих материалов на основе гибких элементов, поставляемых ГОСНИИХП, в российском хлебопечении прошел, распространение спиральных конвейеров на предприятиях различных отраслей приняло массовый характер.
Благодаря неоспоримым преимуществам новой техники перед устаревшей (жесткие шнеки и нории, нерационально спроектированные разветвленные участки пневмотрасс и т.д.) не только отдельные машины и агрегаты, но и целые комплектные линии нашли широкое применение в различных отраслях пищевой промышленности для муки, крупы, зерна, сахарного песка, кофе и чая, а также, например, в химической промышленности для различных порошковых и гранулированных материалов. Институт, имея собственную машиностроительную базу, продолжает изготовлять с нарастающим темпом и поставлять предприятиям целую гамму оборудования для этих целей. От силосов (бункеров) хранения, разгрузителей, фильтров, просеивателей, магнитных колонок до дозаторов с системами управления и учета, обеспечивая проектирование таких комплексов и разработку технической документации для согласования в органах Ростехнадзора.
Разработан и впервые в России освоен выпуск корпусов трасс трубопроводов с использованием гибких спиральных рабочих органов для сыпучих материалов из различных отечественных термопластичных полимеров. Запатентован композитный состав смесей, используемых при изготовлении корпусов трасс трубопроводов, устойчивых к истиранию.
Благодаря отработанной технологии производства и выпуска достаточно крупных серий оригинальная продукция имеет вполне конкурентные цены на рынках России и стран СНГ. К сожалению, можно констатировать, что кажущаяся конструктивная простота разработок института подталкивает некоторые «фирмы» к попыткам воспроизводить закупаемые у нас образцы и выпускать их под своими марками. Это «оборудование» - дешевые подделки.
Таким образом, резюмируя сказанное, наш первый шаг увенчался успехом, и по этому направлению мы прочно удерживаем в Российской Федерации и ряде зарубежных стран бесспорное лидерство. Это реальный факт, убедительное подтверждение которому - география поставок: от Петропавловска-Камчатского и Южно-Сахалинска на востоке до Калининграда на западе и от Мурманска на севере до Северного Кавказа на юге. Страны поставки: Украина, Беларусь, Казахстан, Эстония, Грузия и др.
Для многих предприятий использование нашей продукции стало одной из первых ступеней на пути модернизации производства.
Именно благодаря научным экспериментам, которые мы проводили в последние годы на предприятиях отрасли совместно с их инженерными службами, нам удалось удачно расширить изготовление целой гаммы оборудования для рационального использования систем транспортирования различных сыпучих материалов на базе спиральных рабочих органов. Этот опыт мы использовали в поиске оптимума, касающегося разработок и внедрения систем транспортирования сыпучих материалов с применением сжатого воздуха. Данный этап подошел к завершению.
Второй шаг состоит в разработке практически идеальной с точки зрения энергоресурсосбережения и экологической чистоты технологии транспортирования основного сырья.
Предлагается новейшая система для пневматического транспортирования порошковых материалов, в частности муки, на базе высокоскоростного малогабаритного безмасляного компрессора нового поколения.
Эта система уже опробована в реаль-
ных условиях действующего производства (Опытный хлебозавод ГОСНИИХП, хлебозавод № 6 г. Москвы, «Первый хлебозавод» г. Калининграда и др.).
По сути, наше предложение является переломным и новаторским в комп-рессоростроении не только для России, но имеет и мировую новизну.
Теперь при использовании нового компрессорного агрегата мы можем говорить, что пневмотранспорт порошковых материалов - действительно прогрессивный вид транспорта по ряду показателей: низкому энергопотреблению (это его главное достоинство); экологической чистоте (не требует мас-лоснабжения и маслоотделения); низким шумовым характеристикам; высочайшему КПД системы; надежности и долговечности; компактности и простоте в обслуживании.
Многие исследователи направляли свои усилия на решение именно этих задач. Однако до настоящего времени не удалось достичь результатов, которые позволили бы в комплексе решить имеющиеся проблемы.
Что мы имеем сегодня на наших предприятиях?
Установки пневматического транспорта компактны, они хорошо компонуются с основным заводским оборудованием, при приложении соответствующих усилий управление работой может быть полностью автоматизировано. Движущихся деталей, требующих ремонта и замены в установках пневмотранспорта, меньше, чем при механическом транспортировании (имеются в виду жесткие шнеки и нории). Целесообразность применения пневмотранспорта диктуется возможностью лучшей организации технологического процесса, обеспечения гибкой связи между отдельными машинами и агрегатами.
Но вполне рентабельным этот вид транспорта становится лишь в том случае, когда стоимость оборудования, его установки и расхода энергии окупается дешевизной эксплуатации, обслуживания и ремонта.
Однако недостаточная осведомленность производственников о принципах, лежащих в основе проектирования и эксплуатации таких систем, является причиной того, что на большинстве предприятий нашей отрасли пневматические установки не соответствуют
своему назначению или весьма неэкономичны. Ошибки расчетного или конструктивного характера приводят, например, к применению непомерно больших скоростей воздуха. Далеко не редкость на наших предприятиях применение компрессоров с мощностью в 75 кВт; а использование скоростей движения воздуха в 40-50 м/с - достаточно обычное явление, когда струя воздуха оказывается в состоянии транспортировать не только муку, но вместе с ней и случайно попавшие в систему гайки и болты.
Хотя известны и положительные, уникальные примеры действующих в России установок пневмоаэрозоль-транспорта, производительность которых достигает 700 т/ч, дальность транспортирования без перегрузки материала - 2 км, высота подъема -300 м, весовая концентрация смеси -больше 100 кг материала на 1 кг воздуха. Но это примеры из горной и химической промышленности, где используются мощные компрессорные станции и они себя оправдывают.
В нашей отрасли таких высокопроизводительных линий не требуется, поэтому нет необходимости использовать мощные дорогостоящие компрессорные станции высокого давления. В последнее время производственники пошли по пути упрощения - стали устанавливать газодувки (установки среднего давления). Однако это упрощение было только кажущимся. Такие агрегаты на отечественных предприятиях только усугубили проблему нерационального устройства пневмотранспорт-ных систем. Энергопотребление не уменьшилось, а во многих случаях возрастало теперь за счет количества систем. Низкий КПД, масло в системах, повышенные шумы и распылы, требование фильтров с большой площадью очистки и т. д. - все это снижает техническую и экономическую эффективность работы пневмотранспортных установок. Поэтому актуальность разработки компрессорного агрегата нового поколения бесспорна.
В 2002 г. ГОСНИИХП в сотрудничестве с МАИ на базе современных технологий разработал и изготовил первый образец компрессорного агрегата для пневмотранспорта муки.
В основе работы данного агрегата заложен принцип центробежного сжатия. Благодаря использованию авиационных технологий удается получать необходимую степень сжатия в центробежной ступени при малых габаритах. Высокая частота вращения достигается благодаря применению в качестве опор газодинамических подшипников скольжения.
Конструктивная особенность агрегата - расположение высокоскоростного
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
Таблица 1
Сравнительный анализ экономической целесообразности замены системы
пневмотранспорта
Показатель «Борец», компрессор 202ВП-12/3 Компрессор, Ш2-МБ А-7/1,5 Разница в затратах Экономическая целесообразность
Стоимость оборудования 1 млн 500 тыс. 360 тыс. 1 млн 140 тыс. 4 раза
Масса, кг 1500 77 1423 20 раз
Эксплуатационные расходы в том числе электроэнергия, масло, вода и т. п. 1 млн 2 тыс. 98 тыс. 50 раз
Ресурс 3 мес. до ТО (с полной остановкой) 3 года без обслуживания (ТО не требуется) 12 раз
Качество воздуха Требуется очищение от масла, влаги и металлических примесей Не требует очищения
электродвигателя и компрессорного колеса на одном валу, что уменьшает габариты и массу изделия, сокращает количество деталей и увеличивает КПД агрегата.
Агрегат обладает большим ресурсом в связи с отсутствием трущихся во время работы деталей. Межремонтный ресурс определяется только количеством пусков-остановов двигателя и составляет 5 тыс. пусков-остановов. Лепестковые газодинамические подшипники не требуют смазки, следствием чего является экологическая чистота сжатого воздуха.
Малые габариты и масса, отсутствие в процессе работы вибрации не предъявляют особых требований к монтажу (не требуется фундамент или какое-либо специальное крепление), а в сочетании с низким уровнем шума (не более 65 дБ) все это позволяет устанавливать данный агрегат в любой точке технологической линии пневмотранспорта.
Разработанная и примененная система управления - «мозговой центр» агрегата - позволяет настраивать производительность конкретно под заданную пневмотрассу, обеспечивая постоянство расхода независимо от выходного давления воздуха. Система может легко изменять параметры транспортирования непосредственно с рабочего места оператора и согласуется со стандартно используемыми системами автоматизации процесса пневмотранспорта на отечественных предприятиях, что является новым направлением развития указанных технологий.
Одно из преимуществ агрегата - автоматическое снижение энергопотребления при неполной загрузке и в нестационарных режимах в результате использования интеллектуальной системы управления, например, при образовании сводов в бункерах и отсутствии муки в материалопроводе.
До модернизации вся система пневмотранспорта муки на Опытном хле-
бозаводе ГОСНИИХП обеспечивалась поочередной работой двух компрессоров типа «Борец» по 75 кВт каждый. Предварительно был сделан расчет пневмотранспортной системы завода, позволивший рационально распределить весь сжатый воздух по соответствующим линиям потребления. Затем пневмотранспортная линия подачи муки из семи силосов хранения на просеивание была полностью переведена на обеспечение сжатым воздухом от одного нового компрессорного агрегата мощностью 7 кВт.
При этом всегда, независимо от производительности роторных питателей, колеблющейся от 3 до 5,0 т/г, дальности транспортирования, меняющейся в зависимости от номера разгружаемого силоса и, следовательно, сопротивления рабочей трассы (от 0,1 до 0,4 ати), система управления обеспечивала выход агрегата на оптимальный режим.
Согласно действующей на Опытном хлебозаводе системе пневмотранспорта муки на этот участок требовалось затрачивать половину мощности компрессора «Борец», тогда как с установкой новой системы - не более 7 кВт. При этом отсутствует потребление масла и воды. Сравнительный анализ экономической целесообразности замены приводится в табл. 1.
Очень важная характеристика нового компрессорного агрегата - принципиальная особенность отсутствия в сжатом воздухе каких-либо примесей и, как следствие, отпадает необходимость в дорогостоящей фильтрации и масловлагоотделении, что обеспечивает дополнительные статьи экономии и экологической чистоты.
С 2003 г. компрессорный агрегат модельного ряда Ш2-МБКА 7/1,5 передан в постоянную производственную эксплуатацию. Ежесуточно с помощью данного агрегата подается на производство 35-40 т муки. За все
время эксплуатации данного агрегата не было каких-либо сбоев или отказов в работе.
В целом подсчитано, что экономия энергоресурсов только на одной пнев-мотранспортной линии составляет 0,4 млн руб. в год.
Низкие шумовые характеристики, компактность и долговечность также служат высокой оценкой уровня инженерного решения (табл. 2).
Компрессорный агрегат модельного ряда Ш2-МБКА прошел государственные приемочные испытания и получил разрешение Ростехнадзора.
В 2005 г. аналогичные компрессорные агрегаты установлены еще на двух хлебозаводах (хлебозавод № 6 в Москве и хлебозавод в г. Балаково), где они постоянно эксплуатируются в производственном цикле.
При этом пневмотранспортные линии, которые обслуживаются указанными агрегатами, надежно эксплуатируются как со шлюзовыми, так и шне-
Таблица 2
Технические характеристики компрессорных агрегатов
Показатель Ш2-МБКА-7,0/1,5 Ш2-МБКА-6,5/2,0
Расход воздуха (настраи- 5-8 5-7
вается по требованию
заказчика), м3/мин
Максимальное абсолютное 1,5 2,0
давление, ата
Установленная мощность, 7,8 15
кВт
Напряжение электросети, В 380+5 %/-15 %
Габаритные размеры без пульта управления и блока
охлаждения, мм
длина 500 654
диаметр 350 350
Масса, кг, не более 35 50
Габаритные размеры пульта управления, мм
длина 600 600
ширина 250 250
высота 800 800
Масса, кг, не более 50 50
Температура воздуха на 75 130
выходе из компрессора, °С,
не более
Показатели надежности и долговечности
Наработка агрегата на 600/10800 600
момент испытаний на
данный момент, ч, не менее
Средний срок службы до 3 3
капремонта, лет, не менее
Коэффициент готовности, 0,9 0,9
не менее
Коэффициент технического 0,9 0,9
использования
Срок службы до списания, 10 10
лет, не менее
Исполнение 1Р54
электродвигателя
компрессора
Аппаратурная схема приема, хранения, подготовки и внутрипроизводственного транспортирования сырья на дозирование:
1 - автомуковоз; 2 - приемный щиток; 3 - силос; 4 - фильтр с принудительной системой очистки Ш2-ХФС; 5 - виброразгрузочное устройство Ш2-ХМГ; 6 - питатель М-122; 7- датчик уровня; 8 - пульт управления; 9 - компрессорный агрегат Ш2-МБКА; 10 - двухходовой переключатель; 11 - фильтр; 12 - циклон-разгрузитель; 13 - просеиватель со встроенной магнитной колонкой Ш2-ХМЕ;
14 - транспортирующее устройство со спиральным рабочим органом Ш2-ХМЖ;
15 - дозатор Ш2-ХД3; 16 - разгрузитель Ш2-ХД3-Х-Д; 17 - тестомесильная машина
ковыми питателями, обеспечивая производительность подачи муки до 5 т/ч.
Результаты промышленной эксплуатации показали перспективность применения подобных компрессорных агрегатов для пневмотранспорта муки, так как по энергетическим характеристикам они не уступают лучшим зарубежным образцам с использованием компрессоров объемного сжатия, а по габаритам, массе, шумовым показателям и упрощению автоматизации процесса имеют значительные преимущества. Трехлетний опыт промышленной эксплуатации на ОХЗ ГОСНИИХП показал высокую степень надежности и существенное снижение эксплуатационных расходов.
На рисунке приведен пример аппаратурной схемы процесса приема, хранения и внутризаводского транспортирования, включая просеивание с магнитной колонкой для отделения фер-ропримесей и подачей гибким спиральным конвейером на дозирование с возможностью загрузки мукой двух тестомесильных машин. Весь процесс контролируется системой управления компрессорным агрегатом. При этом, в зависимости от мощности предприятия, количество силосов хранения, линий просеивания и линий те-стоприготовления может варьировать.
В результате наших исследований последних лет можно констатировать,
что есть реальные перспективы создания типоразмерного ряда российских компрессорных агрегатов нового поколения, рассчитанных на любые, требующиеся для отрасли варианты пневмо-систем, в том числе вакуумные и нагнетательные. Сейчас мы завершаем стендовые испытания следующего типоразмера компрессорного агрегата с параметрами: Риз6 - до 1 ати, Q = 7-8 м3/мин. Первый такой агрегат будет устанавлен на Опытном хлебозаводе ГОСНИИХП в 2006 г. для проверки работоспособности в условиях реального производства. Планируем продолжить экспериментальные исследования по изучению аэродинамики двухфазных систем мука-воздух для поиска рациональных способов пневмотранспорти-рования и выявления оптимальных режимов их работы.
Таким образом, для пищевых, химических и других предприятий, в основном работающих на устаревшем компрессорном оборудовании, которое имеет неоправданно завышенное энергопотребление и низкие экологические показатели, создание энергосберегающих экологически безопасных технологий для систем пневмотранспорта сыпучих материалов - весьма актуальная задача.
Более подробную информацию см. на сайте www.dosnlihp.ru
