CC BY
27
УДК 622.273
Г.Э.Вебер, С.Я.Давыдов
ВЫБОР ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ТРАНСПОРТА ПЫЛЕВИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
При выводе пылевидного материала из производственного цикла, например, на Богословском алюминиевом заводе (БАЗ-СУАЛ) возникла задача выбора оборудования для его транспортирования от электрофильтров до силосной башни. Схема расположения течек (в количестве 22 штук) электрофильтров цеха кальцинации, откуда глиноземная пыль будет поступать на конвейер, показана на рис.1.
Параметры транспортируемой глиноземной пыли:
- плотность у = 1,0 т/м3;
- коэффициент трения по стали /с = 0,6;
- температура /= 150-200 "С:
- наибольший размер частиц пыли - 1 - 64 мкм. Для сравнительной оценки авторами были выполнены
расчеты энергоемкости (кВт ч/т) различных видов транспортеров производительностью 16 т/ч на горизонтальном участке длиной 100 м.
Трубчатый скребковый конвейер
1 печв
б
3
2п««|,
1 печь
dt to
Рис.1. Схема расположения течек электрофильтров цеха кальцинации
В связи с необходимостью сбора материала без образования пыли на рабочих участках с большим количеством точек загрузки предлагается внутри цеха кальцинации использовать трубчатый скребковый конвейер (ТСК). При использовании этого вида транспорта груз перемешается непрерывным потоком в трубе 1 (рис. 2 а, б, в). Цепь 2 с прикрепленными к ней скребками 3 приводится в движение от приводной звездочки, вращаемой приводным механизмом б.
Загрузочные 8 и разгрузочные 5 устройства расположены на горизонтальных участках трассы. В конце разгрузочного участка устанавливают очистное устройство 7 (обычно вибрационного типа) для очистки ходовой части от остатков
груза. Цепь натягивают натяжным устройством 4.
К достоинствам ТСК следует отнести конструкции, которая достигается за счет >льзования стандартных труб, цепей и канатов, >чего сечения трубы с высоким коэффициентом юлнеиия, герметичность перемещаемого ¡риала, большое количество точек загрузки, а также большое разнообразие трасс для премещения груза. К недостаткам ТСК относятся быстрое абразивное изнашивание трубы и скребков, особенно на криволинейных участках.
При производительности 16 \г/ч и скорости цепи 0,16 м/с рекомендованы следующие параметры (5):
- наружный диаметр трубы - 219 мм;
- толщина стенки - 6 мм;
- диаметр скребка - 198 мм;
- шаг скребка - 480 - 600 мм;
(кратный шагу цепи 80 - 100 мм)ч
- вес 1 м ходовой части - 173 Н.
Трубчатый скребковый конвейер рекомендуется использовать в совокупности с винтовыми питателями (рис.3). При этом глинозем может подаваться в промежуточный бункер как-непосредствен но с конвейера, так и с использованием ковшового элеватора.
Рис.2. Трубчатый скребковый конвейер: а - схема конвейера, б, в - тяговая цепь со скребками
Трубчатый ленточный конвейер
В 1985 г. фирма КОХ Транспорттсхник (Германия) приобрела лицензию на трубный ленточный конвейер (рис.4) у японского производителя и включила в программу своего производства под именем «Pipe Conveyor» |6]. Зона сворачивания и раскрытия трубы ленты с краями, расположенными внахлест, изолирована. Транспортировка осуществляется без образования пыли и без загрязнения окружающей среды. Самый длинный конвейер КОХ в Европе протяженностью 1,7 км и производительностью 1 млн т/год установлен на горно-обогатительном заводе Аугуст Виктория. Были сооружены трубные конвейеры на цементных заводах Европы, Африки, Азии, Америки.
Во втором полугодии 1996 г. был смонтирован и пущен в эксплуатацию трубчатый ленточный конвейер (ТЛК) для транспортирования шламового пылящего материала длиной 1,5 км и г. Тушсмицс Чешской Республики. Диамсф фубчаюй .юны 400 мм, производиicjib.iocib 1350 м7ч, скорость движения ленты 4,0 м/с. В настоящее время вводится в эксплуатацию подобная
Рис. 3. Схема механического транспорта пылевидного глинозема: 1 - трубчатый скребковый конвейер;
2 - застойные устройства; 3 - разгр>точные устройства; 4 - приводной механизм; 5 - вшгговые питатели; 6 - бункеры электрофильтров; 7 - ленгочный трубчатый конвейер; 8 - промежуточный бутосео
линия в Словацкой Республике. Производительность может составлять от 30 до 7300 м3/ч при диаметре свернутой конвейерной ленты от 150 до 850 мм и скорости ее движения от 2 до 5 м/с. Максимальный размер транспортируемого куска не должен превышать трети диаметра свернутой ленты. В зависимости от длины става и высоты подъема мощность привода для трубчатого конвейера составляет от 5 до 400 кВт. Радиусы поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляют от 30 до 400 м для резинотканевых и От 90 до 850 м дтя резинотросовых лент.
При завертывании ленты в трубу с нахлестом ее кромок уменьшается поперечное сечение, занимаемое материалом. Это приводит к завышению ширины или скорости движения ленты конвейера. Тенденция к вращению ленты вокруг своей оси приводит к просыпи насыпного материала. Обеспечение плотного прилегания кромок ленты создается за счет завышения металлоемкости гусеничного каркаса с большим количеством роликоопор.
С целью повышения надежности герметизации рабочего пространства, расширения технологических возможностей за счет формирования трубчатого сечения ленты на работающих конвейерах и упрощения монтажа предлагается трубчатый ленточный конвейер TJ1K, изображенный на рис.5, 6, 7. ТЛК содержит грузонесущую прорезиненную ленту У, которая на трассе свернута в трубу. Участок загрузки снабжен установленным на шарнире 2 криволинейным желобом 3 под определенным углом к ленте. Это позволяет приравнять скорость
истечения материала по желобу 3 и скорость ленты, что уменьшает пылеобразование. Участок перехода ленты из желобчатого в трубчатое снабжен уплотнением 4. На трассе грузонесущая лента свернута в трубу б опорно-центрирующими узлами 5 с зазором между ее кромками.
Для предотвращения кручения трубы конвейер снабжен корректирующими роликами 7. Участок разгрузки 8 также выполнен герметичным. Пробка движущего материала, зажатая трхбчатой лентой, позволяет прокладывать конвейер по криволинейным участкам с различными углами поворота и подъема. Исключаются потери материала по трассе, уменьшается запыленность
Рис.6. Место крепления защитного кожуха
Рис.7. Опорно-центрируюший узел
рабочих участков. Обладая малым расходом электроэнергии, способностью транспортировать большие потоки материала и на дальние расстояния, конвейер является современной альтернативой пневматическому транспорту.
Рис.4. Поперечное сечение рабочей ветви трубчатого ленточного конвейера
Рис.5. Трубчатый ленточный конвейер
Принцип работы трубчатых конвейеров, основанный на увеличении давления между грузом и лентой, заключается в том, что непрерывно подаваемый на плоскую часть ленты насыпной груз \ влскается ею и обжимается при сворачивании ленты в трубу. Достоинствами конвейеров с тр\бчатой лентой являются герметичность перемещения материала, простота конструкции и
В
высокие скорости транспортирования.
ы-
Существуют самые различные конструкции соединения краев ленты в трубу: клиновые, типа застежки «молния», магнитные, а также ролики и обжимные оболочки.
Трубчатый ленточный конвейер предлагается установить для транспортирования глиноземной пыли из цеха кальцинации до силосной башни, удаленной на 400 м (см. рис.3). Ширина ленты принята равной 0,5 м, и скорость ее движения V = 0,5 м/с.
Ковшовый ленточный конвейер
Для подъема горячего глинозема в силосную башню «БАЗ-СУАЛ» предлагается использовать ленточный ковшовый элеватор с тяговым органом из прорезиненных лент (рис. 8) [1|. Конвейер с ленточным тяговым элементом состоит из следующих основных частей: приводного и натяжного барабанов У и 2, тяговых элементов 3, лотков 4, роликоопор грузовой и холостой ветвей 5 и б , дефлекторных роликов 7, направляющих 8. Приводной и натяжной барабаны У и 2 выполнены из двух ободов, установленных на валу. Роликоопоры рабочей ветви 5 выполнены самоустанавливающимися, т.е. с возможностью поворачиваться вокруг оси опоры под воздействием грузовой ветви. В качестве тягового элемента в конвейере использованы две «бесконечные» рсзинотросовыс ленты шириной 200 мм. В качестве несущего элемента - две «бесконечные» резинотканевые ленты шириной 300 мм.
Конвейер работает следующим образом. В движущиеся горизонтально или наклонно ковши 2 (рис.9) загружается горячий материал. Загрузка может быть непрерывной или порционной в ■зависимости от питателя. Нагрузка ковшей с загруженным материалом передается через ленты / на ролики б, установленные стационарно по всей длине конвейера. Тепло от материала не передается на ленты, так как они расположены по бокам 3 ковшей 2 вне зоны непосредственного контакта. Края каждого предыдущего ковша перекрывают зазор между ними и нависают над краем последующего, что уменьшает просыпи при транспортировке. Установленные на шарнирах 4 с ограниченным поворотом выше центра тяжести ковши могут двигаться горизонтально, наклонно и вертикально. На участках загрузки и разгрузки ленты проходят по ободам барабанов, а ковши - между ними. Тяговые тросовые ленты почти не вытягиваются, упрощается контроль их износа, в особенности лент, работающих при высоких температурах. Зажатые между лентами поперечные связи 5 из пружинистой стали создают жесткость крепления ковшей и жесткость поперечного сечения лент, а также увеличивают срок службы лент при знакопеременных нагрузках от массы 'загруженных и порожних ковшей при движении грузовой и холостой ветвей
Рнс.8. Ленточный ковшовый конвейер
Рис.9. Поперечное сечение ленточного ковшового конвейера
icpa. Возможные прожиги тяговых лент от транспортируемого материала исключены
ше расположения их под несущими лентами. Кроме перевозок горячих материалов конвейер можно использовать на больших >яниях и потоках насыпных материалов, например на борту карьера Наличие непрерывных по бокам ковшей позволяет установить промежуточные приводы. Это дает возможность 1чить длину конвейера без дополнительных перегрузок.
Разработка может быть использована при модернизации работающих на предприятии 1ых ковшовых наклонных элеваторов. Достоинства конвейера: простота изготовления тягового органа, уменьшение энергозатрат и емкости, повышение сроков эксплуатации подвижных элементов; дешевле известных йогов при больших тяговых способностях, такого, как «Carl Schenck» (Германия).
Характеристика конвейера «Carl Schenck»
Транспортируемый материал агломерат
Температура. ° С 500
Насыпная масса, т/м3 2
Производительность. м3/ч 25
Скорость транспортирования, м/с 0,24
Длина ленты, м 62,6
Количество лотков, шт 199
Электродвигатель. кВт 4
Для Норильского горно-металлургического комбината была выполнена модернизация крутонаклонного ковшового конвейера Красногорского завода цементного машиностроения по ТУ 22-3779-76 со следующими техническими характеристиками:
Производительность, т/ч 72
Температура материала. ° С 200
Насыпная масса материала, т/м3 1,6
Мощность электродвигателя. кВт 30
Скорость движения ленты, м/с 0,32
Длина трассы, м 87.7
Высота подъема, м 43,2
Угол подъема наклонной части, град 40
Ширина ковшей, мм 660
Сбор глиноземной пыли из электрофильтров вакуумным транспортом
Расчет проводился на основании разработанной авторами методики и опытных зависимостей, полученных при исследовании процесса пневмотранспорта глиноземной пыли в нагретом до 100 - 150 ° С состоянии на лабораторной установке.
При исследованиях было выявлено, что максимальная критическая скорость наблюдается на участке с вертикальным коленом. Для всасывающей пневмотранспортной системы (ПТС), где плотность воздуха близка к атмосферной, в опытах и расчетах получено значение критической скорости V = 13 м/с. С учетом возможных колебании расхода воздуха принято V = 18 м/с.
Установлснно также, что на всасывающей ПТС устойчивое транспортирование глиноземной пыли без налипания на стенки трубопроводов наблюдается при массовой расходной концентрации материала не более ц = 5 кг/м. С учетом разветвленности трассы принято ц = 4 кг/м .
Из результатов расчетов следует, что общее аэродинамическое сопротивление ПТС составит 357 даПа. При этом следует учесть, что установка должна включать также узел выделения пыли из воздушного потока (циклоны, фильтры или др. агрегаты), сопротивление которых может достигать 200 даПа.
Воздуходувный агрегат (вентилятор), устанавливаемый на данную ПТС с учетом запаса, должен обеспечивать давление не менее 600 даПа при расходе воздуха 4000 м3/ч.
Некоторые рекомендуемые марки вентиляторов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Рекомендуемые вентиляторы для ПТС сбора глиноземной пыли
Марка »см шля юра Полное давление. Па Угловая скорость, об мин Мощность привода. кВт
ВВД № 8 6000 1900 28
30 ЦС - 85 7000 3000 11
ВР6- 28-6. ПВ1 -01 7400 3000 19
Сравнительная оценка по выбору энергосберегающего транспорта
Расчет энергоемкости Р проводился для трубчатого скребкового, трубчатого ленточного, желобчатого с низкими сплошными скребками, винтового конвейеров и вакуумного и нагнетательного пневмотранспорта по формуле [5,21:
Р = N10,
где N - установочная мощность приводного двигателя в кВт; <2 - производительность конвейера в т/ч.
Результаты расчета сведены в табл.2.
Таблица 2
Энергоемкости различных типов транспорта глиноземной ныли
Тип транспорт Энергоемкость. кВт ч/т.
Трубчатый скребковый конвейер 0,53
Желобчатый конвейер с низкими сплошными скребками 0,80
Винтовой конвейер 1,38
Трубчатый ленточный конвейер 0,28
Пневмотранспорт; вакуумный нагнетательный 0,73 3,15
Как следует из табл.2, наиболее энергосберегающим транспортом глиноземной пыли является трубчатый ленточный конвейер.
На многих металлургических предприятиях, в том числе и на «БАЗ-СУАЛ», используется для перемещения пылсобразующих материалов нагнетательный пневмотранспорт. Из табл.1 следует, что этот вид транспорта наиболее энергозатратный. С целью обеспечения транспортирования на большие расстояния (до 3 км) и высоты подъема (до 40 м), а также уменьшения энергозатрат предлагаются некоторые разработки.
Вихревая форсунка
Для камерного питателя авторами разработана запорносмсситсльная вихревая форсунка (рис. 10 ,а, б). Эта форсунка снабжена гильзой У с воздухораспрс делительными отверстиями 2. На гильзу У надеты колпаки 3 друг на друга без зазора с возможностью перемещения вдоль нее под воздействием подающего воздуха Выполнение воздухораспределительных отверстий гильзы по касательной способствует завихрению газа.
В момент загрузки приемной камеры 4 порошкообразным материалом верхние колпаки 3 форсунки под собственным весом и давлением загружаемого материала прижимаются к нижсрасположенным. Форсунка заперта (см.рис. 10,я). При подаче сжатого газа колпаки приподнимаются, образуя каналы 5 (см.рис. 10,6). Движение сжатого газа в камерном питателе по спирали с изменением направления его движения на противоположное способствует хорошей аэрации материала с большей его концентрацией. После опорожнения питателя сжатый газ перекрывается и форсунка тут же самоперекрывается под действием веса колпаков. В этом случае форсунка выполняет функцию обратного клапана . В аварийной ситуации при образовании пробки в трубопроводе и создании противодавления в трассс форсунка также самопсрскрывается.
В зависимости от параметров сжатого воздуха, питателя и транспортного трубопровода проходное сечение воздухоподводящих каналов 5 регулируется путем сдвига заглушки б.
Разработанная форсунка обеспечивает упорядоченное движение транспортируемого материала с повышенной его концентрацией, что позволяет значительно уменьшить расход сжатого воздуха. Так, например, при ее использовании на «БАЗ - СУ АЛ» расход сжатого воздуха снизился до 40 - 50 %.
Ступенчатые пневмолинни
Применение ступенчатых пневмолиний способствует существенному сокращению расхода воздуха. Так, например, применение трехступенчатого трубопровода для пневмолиний длиной 2 км даст сокращение расхода воздуха примерно на 30 % [4]. Для пневмолиний средней длины этот эффект будет меньше и должен уточняться расчетом. Кроме того, уменьшается пылснис перемещаемого материала, увеличивается производительность пневмотранспорта, снижается износ трубопроводов, уменьшается измельчение материала, число завалов пневмопроводов и аварийных остановок системы.
При внедрении системы пневмотранспорта с трубопроводом переменного сечения камеры № 7 цеха кальцинации Уральского алюминиевого завода удельный расход сжатого воздуха снизился до 30 % при почти одинаковых расстояниях и давлении в сети и в камерном питателе.
Трубопровод с аэрирующим устройством
Из практики пневматического транспортирования известно, что количество материала, перемещаемого по трубопроводу сложной конфигурации, ограничивается той предельной концентрацией, при которой ни на каком участке пневмолинни не наступает закупорка.
Для обеспечения стабильной работы транспорта материала с предельными концентрациями применяют устройства, аэрирующие материал в трубопроводе. К ним относятся перфорированные трубы, расположенные внутри транспортного трубопровода. Аэрирующий воздух, выходя из перфорированной трубы, способствует более равномерному распределению материала по сечению трубопровода, что позволяет при заданной скорости воздуха увеличить
6)
Рис.10. Вихревая форсунка: а - запертое положение; б - рабочее положение
кгнцснтрацию и, как следствие этого, производительность установки. При этом ощутимо ухе ныл а юте я затраты энергии на транспортирование.
Некоторые характеристики промышленных трубопроводов, оборудованных эерфорированными трубами, приводятся в табл.3.
Таблица 3
Основные характеристики промышленных трубопроводов с перфорированными трубками
Транспортируемый материал Диаметр трубопро вода, мм Протводи-тельностъ, т/ч Объемный •ее материала. т/и' Дальность фанслортиро вания. м Высота подъема, м Давление, кг/см5 Обций расход воадуха. м'/ч Объемная концентрация материала. кг/ м'
Глинозем 100-125 10 1.0 720 - 2.5 360 27,8
Крахмал (при влажности 22%) 100 10 0,6 180 8 0.8 290 34,4
Порошкообразный поливинил-хлорид 100 15 0,39 180 25 1.5 600 25
Сахар 1ранулиро-ванный 80 4,2 0.9 30 и 250 16,8
Окись титана 70 8,5 0,6 40 3 1.0 1&0 47,2
Фосфаты 100 18 1.3 80 2.5 2.0 4«) 37,5
Во ВНИИМТ [3] разработано и исследовано устройство для аэрации материала в пневмотранспортном трубопроводе, пригодное для установки на трубе и позволяющее вводить снаружи аэрирующий воздух порциально на участках, лимитирующих производительность транспортного трубопровода. Эта цель достигается благодаря тому, что на разгонном участке устанавливаются отдельные секции трубы с пористыми аэрирующими перегородками. Перегородки секций выполняются профилированными по диаметру трубы и, таким образом, не уменьшают ее живого сечения. Для предотвращения выпадения материала в углах поворота последние выполняются также с пористой плитой, через которую подается аэрирующий воздух
Применение пневмолиний с аэрирующими вставками обеспечивает сокращение сжатого возд\*ха до 60 %.
Пневмоподъемннк
Для подъема глиноземной пыли в силосную башню может быть применен также разработанный пневмоподъемннк новой конструкции, отличающийся пониженным расходом сжатого воздуха. Подъемник должен обеспечить следующие показатели работы: - производительность по материалу - 5200 кг/ч;
- высота подъема материала Н-24 м.
Для обеспечения работы пневмоподъемника с высокой концентрацией материала его работа должна быть организована по принципу псевдоожижсния двухфазного потока. Поскольку перевести в режим однородного кипения слой достаточно большой высоты невозможно (из-за интенсивного образования пузырей, вследствие чего движение материала осуществляется с периодическими провалами), необходим каскадный принцип работы пневмоподъемника. Дтя достижения этой цели транспортная труба по всей высоте разбивается на отдельные секции Каждая секция отделяется от соседней диспергирующей решеткой, которая должна выполнять 3 функции:
1) обеспечивать отсутствие провала частиц;
2) являться газораспределительной для организации пссвдоожижснного слоя внутри
секции;
3) разбивать (диспергировать) образующиеся газовые пузыри.
Практика экспериментального исследования пневмоподъемников в лабораторных условиях показывает, что для однородного смешения сплошной и твердой фаз необходимо использование решеток.
Установлено, что даже слой материала незначительной высоты в бункере питания подъемника со свободным истечением может выдерживать высокое давление газа - 1 м до 0,5 атм, что позволяет эксплуатировать подъемник без герметизации бункера питателя. Это значительно упрощает эксплуатацию подъемника и позволяет организовать его непрерывную работу.
Разработанный пневмоподъемник имеет следующие параметры:
- производительность, кг/ч - 5200
- диаметр трубы Дт, мм - 84
- массовая концентрация материала ц, кг/мин -50
- массовый расход воздуха вг, кг/мин -1,73
- живое сечение диспергирующих решеток у, % - 40
- диаметр отверстия (1с мм -5
- шаг между отверстиями 1, мм -7
- эффективность работы г| при р =2 атм, % - 23,8
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. A.C. № 1727993 (SU). Ковшовый конвейер / Давыдов С.Я. и др. - Опу бл. в Б.И. 1992. № 12.
2. Зенков Р.Л., Ивашков И.И., Колобов Л.Н. Машины непрерывного транспорта. - М.: Машиностроение, 1980. -304 с.
3. Кузнецов Ю.М., Шляпников Л.К. Пневмотранспорт железорудного концентрата / Сталь. - 1980. -J61. - С.75-78.
4. Кузнецов Ю.М., С.В. Ли , Шляпников Л.К., Некрасов A.B. Пневмотранспорт жталлургичсских порошков на большие расстояниям / Стать. - 1988. -№ 10. - С. 66-69.
5. Конвейеры: Справочник / P.A. Волков. А Н. Гнутов, В.К. Дьячков и др; под общ. ред. Ю.А. Псртена. - Л.: Машиностроение. 1984. - 367с.
6. Ферль X., Палке П., Шмидт X.. Высокоэффективное и надежное оборудование, технические шшовационные решения проблем цементной промышленности // Цемент. - 1995. - № 3. - С. 8-14.
УДК.622.683:625
СЛ.Фесенко, Б.Н.Оажников, Д.Н.Неугодников, С.А.Ванных
ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ДУМПКАРОВ
Множественность воздействий и различие характера нагрузок, которым подвергается вагон-самосват, предполагает проведение оценки надежности по его отдельным составным частям, так называемым базовым узлам. В этом случае думпкар может быть представлен следующими основными базовыми узлами: ходовая тележка, пневморазгрузочный механизм, верхняя рама с кузовом , автосцспнос и ударно-тяговое устройство, нижняя рама механизм открывания борта, аппаратура автотормоза и рычажная тормозная передача.
Из всего многообразия нагрузок, которым подвергается вагон-самосват в процессе эксплуатации, самыми значительными являются ударные нагрузки, возникающие в процессе погрузки думпкара влияние которых определяет надежность базовых узлов и вагона-самосвата в целом.
Взаимодействие базовых узлов вагона-самосвата с точки зрения влияния на его надежность процесса погрузки представлено на схеме (см.рисунок). Из схемы вытекает, что источником формирования отказов, возникающих от ударных нагрузок, являются узлы, непосредственно воспринимающие и гасящие динамические усилия от ударов горной массы: верхняя рама нижняя рама и механизм открывания борта.
В этом случае расчет вероятности безотказной работы вагона-самосвала будет производиться по формуле
рм -ЛО +3(0-/?(') /ко» О)
