25/19 Solidiłicatiun uf Metais and Alloys, No 25, 1995

Transkrypt

1 25/19 Solidiłicatiun uf Metais and Alloys, No 25, 1995 Krzepniecie Metali i Stopów, Nr 25, 1995 PAN - Oddział Katowice PL ISSN BADANIA WIELKOŚCI PRZEPŁ YWOWYCH URZĄDZEŃ TRANSPORTU PNEUMATYCZNEGO PIĄTKIEWICZ Zbigniew, SZLUMCZYK Henryk, JANERKA Krzysztof Katedra Odlewnictwa, Politechnika Śląska Gliwice, ul. Towarowa 7, POLAND STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki badań transportu pneumatycznego przy wysokich stężen i ach cząstek materiału. Badania przeprowadzono na trzech instalacjach doświdczalnych podczas transportu pneumatycznego piask.'u kwarcowego rurociągami o średnicy 50, 80 i 100 mm, przy długości transportowej 120 m i stężeniu masowym mieszaniny 10 -:- 60. Przeprowadzona analiza statystyczna otrzymanych wyników pomiarów dostarczyła danych do spo rządzenia wykresów i określenia badanych wielkości przepływowych urządzeń w postaci równań regresji korelowanych wyników. Podano również wpływ wielkości geometrycznych i przeplywowwych urządzeń na działanie badanych układów transportu pneumatycznego. l. CHARAKTERYSTYKA OBIEKTÓW BADAWCZYCH Obiektem badawczym (rys. l) jest transport pneumatyczny przy wysokich stężeniach cząstek materiału w rurociągach transportowych o średnicy nominalnej d. = 50, 80 i 100 mm. Każdą instalację badawczą transportu pneumatycznego (rys.!) wypo sażono w urządzenia zasilające do pracy cyklicznej (rys.2) i ciąglej (rys.3) oraz w aparaturę sterującą, regulacyjną i pomiarową. Linie transportowe trzech badanych instalacji doświdczałnych posiadają następujące wspólne cechy geometryczne; długość odcinków prostych rurociągu l'= 120 m oraz 5 luków zmieniających kierunek transportowanego m ate riału o 90" o promieniu gięcia R = 10 d. 2. MATERIAL TRANSPORTOW ANY Badania wstępne ustalające parametry geometryczne i transportowe instalacji badawczych (rys.!) wykonano przy transporcie piasku kwarcowego, bentonitu, pyłu węglowego i popiołu lotnego [l]. Optymalizację pracy transportu pneumatycznego oraz metod obliczeń projektowych przeprowadzono w oparciu o wielkości doświadczalne uzyskane przy transporcie piasku kwarcowego, który jest masowo stosowany w różnych galęziach przemysłu. Charakterystyka doświadczalna transportowanego piasku jest następująca: gęstość wlaściwa Pc = 2630 kg/m 3, gęstość nasypowa P. = 1500 kg/m 3,

2 118 d= 50 ; 80, 100 mm l= 120m S luków 90' przy A/d= lo Rys. l. Schemat instalacji badawczych transportu pneumatycznego. l - urządzenie zasilające, 2 -rurociąg transportowy,3-łuki,4-wziernik,5-zasilacz rurociągu,6-filtr tkaninowy pulsacyjny Fig. l. The layout of experimental instalations of the pneumatic conveying system. 1-feeder, 2-conveyor piping, 3-pipe bends, 4-peep-hole, 5-piping supplier, 6-pulsatory cloth filter. Rys.2. Urządzenie zasilające instalacji badawczej o pracy cyklicznej. Fig.2. The feeding device of the cyclic duty pneumatic conveying test instalation. Rys.3. Urządzenie zasilające instalacji badawczej o pracy ciągłej. Fig.3. The feeding device of the continuous duty pneumatic conveying test instalation.

3 średnica zastępcza cząstek piasku średnia dla calego zbioru d "" 1 0,2 mm (określona na podstawie danych z analizy sitowej), współczynnik kształtu <l> = 0,54, porowatość minimalna warstwy piasku upłynnionego e 1," = 0,62, prędkość unoszenia w" = 2,3 m/s, kąt naturalnego usypu a = 32 stopni OKREŚLENIE WZAJEMNYCH RELACJI WIELKOŚCI DOŚWIADCZALNYCH 3.1. Iloraz prędkości fazy stalej do gazowej Korzystając z danych pomiarowych uzyskanych na stanowiskach doświadczalnych (rys.!,2,3) określono iloraz średniej prędko ści fazy stalej i gazowej z zależności [2]: c \V IV ~ [ - p -p al a2 W o g Pc ~lnpal ll8 P2 Pa2 (l) w której: P. 1, Pu2 - ciśnienie absolutne powietrza odpowiednio na po c zątku i na końcu rurociągu transportowego, Jl = mjm 3 - stężenie masowe mieszaniny, I - długość zastępcza linii transportowej, p 2, p, - gęstość odpowiednio powietrza na korku rurociągu transportowego i piasku kwarcowego, wu=2,3 m/s, w 0 =1h/Ap 1 - prędkość odpowiednio unoszenia frakcji ziaren piasku kwarcowego i powietrza na początku rurociągu odniesiona do calego przekroju rurociągu transportowego, g=9,81 m /s 2 - przyspieszenie ziemskie, Korelację zmiennych przebieg równania regresji c/w = f(j.l) dla 3-ch średnic rurociąg u (d = 50, d = 80 i d = 100 mm) podano na rys.4. Prosta regresji korelowanych wyników: c/w = (a/b)jl + a przy uzyskanych współczynnikach a=o,l176 b=31,89 ma postać: c/w = * Jl (1.1) 3.2. Porowatość mieszaniny. Porowatość mieszaniny w rurociągu transportowym zdefiniowana ilorazem przekroju wolnego A między cząstkami 8 fazy stalej do całkowitego przekroju rurociągu A, można napisać w postaci: 0,3 l o, o. l l vf Vr l r1 D lll D 40 9J fil/' 2 / l 1 Rys.4. Zależność ilorazu prędkości c/w od stężenia mieszaniny. Fig. Dependence of the veloci ty ratio c/w on the mixture concentration. e = Ag A ll p l l+ : (2)

4 120 Zależność (2) umożliwia obliczenie porowato śc i w przewodach transportowych za pomocą określonych doświadczalnie współczynników a, b i wielkości /l-. p 1, Pc Korelacje zmiennych i przebieg równania regresji e = Hii-J dla 3-ch średnic rurociągu (d =50, d = 80, d =100 mm) podano na rys.s. Równanie regresji korelowanych wyników e = Hii-J ma postać : e = * J.!o.s (2.1) 3.3. Prędkość powietrza na początku rurociągu transportowego Średnia prędkość powietrza na początku rurociągu transportowego określamy z równania masowego wydath.'u: E 0,8 l ~ J! J 0,7l... l_ l XJ EDó"" Rys.S. Zależność porowatości e od stężenia mieszaniny. Fig.S. Depedence of the porosity e on the mixture concentration. J.J. e A p 1 (3) Analizując wyniki pomiarów dla 3-ch średnic rurociągu (d = 50, 80 i 100 mm) ustalono następującą zależność: w 1 = do,j wu2,so J.!o,2s ( 3.1) Korelację zmiennych i przebieg równań regresji w 1 = f(jj.) i w 1 = f(mj dla 3-ch średnic rurociągu (d =50, d = 80, d =100 mm) podano na rys. 6 i 7. Równania regresji korelowanych wyników w 1 = f(!j.) i w 1 = f(mj mają postać: W * J.lo.s wl = * me" 5 (3.2) (3.3) 1() J t"' Rys.6. Prędkość powietrza w 1 na początku rurociągu transportowego w funkcji stężenia mieszaniny. Fig.6. Air velocity w 1 at the conveying piping inlet versus mixture concentration. Rys.7. Prędkość powietrza w 1 w funkcji wydatku materiału m,. Fig. 7. Air velocity w 1 at the conveying piping inlet versus material outpul m,.

5 Wydatek materiału Zależność wydatku materialu transportowanego od jego prędkości i porowatości na poczatku ruro c iągu transportowego określa zależność: (4) Korelacje zmiennych i przebieg równania regresji ri1, = f(c1) dla 3-ch średnic rurociągu podano na rys.8. Równanie regresji korelowanych wyników m, = j(c ) 1 ma postać: ~,----,---,,----,----, oj m, = * C/ (4.1) ,0 c, ;;./s 4.5. Spadki ciśnień w rurociągu transportowym. Spadki ciśnień t:..p 1 _ 2 w rurociągu transportowym (rys.l) określa zależność [2] : f:.. p l - 2 = p al - p al = p a2 (e X - l) Rys.8. Zależność wydatku materialu m, od jego prędkości C 1 Fig.8. Depedence of the material outpul m, versus its vetocity C 1 (S) w której : p al = p a2 e", f.l (~l _ p al - P al) X = g P, _L..: L a(~+l)~ b g p2 Korzy s tając z danych doświadczalnych JJ., {3, p. 1, p. 2 z równania (5) otrzymano obliczeniowe wielkości t:..p 1 2 = f(jj.). Wyniki pomiarów wielkości spadków ciśnienia t:..p 1 _ 2 i jednostkowych spadków ciśnień t:..p,_/1 w zakresie badanych stężeń masowych mieszaniny podano na wykresach rys.9 (t:..p 1 _ 2 = f(jj.)), rys. lo. (f:..pj-/l = f(jj.)). :~ 1 l l l ' ': l l Rys.9. Zależność spadku ciśnienia t:..p 1 _ 2 od stężenia mieszaniny. Fig_9_ Depedence of the presure drop t:..p 1 _ 2 on mixture concentration. Rys. l O. Zależność jednostkowych spadków ciśnień t:..p 1 _il od s tężenia mieszaniny. Fig. lo. Depedence of the specific presure drop t:..p 1 jl on mixture concentration.

6 122 Równania regresji korelowanych wyników dla 3-ch średnic rurociągu mają postać: Ap 1 _ 2 = * p. (5.1) Ap 1 _/ł = * p. (5.2) 3.6. Stężenie mieszaniny w zależności od długości zastwczej ruróciągu transportowego Dla przeprowadzonego obszaru badań parametrow instalacji doświadczalnych transportu pneumatycznego piasku kwarcowego, z za l e żności [2] : a(ł: + l)~ In P al + P al - P a [ = b ~8P2 Pa1 8Pc w.f w. określono związek stężenia masowego mieszaniny p. od zas tępczej dlugo śc i l transportu pneumatycznego przy dysponowanych spadkach ciśnień llp 1 2 = 300 kpa (rys. li). Rys.11. Zależność p. od dlugości zastępczej l przy spadku ciśnienia Ap 1 _ 2 dla d= l 00. Fig. l l. Depedence of the equivalent lenght l on the p. and the presure drop Ap 1 _ 2, d= l 00. LITERATURA l. Pi ą tkiewicz Z., Szlumczyk H., Janerka K. "Pneumatic conveying in industrial aplications", I-nt International Scientific Conference, ZN PAN, Septernber Piątkiewicz Z., Szlumczyk H., Janerka K. "Transport pneumatyczny przy wysokich s tężenia c h cząstek materiału". Projekt badawczy Nr , Gliwice Piątkiewicz Z. "Transport Pneumatyczny", Poradnik Inzyniera. Odlewnictwo, rozdz XX, WNT, Warszawa AN ANALYSIS OF PNEUMATIC CONVEYING SYSTEM CAPACITIES This work brings about results of the pneumatic conveying system working at high concentrations of material particles. Three experimental installations equipped with pipings of 50, 80 and 100 mm diameters and 120 m lenght were tested. The conveyed material was quartz sand and the mass concentration of the mixture was in the range from 10 to 60. The statistical analysis of obtained results yielded data enabling preparations of graphs and evaluation of transport capacities of instalations in the from of regresion equations of correlated results. The influence of geometrie factors and transport capacities of installations on operation of tested systems of pneumatic conveying.