Исследование явления завала трубопроводов пневмотранспортных систем Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

рев,

2003

УДК

© А.А. Погонин, Л.И. Понома-

В.И. Рязанов, В.А. Тимирязев,

621.926

A.А.

нов,

B.А.

Погонин, Л.И. Пономарев, В.И. Ряза-

Тимирязев

ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЗАВАЛА ТРУБОПРОВОДОВ пневмотранспортных

II. 1к ж

—СИ''

■ ■ невматический транспорт является одним из наибо-I I лее эффективных и экологически приемлемых ви--^дов транспортировки сыпучих материалов на предприятиях различных отраслей промышленности. Но, к сожалению, он пока еще обладает целым рядом проблем, затрудняющих его применение.

Одной из основных проблем является необходимость использования большого количества электроэнергии. Это объясняется тем, что производительность напрямую связана с давлением в транспортирующем трубопроводе и скоростью движения потока. Желание увеличить производительность вызывает необходимость увеличения расхода газа, т.е. повышения скорости транспортировки, а это, в свою очередь, вызывает увеличение мощностей насосных станций. В свою очередь, увеличение скорости транспортировки вызывает повышенный износ трубопроводов, т.к. транспортируемый материал зачастую обладает очень высокими абразивными свойствами. Снижение же скорости транспортировки зачастую ведет к закупориванию трубопроводов вследствие завалов материала, что особенно проявляется в местах поворота трубопроводов.

Завал - это закупоривание транспортирующего трубопровода перемещаемым материалом, которое возникает вследствие неустойчивого процесса транспортирования. В гладкой трубе с увеличением расстояния транспортировки возникают нестационарные процессы, приводящие к разделению материало-газового потока и различной формы транспортировки. Так, в работах некоторых авторов (1), эти явления объясняются уменьшением расстояния между частицами при увеличении концентрации твердой фазы. Вследствие этого, частицы попадают в гидродинамический след впереди летящих частиц и увеличивается скорость их витания из-за уменьшения лобового сопротивления. В результате частицы выпадают из потока.

Некоторые авторы считают, что увеличение скорости транспортировки вызывает увеличение турбулентности потока, в результате чего увеличивается требуемая мощность насосных станций и повышается вероятность завалов.

Однако, это суждение нельзя считать полностью достоверным. Практика показывает, что с увеличением длины трубопроводов происходит «успокаива-ние» потока. На частицу, помимо воздействия воздуха действует сила р = mg, в результате чего поток начинает разделяться на фазы с изменением концентрации материала по диаметру трубопровода. При этом на частицы действуют силы трения о стенки трубопровода и внутреннего трения в потоке. Скорость частицы падает и возрастает вероятность завала, особенно при

изменении вектора движения вследствие изгиба трубопровода. Поэтому необходимо увеличить воздействие потока на частицу, а, следовательно, возникает вероятность получения всех, описанных выше, негативных явлений.

Для разработки экономичной и надежной системы трубопроводного транспорта требовалось снизить скорость до минимально возможной величины, исключающей возможность закупоривания трубопровода. Для исследования возможности возникновения завала было использовано уравнение неустановившейся фильтрации газа. Вывод уравнения основан на использовании закона Дарси и дифференциального уравнения неразрывности. В воздушно пылевом потоке выделялся элементарный объем в форме параллелепипеда с гранями дх, ду и & , параллельными соответствующим координатам. Полученное уравнение для одномерного пространства имеет вид:

с д г дх

где с - коэффициент; г - коэффициент пористости среды; р - давление; р - плотность.

Рассматривая равновесное состояние завала, получаем условие устойчивости:

д» 4[т]

<

дх D

где Т - касательное напряжение; D - диаметр трубопровода.

Совместное решение полученных уравнений позволяет определить длину завала, который будет сдерживать заданное давление:

£ =

(/0 - Р2) 8 Ро [т]

D.

где р 1 - давление в начале трубопровода; р 0 - давление в конце трубопровода.

Данное уравнение дает малое значение £ , поэтому вероятность возникновения завала в трубопроводе очень велика.

Но это приемлемо в тех случаях, когда движение потока в трубопроводе установилась и, вследствие отсутствия внешних воздействий, проходит разделение по плотности в поперечном сечении.

Решение этой проблемы предлагается осуществить за счет внешнего воздействия на поток. На особо опасных участках, а возможно и на всей длине трубопровода, на перемещаемый в воздушном потоке сыпучий материал воздействуют остронаправленные под определенным углом к оси трубопровода воздушные потоки. Для большей эффективности они располагаются на трубопроводе по элементам спирали в шахматном порядке и создают турбулентные завихрения, препятствующие разделению потока по плотности.

Экспериментальные исследования показали, что исполь- на 35% - 40% при увеличении производительности за счет зование предлагаемого решения позволяет, при прочих рав- увеличения плотности потока до 50%. ных условиях, снизить скорость транспортировки материала

--СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Zenz F.A. Othmer D.F. Fludization and Fluid-partical System, 1960.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Погонин А.А. — доктор технических наук, профессор, Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов. Пономарев Л.И. — нач. производственно-технического отдела Белгородского цементного завода.

Рязанов В.И. — кандидат технических наук, доцент, Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов. Тимирязев В.А. — доктор технических наук, профессор, Белгородская государственная технологическая академия строительных материалов.