книги / Транспортные машины и комплексы
..pdfВИНТОВЫЕ КОНВЕЙЕРЫ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Винтовой конвейер (рис. 73) состоит из желоба с полукруглым днищем, внутри которого на подшипниках установлен винт, удер живаемый от прогибания подвесными подшипниками. При враще нии вала материал передвигается вдоль оси желоба.
Винтовые конвейеры применяют главным образом на обогати тельных и брикетных фабриках для транспортирования пылевид ных материалов на небольшие расстояния (до 40 м). Иногда одновре менно с транспортированием эти конвейеры выполняют техноло гические функции, например перемешивание. Винтовые конвейеры используются также в качестве питателей.
Желоб конвейера выполняют из отдельных секций длиной 2000 или 4000 мм, изготовленных из листовой стали толщиной 3—8 мм, в зависимости от диаметра винта и абразивности перемещаемого груза. Сверху желоб закрывают крышками.
Винты могут быть сплошными, спиральными, лопастными и фа сонными. Типичным является сплошной винт, состоящий обычно из полого вала, к которому приварены лопасти из листовой стали. Отдельные секции винта (длиной 1500—3000 мм) соединяют муф тами, средние части которых образует шейки для подвесных под шипников. Концевые подшипники винта устанавливают снаружи желоба. Осевые усилия воспринимаются упорным подшипником (обычно шариковым и реже гребенчатым), который устанавливают на разгрузочном конце конвейера, чтобы винт работал на растя жение. Лопасти винта штампуют из листовой стали толщиной 4—8 мм. Для абразивных материалов иногда применяют винты, состоящие из отдельных литых секций из отбеленного чугуна.
Для перемещения кускового или налипающего материала ло пасти выполняют в виде спирали, свернутой из стальной полосы, прикрепляемой к валу радиальными стержнями. Для транспор тирования слеживающихся материалов, когда необходимо их перемешивание, применяют винты с фасонпьтми лопастями.
§ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Основными величинами, характеризующими винтовой кон
вейер, являются диаметр |
винта D |
и |
шаг |
винта |
S. |
По |
|
ГОСТ 2037—75 винты имеют D = 150, |
200, |
250, |
300, |
400, |
500 |
||
и 600 мм; шаг винта S = |
(0,8 ч- 1,0) D. |
|
|
|
|
||
Производительность |
|
|
|
|
|
|
|
<? = |
бо |
, |
т/ч, |
|
|
|
|
где D и S — соответственно |
диаметр и шаг винта, |
м; |
|
|
|||
п — частота вращения винта, об/мин; |
|
|
|
l — концевой разгрузочный патрубок; 2 — смотровой люк; 3 — подвесной подшипник; 4 — загрузочный патрубок; 5 — винт; 6 — промежу точный разгрузочный патрубок с задвижкой; 7 — желоб
рн — насыпная плотность материала, кг/м3;
ф— коэффициент заполнения, зависящий от абразив ности и сыпучести материала; для абразивных ма териалов (кокс, зола) ф = 0,125, для мелкого угля
Ф= 0,3;
с— коэффициент, учитывающий наклон конвейера.
Углы наклона конвейера, градус |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
Значения коэффициента, с |
1,0 |
0,9 |
0,8 |
0,7 |
0,65 |
Частоту вращения винта принимают в зависимости от диа метра и свойств перемещаемого материала
п = , об/мин,
где К = 60, 45 и 30 — соответственно для легкого и тяжелого не абразивного и тяжелого абразивного ма териала.
Диаметр винта для кусковых материалов, определенный из условия обеспечения заданной производительности, проверяют по наибольшим линейным размерам кусков: D ^ 12атах для сор тированных материалов и й ^ 40атах для несортированных ма териалов, где атах — максимальный размер кусков.
Мощность на валу конвейера
iVo = l % - ( Ь т Щ ± Щ , к В т ,
где Q — производительность конвейера, т/ч;
LT — длина горизонтальной проекции конвейера, м;
w0 — коэффициент сопротивления движению; для угля w 0 = = 2,5, для цемента w0 = 3,2, для сильно абразивного
материала |
w0 = |
4; |
|
|
|
|
|
|
Н — высота подъема, |
м. |
|
|
|
|
|
||
Мощность двигателя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
кВт, |
|
(161) |
||
где ц =■ 0,8-f-0,85 |
— к. п. д. |
привода, |
а |
крутящий |
момент на |
|||
валу винта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М = |
965- jy°- , |
Н м . |
|
|
|||
Осевое усилие винта |
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
М 0 |
, |
н |
, |
|
||
|
Р = |
|
(162) |
|||||
|
г tg (a - f -ф ) |
где г — радиус центра давления, принимаемый ориентировочно (0,7 -г- 0,8) радиуса наружной окружности винта, м;
a — угол подъема винтовой линии, градус;
Ф— угол трения груза о поверхность винта; для расчетов следует принимать ф = 45°
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ТРАНСПОРТНЫЕ УСТАНОВКИ
Пневматические и гидравлические транспортные установки, в которых материал перемещается по трубам в потоке воздуха пли жидкости, относятся к транспортным устройствам непрерыв ного действия. Этот вид транспорта часто называют трубопровод ным.
Принцип действия пневматических и гидравлических транспорт ных установок основан на использовании свойств потока газа или жидкости оказывать давление на помещенные в них тела, а при соответствующей скорости поддерживать их во взвешенном со стоянии и перемещать.
§ 1. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ТРАНСПОРТНЫЕ УСТАНОВКИ
Пневматическая транспортная установка в общем случае со стоит из трубопровода, по которому вследствие разности давле ний в начале и в конце его движется смесь воздуха с материалом —
Рио. 74. Схемы пневматических транспортных установок:
а — всасывающая; б — нагнетательная; в—комбинированная закладочная
аэросмесь, питателя, подающего материал в трубопровод, разгру зочного устройства, где происходит осаждение материала, и филь тра для очистки воздуха перед выпуском в атмосферу.
По способу получения разности давлений в начале и в конце трубопровода пневматические транспортные установки разделяют на всасывающие, нагнетательные и комбинированные.
Во всасывающей установке (рис. 74, а) воздух вместе с материа лом через сопло 1 засасывается в трубопровод 2 и поступает в от делитель 3, где при резком уменьшении скорости потока мате риал осаждается. Воздух из отделителя поступает в фильтр 4, очи щается в нем и, пройдя вакуум-насос 5, выталкивается в атмосферу. Осажденный в отделителе и фильтре материал ссыпается в ниж нюю коническую их часть и разгружается через шлюзовой за-
твор 6. Перепад давления во всасывающих установках не превы шает 0,04—0,05 МПа (0,4—0,5 кгс/см2), поэтому их применяют для транспортирования сравнительно легких материалов на небольшие расстояния.
В нагнетательной установке (рис. 74, б) материал подается через специальное щлюзовое загрузочное устройство (питатель) 7 в трубопровод S, по которому движется поток воздуха, создава емый воздуходувной машиной (компрессором) 11. От компрессора в рабочий трубопровод воздух проходит через воздухосборник 10 и влагоотделитель 9. Перепад давления в нагнетательных установ ках обычно 0,1—0,5 МПа (1—5 кгс/см2), поэтому их можно приме нять для транспортирования сыпучих материалов на значительные расстояния.
В комбинированной установке (рис. 74, в) одна часть работает на всасывание, другая — на нагнетание.
Пневматические транспортные установки в горной промышлен ности используются в основном для доставки закладочного мате риала в выработки, для обеспыливания аппаратов и машин и др. Известны успешные опыты применения пневматических транспорт ных установок для выдачи мелких классов угля из шахты на по верхность. При пневматической закладке материал выбрасывается
ввыработанное пространство, поэтому отделитель и фильтр от сутствуют, но применяется пылеподавление.
Диапазон производительности и расстояния транспортирова ния пневматическими транспортными установками весьма широк;
вотдельных случаях производительность установок при переме щении мелких фракций насыпных материалов составляет 250— 300 т/ч, а дальность транспортирования — 2 км.
Достоинства пневматического транспорта: минимальные потери материала, возможность перемещения груза в горизонтальном, наклонном и вертикальном направлениях, компактность и хоро шая приспосабливаемость к местным условиям (рабочий трубо
провод можно проложить практически в любом месте), высокая степень автоматизации процесса транспортирования.
К недостаткам относятся быстрый износ отдельных элементов установки (вращающихся частей питателя, колен трубопроводов и др.) и большой расход электроэнергии.
Определение скорости воздуха. Процесс перемещения сыпучего материала в потоке воздуха отличается большой сложностью. При движении воздуха вдоль твердых тел возникает силовое взаимодействие, которое всегда приводит к возникновению вихрей.
Поэтому при пневматическом транспортировании турбулент ное движение аэросмеси является основной формой движения. На любой выделенный объем потока действуют объемные и поверх ностные силы. К первым относятся силы тяжести и инерции, ко вторым — нормальные силы, обусловленные вязкостью и турбу лентным трением. Касательными силами являются силы физиче ской вязкости.
Основным параметром пневматической транспортной установки является скорость движения аэросмеси по трубопроводу, которая зависит от массы воздуха и диаметра трубопровода. Скорость должна быть такой, чтобы материал на всем протяжении трубопро вода перемещался без образования местных скоплений — «пробок».
Скорость потока, соответствующая этому условию, называют критической. Следовательно, в любой пневматической транспорт
ной установке |
действительная скорость по |
||
тока аэросмеси должна быть равна или |
|||
больше критической. |
|
|
|
Определение |
критической скорости при |
||
пневматическом транспортировании |
теорети |
||
ческим путем связано с |
большими трудно |
||
стями. Поэтому ее обычно определяют для |
|||
конкретных материалов |
опытным |
путем. |
|
В общем случае на частицу материала, |
|||
помещенную в восходящем потоке вертикаль |
|||
ного трубопровода, действуют сила тяжести |
|||
GMи сила воздействия на эту частицу потока |
|||
воздуха Рс (рис. 75). Опытами установлено, |
|||
Рис. 75. Схема взаимо что |
|
|
|
действия воздушного по |
Рс = W |
(ув — И)2, Н, |
(163) |
тока и материала |
|||
где Ф — коэффициент, |
зависящий от |
формы тела |
и состояния |
его поверхности; рв — плотность воздуха, кг/м3;
F — площадь миделева сечения (площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную скорости потока), м2;
vB — скорость воздуха, м/с;
и— скорость тела, м/с.
Взависимости от соотношения сил GMи Рс возможны три слу чая (потерей в весе тела, помещенного в воздушную среду, прене
брегаем): 1) сила |
JPC> G m— тело движется вверх; 2) сила Рс <' |
||||
< GM — тело движется вниз; |
3) |
сила Рс = |
GM (если |
тело не |
|
имело начальной |
скорости, то |
оно |
находится |
в покое). |
|
Так как скорость воздушного потока практически не является постоянной, то при Рс = GM частица колеблется относительно какого-то среднего положения, т. е., как говорят, «витает». Ско рость воздушного потока us, соответствующую этому состоянию, называют скоростью витания.
Вследствие разнообразной формы частиц перемещаемых ма териалов тела неправильной формы условно заменяют «эквивалент
ными шарами», которые имеют тот же объем и массу. Тогда |
|
* * g L = *£!£iL v,' |
(164) |
где рм — плотность материала, кг/м3, откуда |
|
" • - / т ^ Г ' и/с- |
<165> |
Для материалов минерального происхождения, имеющих форму шара, ф = 0,23 [171; тогда, произведя вычисления, получим
„ , = / - 2 ^ £ = |
. , м/с. |
(166) |
Для тел произвольной формы |
|
|
vs = C |
М/с, |
(167) |
где С — коэффициент, учитывающий |
крупность |
кусков. |
По данным [171, для тяжелых кусковых закладочных материа лов коэффициент С в зависимости от размера кусков можно при нимать по табл. 21.
Т а б л и ц а 21
|
Значение коэффициента крупности кусков С |
|
|||||
Размер кусков, |
мм |
0,5 |
1,0 |
5,0 |
10,0 |
20,0 |
30,0 и более |
Коэффициент С |
|
1,0 . |
1,0 |
0,9 |
0,8 |
0,7 |
0,6 |
В вертикальном потоке частицы материала перемещаются во взвешенном состоянии. При перемещении по горизонтальному тру бопроводу движение во взвешенном состоянии, как показывает опыт, возможно только при мелких материалах, а в общем случае при пневматическом транспортировании типично перемещение материала по горизонтальному трубопроводу скачками.
Для получения скачкообразного движения частиц рабочая скорость потока должна превышать скорость витания:
V* = nvs, м/с, |
(168) |
где п > 1 — коэффициент, принимаемый в зависимости от скоро сти витания и расстояния транспортирования.
Для закладочных материалов в виде дробленых горных пород коэффициент п можно принимать от 1,5 до 2.
На работу транспортных пневматических установок влияет массовая концентрация смеси, т. е. соотношение количества ма териала и воздуха, проходящего через данное сечение трубопро вода в единицу времени:
|
__ <?м |
кг |
материала |
|
(169) |
|
^ ~~ QB 9 |
кг |
воздуха |
9 |
|
|
|
||||
где |
Qhi— производительность пневмотранспортной установки, кг/ч; |
||||
|
QB— масса воздуха, кг. |
|
|
|
|
Чем больше концентрация, тем меньше расход воздуха. Однако |
|||||
при |
чрезмерно высокой концентрации наблюдается закупоривание |
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
22 |
Значения длин трубопроводов, |
эквивалентных коленам |
|
||||
Угол отклонения трубопровода, |
8—12 |
15 |
20 |
30 |
40 |
50 |
градус |
||||||
Эквивалентная длина L , м |
3 |
10 |
12 |
15 |
25 |
50 |
трубопроводов, особенно в местах закруглений. Поэтому ре жим работы установки окончательно принимается после монтажа
и опытной |
эксплуатации. |
20 н- 50; для закладочных материалов |
||||
|
Для мелкого угля р, = |
|||||
\i = 6 -г- 10 (120—200 м? |
воздуха на 1 т материала). При расче |
|||||
тах |
принимают плотность воздуха при |
нормальном |
состоянии |
|||
рв |
= 1 ,2 кг/м3. Объем протекающего воздуха можно |
выразить |
||||
через скорость |
и площадь поперечного сечения трубопровода: |
|||||
|
|
|
VB= |
= 3600 5 ^ 2 ., |
м8, |
(170) |
откуда диаметр |
трубопровода |
|
|
|||
|
|
|
d=~\f3600пув ’ М* |
|
|
|
|
Падение |
давления в |
трубопроводах. |
Диаметр трубопровода |
не должен быть меньше 2,5-кратного размера наибольших кусков. Сопротивление трубопровода преодолевается за счет энергии, освобождающейся при расширении движущегося воздуха, что со провождается падением давления. Последнее определяется отдель но для воздухопроводов и для рабочих трубопроводов, по кото рым движется аэросмесь.
В общем случае трубопроводы состоят из горизонтальных, на клонных и вертикальных участков, а также колен, задвижек и про чих, так называемых местных сопротивлений. Поэтому для каж дого участка трубопровода падение давления определяется в от дельности.
Местные сопротивления заменяют эквивалентной длиной гори зонтального трубопровода (табл. 22), получая для каждого участка приведенную длину трубопровода. Расчет начинают с выхлопного конца трубопровода.
Падение давления в трубопроводе происходит из-за преодоления статических сопротивлений (сил трения) и сообщения кинетиче ской энергии воздуху и материалу, а также из-за затраты энергии на подъем аэросмеси в наклонных и вертикальных трубопрово дах. Статические потери в воздухопроводе определяют по форму лам газовой динамики.
Падение давления при движении аэросмеси больше, чем при движении чистого воздуха, и зависит от концентрации смеси, крупности и формы кусков, плотности, скорости транспортиро вания и размеров трубопроводов. Как показали опыты, па дение давления в горизонтальных трубопроводах, по которым движется аэросмесь, при прочих равных условиях, находится в линейной зависимости от падения давления при движении чис того воздуха и весовой концентрации.
Статические потери
|
A?-=V^wn^+p?-',*'Mna' |
<172> |
|||
где VB — объем перемещаемого воздуха, м3; |
|
||||
R = |
29,3 — газовая постоянная; |
|
|
||
Т° (К) — абсолютная |
температура окружающей среды; |
||||
X = Xо (1 + |
ф[х) — коэффициент |
сопротивления |
движению |
аэро |
|
Lnp = L + |
|
смеси; |
длина трубопровода, м; |
|
|
Ьэкв — приведенная |
|
||||
|
F |
поперечное сечение трубопровода, м2; |
|
||
|
р — давление в начале рабочего трубопровода, МПа; |
||||
|
d — диаметр трубопровода, м; |
трубопровода, |
|||
|
р 2 — давление на конце рабочего |
||||
|
|
близкое к атмосферному, принимаемое в сред |
|||
|
|
нем 0,125 МПа; |
|
|
|
|
ср — коэффициент, являющийся функцией скорости |
||||
Динамическое |
и диаметра трубопровода [17]. |
|
|
||
падение давления |
|
|
|||
|
Ардан = -дд- рв (! + Ро^)10-в, МПа, |
|
(173) |
где ро = 0,25 0,64 — коэффициент, учитывающий скорость ма териала, которая меньше скорости воз духа.
Для наклонного и вертикального трубопроводов падение да вления на подъем аэросмеси можно считать в р, раз большим, чем для чистого воздуха:
Ар„акл = ЦРв#, МПа. |
|
(174) |
Полное падение давления в системе |
|
|
Ар = ДрмЧАрдИНЧАрнакл -f-Армаш |
1, МПа, |
(175) |
где А/?маш — потери давления в 'питателе, ориентировочно |
Армаш= |
|
= 0,02-f-0,03 МПа, что примерно эквивалентно поте |
||
рям в прямом трубопроводе на |
длине 45 м. |
|
Давление, создаваемое компрессором, должно быть больше на величину потери давления в воздухопроводе от компрессора до питателя.
Основные элементы пневматических закладочных установок. Основным и наиболее ответственным элементом нагнетательной пневматической транспортной установки является загрузочное устройство — питатель. В пневматических установках для заклад ки выработанного пространства питатель принято называть
Загрузочный
бункер
Из Воздушной магистрали
11
взакладочный
трубопровод
—
Рис. 76. Камерная закладочная машина ПЗМ-1М
закладочной машиной. Принцип действия всех пневматических закладочных машин шлюзовой, т. е. они пропускают в трубопровод закладочный материал и препятствуют утечке сжатого воздуха.
Камерная пневматическая закладочная машина с автоматиче ским управлением ПЗМ-1М (рис. 76) состоит из двух камер, загру зочной воронки и ячейкового колеса, приводимого во вращение двигателем через редуктор. Клапаны открываются поворачива нием в сторону с помощью поршней цилиндров 3 и 4. Для обес печения плотного прилегания клапанов к воронкам предусмот рены вертикальные поршни. В нижней камере на вертикальном валу установлено ячейковое колесо, приводимое во вращение от двигателя через редуктор. Для уравнивания давления в камерах при перепуске материала предусмотрен золотник 7. Машина пере