лекція №27

27.1. Загальні відомості.

27.2. Переміщення частки матеріалу в потоці повітря.

27.1. Загальні відомості

Незважаючи на численні загальні ознаки конструктивних елементів систем аспірації і пневмотранспорту, в даний час визначилося чітке розмежування їх функцій.

Системи аспірації створюють розрідження в укриттях технологічного обладнання, перешкоджаючи вибивання пилу в приміщення, видаляють відходи у вигляді пилу, тирси та стружки і подають їх до пиловловлюючого обладнання. Функції систем аспірації зводяться до ефективного і надійного знепилювання повітря в робочій зоні виробничих приміщень і до охорони атмосферного повітря від забруднень пиловими викидами. Системи аспірації можуть бути усмоктувальні або всмоктувально-напірні, в залежності від розташування пилоочисного вузлів по відношенню до вентилятора. Характеризуються вони відносно невеликою концентрацією транспортується суміші.

Системи пневмотранспорту призначаються для передачі матеріалу в технологічних цілях. Оскільки для переносу повітря, в середовищі якого рухається матеріал, витрачається енергія, кількість повітря слід приймати мінімальним, а концентрацію матеріалу, максимально можливої.

У системах аспірації вихідним розрахунковим параметром є кількість повітря, необхідного для створення необхідного розрідження в укриттях. У системах пневмотранспорту вихідною величиною є маса переміщуваного в одиницю часу матеріалу, а його концентрація приймається виходячи з технічних можливостей.

Пневматичним транспортом. або, скорочено, пневмотранспортом називають переміщення подрібнених матеріалів і відходів по воздуховодам в суміші з повітрям.

Пневматичний транспорт широко застосовують для переміщення сухих формувальних матеріалів в ливарному виробництві, бавовни на очисних установках і текстильних фабриках, азбесту при його переробці і багатьох інших подрібнених матеріалів на підприємствах різних галузей промисловості.

Системи пневмотранспорту застосовують також для переміщення відходів, що утворюються при механічній обробці деревини, графіту, металів і інших матеріалів.

Особливо широке застосування системи пневмотранспорту отримали на підприємствах деревообробної промисловості, так як при установці цих систем з'являється можливість поєднувати переміщення матеріалів і відходів з такими технологічними операціями, як сушіння, охолодження, знепилювання і перемішування.

Застосування систем пневмотранспорту спрощує рішення задачі знепилювання робочих місць і прибирання приміщення. Системи пневмотранспорту одночасно виконують роль витяжної вентиляції.

До недоліків систем пневмотранспорту слід віднести обмеження, які накладає на їх застосування вологість матеріалів (наприклад, підвищена вологість тирси), розміри переміщуються шматків і неможливість транспортування злипаються матеріалів. До недоліків цих систем відноситься також вплив на знос всіх їх елементів абразивних властивостей таких переміщуються матеріалів, як пісок, мелена глина, металеві тирса та ін.

27.2. Переміщення частки матеріалу в потоці повітря

Швидкість витання твердої частинки в повітрі. Розглянемо вільне падіння твердої частинки в нерухомому повітрі. Частка, що має массуm, вільно, без поштовху, падає з точки О, яку приймемо за початок координат. Осьх направимо вертикально вниз (ріс.XIII.1.).

Мал. XIII.1. Падіння матеріальної точки в нерухомому повітрі.

Під дією сили тяжіння P = mg частка буде падати, весь час залишаючись на осіх. У перший момент часу частинка буде падати з ускореніемg, але так як повітря чинить опір її руху, через деякий час частка стане падати без прискорення - з постійною швидкістю. Таким чином, швидкість падіння частки в в'язкому середовищі не може безмежно зростати, а з плином часу досягає деякого максимального значення, яке і зберігається в усі наступні часи падіння.

Очевидно, що якщо тверду частку помістити в висхідний потік повітря, то при певній швидкості цього потоку частка "зависне" в ньому, тобто буде витати.

Швидкість висхідного потоку повітря, при якій тверда частинка не матиме вертикального переміщення, дорівнює постійної швидкості падіння частки в нерухомому повітрі. Таку швидкість називають швидкістю витання.

На тверду частку діють дві сили: сила тяжіння P = mg. спрямована вниз, і сила опору повітря (k- коефіцієнт пропорційності), пропорційна квадрату швидкості і спрямована вгору.

При досягненні падаючої часткою постійної швидкості Р = R і, звідки

де g- прискорення вільного падіння, м / с 2.

Опір середовища рухається в ній тілу можна представити у вигляді залежності

де с - коефіцієнт, що є функцією чіслаRe; F- площа проекції тіла на площину, перпендикулярну вектору швидкості, м 2; - щільність середовища (повітря), кг / м 3.

Отже, коефіцієнт пропорційності k дорівнюватиме:

,

а швидкість. (27.3)

.

Для значень числа Rе <1 с достаточной для практики точностью можно приниматьс = 24/Rе.

Підставляючи це значення з при розгорнутому вигляді чіслав формулу (27.3) отримаємо:

,

Для частки має форму кулі:

і отже, вираз (15.4) набуде вигляду

де d - діаметр частинки, м; - щільність матеріалу, кг / м 3; - динамічна в'язкість повітря, Па про с.

Формула (27.5) справедлива лише для частинок, що мають форму кулі, і при значеннях числа Re

Швидкість витання часток, що відрізняються за формою від кулі і мають великі розміри, визначається за емпіричними формулами, справедливим лише для певної форми частинок даного матеріалу.

Для визначення швидкості витання деревних матеріалів або відходів існує кілька емпіричних формул, одна з яких, запропонована Ленінградської лісотехнічний академією імені С. М. Константіновкаа, має вигляд

де а - коефіцієнт, що залежить від форми частинок: при квадратному поперечному перерізі а = 1,1, при прямокутному поперечному перерізі а = 0,9; h - товщина частки, мм; в - щільність повітря, кг / м 3.

Швидкість зрушення. Одиночна частка, що лежить на внутрен-неї поверхні горизонтальної ділянки воздуховода, при деякій швидкості повітряного потоку зсувається зі свого місця і починає переміщатися по довжині воздуховода. Мінімальну швидкість руху повітря, при якій частка почне зміщуватися, називають швидкістю зрушення.

Л.С. Клячко для швидкості зрушення рекомендує наступну формулу:

де - швидкість зрушення частинки, м / с; м щільність матеріалу, кг / м 3.

У момент рушання на лобовій поверхні частинки, зверненої в бік вектора швидкості руху повітря, створюється певний тиск, причому на нижній її частині воно буде більше, ніж на верхній.

При швидкості руху повітря, більшій швидкості зрушення, підйомна сила може перевищити силу тяжіння, і тоді частка відірветься від поверхні стінки воздуховода і виявиться в потоці повітря. Коли тиск знизу і зверху частки зробиться однаковим, частка почне опускатися і знову виявиться на поверхні стінки воздуховода - торкнеться її. Далі картина руху частинки повториться. Подальше збільшення швидкості потоку при-веде до збільшення відстані від одного дотику до іншого.

Відносна швидкість. Перебуваючи в потоці повітря, тверда частинка переміщується зі швидкістю, меншою, ніж швидкість руху повітря. Ставлення швидкості руху частинки, що знаходиться в потоці повітря, до швидкості руху повітря називають відносною швидкістю:

де - швидкість руху твердої частинки матеріалу, м / с, - швидкість руху повітря, м / с.

У момент рушання частки відносна швидкість дорівнює нулю. При швидкості руху повітря, більшій швидкості зрушення, відносна швидкість А завжди менше одиниці. Збільшення швидкості руху повітря призводить до збільшення відносної швидкості і до більш стійкого

руху частинки в потоці повітря.

При деякій швидкості руху повітря в горизонтальному ділянці воздуховода, званої критичної швидкістю, відносна швидкість А набуває максимальне значення.

Критична швидкість руху повітря для горизонтальної ділянки воздуховода залежить від форми і розміру часток, їх щільності, від концентрації суміші і щільності повітря.

Транспортує швидкість. Швидкість руху повітря в повітроводі, при якій відбувається транспортування матеріалу, називають транспортує швидкістю. Ця швидкість повинна бути трохи більше критичної швидкості.

Для знаходження транспортує швидкості деревних матеріалів і відходів ЛТА імені С.М. Константіновкаа запропонована наступна емпірична формула:

де - транспортує швидкість руху повітря в горизонтальному ділянці воздуховода, м / с; с - коефіцієнт, що враховує зниження швидкості переміщення матеріалу в місцевих опорах системи (відводи, трійники та інші елементи системи); для внутрішньоцехових систем з частим розташуванням відводів з = 1,1. 1,15, для міжцехових систем довжиною до 30 м з = 1, 05. 1,1, довжиною понад 30 м з = 1; - масова видаткова концентрація суміші, равнаяGM / Gв; - величина, зворотна середньої відносної швидкості 1 / А; b - коефіцієнт, що залежить від виду матеріалу, що транспортується.

Формула (27.9) може бути застосована тільки для подрібненої деревини при.

При транспортуванні суміші повітря і матеріалу по вертикальних ділянках системи повітропроводів з такою ж швидкістю, як і по горизонтальних, дія сили ваги переміщуваних частинок призводить до збільшення концентрації суміші в вертикальних ділянках. Збільшення тут концентрації суміші буде відбуватися безперервно. При цьому концентрація може значно перевищити розрахункову, в результаті чого вертикальні частини трубопроводів для заб'ються транспортуються матеріалом. Чим більше висота вертикального ділянки, тим більша ймовірність його забивання. Забивання вертикальних ділянок сприяє ще й те, що кожному з них передує відведення, в якому відбувається зниження швидкості руху

Для запобігання закупорки вертикальних ділянок повітропроводів швидкість руху суміші в них. повинно перевищувати швидкості її руху в горизонтальних ділянках на значення швидкості витання

Збільшення швидкості руху в вертикальних ділянках досягається шляхом зменшення їх перетину. Перехід з більшого перетину на меншу слід влаштовувати в кінці горизонтальної ділянки, що передує вертикальному, з таким розрахунком, щоб після переходу до відведення залишалася ділянка стабілізації довжиною, рівній п'яти-шести діаметрам воздуховода.

Витрати енергії потоку на підйом, що транспортується. При проходженні транспортується від низу до верху по вертикальних ділянках повітропроводів на підйом матеріалу витрачається робота.

Напишемо рівняння потужності:

де Lв- об'ємний витрата повітря, м 3 / год; - втрати тиску на підйом матеріалу. па; GМ- масова витрата ма-ла, кг / год; z - висота підйому, м.

Звідси втрати тиску на підйом матеріалу

де - масова видаткова концентрація суміші;

Так як швидкість підйому матеріалу менше швидкості руху повітря і дорівнює то в формулу слід ввести поправку на різницю швидкостей руху матеріалу і повітря. З поправкою на швидкості формула (27.12) набуде вигляду

,

де - швидкість руху повітря в вертикальному висхідному потоці, м / с; - розрахункова швидкість руху матеріалу, м / с; - швидкість витання, м / с.