WYNIKI BADAŃ PARAMETRÓW TRANSPORTU PNEUMATYCZNEGO DLA TYPOWYCH ZASTOSOWAŃ ODLEWNICZYCH

Transkrypt

1 2/5 Archives of Foundry, Year 2002, Volume 2, 5 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2002, Rocznik 2, Nr 5 PAN Katowice PL ISSN WYNIKI BADAŃ PARAMETRÓW TRANSPORTU PNEUMATYCZNEGO DLA TYPOWYCH ZASTOSOWAŃ ODLEWNICZYCH J. DAŃKO 1, A. FEDORYSZYN 2 Wydział Odlewnictwa AGH ul. Reymonta 23, Kraków STRESZCZENIE W odlewnictwie transport pneumatyczny jest integralną częścią typowych instalacji stosowanych w układach regeneracji i klasyfikacji osnowy piaskowej mas zużytych. W referacie przedstawiono wyniki badań pionowego transportu pneumatycznego, uzyskane przy użyciu przenośników doświadczalnych, wchodzących w skład instalacji przeznaczonej do cieplnej regeneracji osnowy piaskowej z zużytych mas formierskich. Na podstawie prowadzonych badań ustalono zakresy wartości roboczych prędkości powietrza oraz opracowano dane dotyczące ważnych elementów konstrukcyjnych instalacji, takich jak: dystrybutor powietrza, komora fluidyzacyjna zasilacza, zespół odbioru nosiwa itp. Key words: air conveying systems, testing of vertical pneumatic conveyor, range of air velocity value, air classifier 1. WPROWADZENIE Prowadzone, na Wydziale Odlewnictwa, prace z regeneracji obejmują również zagadnienia klasyfikacji przepływowej, realizowanej przy użyciu klasyfikatorów kaskadowych oraz przenośników pneumatyczno-grawitacyjnych [3 7, 9]. Stwierdzono, że w przypadku wielokrotnej regeneracji najkorzystniejszy efekt uzyskuje się, gdy odzyskiwana osnowa jest poddawana wstępnemu i międzyoperacyjnemu odpylaniu. Wykazano, że bardziej intensywny przebieg procesu 1 prof. dr hab. inż., jd@uci.agh.edu.pl 2 dr hab. inż., alfa@uci.agh.edu.pl

2 20 ścierania otoczek materiału wiążącego z powierzchni ziaren występuje w środowisku pozbawionym frakcji pyłowych, co jest także zgodne z badaniami Trawińskiego i in. [2]. Początkowo badania transportu pneumatycznego prowadzono dla potrzeb projektowych PRODLEW O/Kraków pod kątem opracowania międzyoperacyjnego transportu pionowego w prototypie agregatu ARM3-4G do termicznej regeneracji osnowy piaskowej [9]. Prowadzono również badania transportu innych materiałów [3]. Technika badań oraz metodyka opracowywania wyników odpowiadały danym literaturowym [1,8,10]. 2. ZAKRES I WYNIKI BADAŃ PIONOWEGO TRANSPORTU PNEUMATYCZNEGO Badania obejmowały wyznaczenie charakterystyk układu dozującego nosiwo do komory zasilacza fluidyzacyjnego, dla umożliwienia oceny natężenia strumienia piasku transportowanego pionowo w określonych warunkach. Wyznaczono ponadto maksymalną zdolność transportową przenośnika pionowego, a także charakterystyki oporów przepływu mieszaniny piaskowo-powietrznej. Charakterystyki te podają zależność spadków ciśnienia odniesionego do jednostkowej długości przenośnika, w funkcji prędkości przepływu powietrza w przewodzie transportowym (rys.1). Uzyskane dane posłużyły do wyznaczenia optymalnych prędkości przenoszenia, dla których uzyskano najniższe straty ciśnień dla wszystkich wartości natężenia przepływu nosiwa. Wyznaczone wartości określają zarazem dolną granicę zakresu prędkości roboczych. Do badania transportu pionowego użyto nosiwa o charakterystykach przedstawionych w tabeli 1. Tabela 1. Charakterystyka materiałów stosowanych w badaniach transportu pneumatycznego pionowego Table 1. Characteristic of materials handled adopted in vertical pneumatic transport testing piasek Zębiec piasek Żwirek pył koksowy pył węglowy średnia wielkość ziaren, d h, mm 0,229 0,606 0,111 0,145 gęstość materiału, kg/m 3 - właściwa, usypowa liczba fluidyzacji LF=u z /u f 36,8 27, Wyniki badań opracowano dla parametrów mieszczących się w zakresie wartości podanym w tabeli 2. Wyniki badań opracowane graficznie pozwoliły na określenie wartości G s =f(u) dla najmniejszego stosunku ( p/l) min - rysunek 2. Optymalne prędkości transportu dla nosiwa o średnim wymiarze ziaren, wynoszącym d h = 0,229 0,606 mm, przyjmują wartości od 11,5 do 15,5 m/s. Zapewnia to uzyskanie wydajności transportowej piasku 2,5 8 Mg/godz.

3 21 Tabela 2. Wartości wybranych wskaźników eksploatacyjnych doświadczalnego przenośnika Table 2. Operating values of chosed indicators of experimental pneumatic Rodzaj nosiwa Piasek Zębiec piasek Zębiec pył koksowy pył węglowy Zakres prędkości powietrza u, m/s 6,0 16,0 6,0 16,0 5,2 18,7 8,4 18,7 Natężenie przenoszenia nosiwa G s, kg/m 2 s Max. wydajność transportu W, Mg/godz 9,0 10,0 8,5 9,0 6,0 5,0 Wartość koncentracji v, kg/kg H, mm H c, mm D, mm 57,5 26,0 H k, mm D k, mm h, mm d, mm Rys.1. Schemat instalacji doświadczalnej transportu pneumatycznego: 1-dystrybutor, 2-komora fluidyzacyjna, 3- komora pneumatyczna, 4- przewód transportowy, 5- króćce pomiarowe, 6- komora rozładowcza, 7- cyklon, 8- filtr tkaninowy, 9- zbiornik, 10- dozownik bębnowy, 11- zsyp nosiwa. Fig.1. Scheme of pneumatic transport experimental installation: 1-air distributor, 2-fluidisation chamber, 3- pneumatic chamber, 4- transportation pipe, 5- measuring connector, 6- unloading chamber, 7- cyclone, 8- fabric filter, 9- surge tank, 10- rotary feeder, 11- material handled chute. Zbadano również wpływ różnych dystrybutorów powietrza oraz warunków wprowadzania materiału do przewodu transportującego na interesujące wielkości. Stosowano dystrybutory zarówno przelewowe, jak i nieprzelewowe. Wykazano, że uzasadnione jest stosowanie dystrybutorów o szczelinach zapewniających ukierunkowanie strumienia fluidyzującego powietrza.

4 Jednostkowe natężenie przenoszenia nosiwa Gs, kg/m 2 s D = 57,5 mm: 1 - piasek o d h =0,229 mm 2 - piasek o d h=0,606 mm 3 - pył węglowy o d h =0,145 mm 4 - pył koksowy o d h =0,111 mm D = 26 mm: 5 - piasek o d h =0,229 mm Prędkość powietrza u opt., m/s Rys.2. Zależność jednostkowego natężenia nosiwa o różnej wielkości ziaren od prędkości transportowej powietrza dla dolnego zakresu stosunku ( p/l) min Fig.2. Dependence of specific material handling flow ratio from air velocity obtained for lower range of ( p/l) min relation Maksymalna wydajność transportowa instalacji była zależna od wysokości wlotu do konfuzora oraz jego średnicy d. Stwierdzono, że przy d/d k = 0,734 oraz h/h k = 0,12 występują najkorzystniejsze warunki zasilania przewodu transportującego [9]. 3. BADANIA EFEKTÓW KLASYFIKACJI PRZEPŁYWOWEJ W procesach regeneracji realizuje się również wyodrębnianie ziaren osnowy o określonej wielkości. Rozdział granulometryczny jest prowadzony najczęściej przy użyciu klasyfikatorów przepływowych. Klasyfikatory te charakteryzują się prostą budową, łatwą eksploatacją i możliwością uzyskiwania założonych, wysokiej skuteczności. Przedmiotem badań były klasyfikatory kaskadowe oraz fluidyzacyjne, schematycznie przedstawione na rysunku 3. Dane dotyczące dwóch zastosowanych klasyfikatorów kaskadowych były następujące: wymiary kolumny 0.16 x 0.16 m i 0.29 x 0.29 m (powierzchnia przekroju odpowiednio m 2 i m 2 ). Mniejszy klasyfikator był wyposażony w podajnik śrubowy i charakteryzował się koncentracją masową c = uzyskiwaną w zakresie prędkości powietrza u = m/s przy wydajności nie przekraczającej 0.8 Mg/godz. Większy klasyfikator, osiągający wydajność 7 10 Mg/godz., charakteryzował się porównywalnymi wartościami koncentracji masowej c.

5 23 Obróbka klasyfikacyjna objęła szereg materiałów ziarnistych stosowanych na osnowę mas, a mianowicie: piaski odlewnicze o zróżnicowanych gęstościach (kwarcowy, chromitowy) oraz wielkościach ziaren, zużytą masę formierską kierowaną do regeneracji osnowy oraz gotowy regenerat. Zakres badań obejmował wyznaczanie charakterystyk badanych materiałów tj. funkcji składu ziarnowego oraz wielkości charakteryzujących proces klasyfikacji. W oparciu o funkcje rozdziału wyznaczano takie podstawowe parametry jak: granica i ostrość rozdziału [4 6]. Rys.3. Schematy stanowisk do badań procesu klasyfikacji: 1 - klasyfikator grawitacyjny, kaskadowy, 2 - klasyfikatory pneumatyczno-grawitacyjny (fluidyzacyjny), 3 - klasyfikator z rozdzieloną przestrzenią separacyjną. Fig.3. The layout of experimental installations for the pneumatic classification: 1 - cascade classifier; 2 - airslide classifiers, 3 - airslide classifiers with specially shaped separation volume. Konstrukcja klasyfikatorów i ich oprzyrządowanie umożliwiają realizację rozdziału ziaren ze względu na ich masę (wielkość ziaren i gęstość) oraz ocenę jakości

6 24 produktów w zależności od: prędkości strumienia powietrza, składu ziarnowego materiału wyjściowego, natężenia i sposobu podawania materiału do klasyfikatora. Uzyskiwane w szerokim zakresie wartości parametrów klasyfikacji, a przede wszystkim granice i ostrości rozdziału wskazują na duże możliwości klasyfikatorów kaskadowych, które ze względu na prostą budowę i skuteczną pracę powinny powszechnie być stosowane przy obróbce granulometrycznej materiałów ziarnistych, a zwłaszcza zregenerowanej osnowy piaskowej z zużytych mas formierskich. Klasyfikatory fluidyzacyjne spełniają również warunki dla efektywnego odpylania regeneratu. Ich predyspozycje do realizacji tego zadania wynikają między innymi z możliwości uzyskania szerokiego zakresu wartości koncentracji przy danej prędkości czynnika fluidyzującego, za pomocą zmiany wymiarów warstwy i pochylenia dna perforowanego (dystrybutora czynnika fluidyzującego). Ważną, dodatkową możliwość sterowania procesem klasyfikacji w oparciu o pomiary obserwowanych zmian w granulometrii obrabianego nosiwa, zapewnia specjalna budowa rynien fluidyzacyjnych. Własne, oryginalne rozwiązanie polega na wprowadzeniu elementów rozdzielających przestrzeń separacyjną (rys. 3-wersja 3). Tego rodzaju klasyfikator fluidyzacyjny można zastosować do sterowania pracą regeneratora w zblokowanym układzie: regenerator-klasyfikator pneumatyczny. W oparciu o pomiary obserwowanych zmian w granulometrii obrabianego nosiwa z dwóch odcinków: początkowego i końcowego rynny, można spowodować zmiany natężenia strumieni podawanego nosiwa i powietrza, a ponadto kąta pochylenia rynny [7]. 4. PODSUMOWANIE Przeprowadzone badania parametrów transportu pneumatycznego dla typowych zastosowań odlewniczych pozwoliły na opracowanie koncepcji kontroli procesu klasyfikacji osnowy ziarnowej w urządzeniach rynnowych. Rozdzielenie strumieni zapylonego powietrza pozwala na zebranie informacji o przebiegu procesu klasyfikacji ziaren. Parametrami sterującymi są sygnały o ilości drobnoziarnistych frakcji odciąganych z poszczególnych sekcji poziomego klasyfikatora. Parametrami sterowanymi są natomiast te, które decydują o czasie i intensywności oddziaływania powietrza na warstwę fluidyzowanego nosiwa. Do praktycznego rozwiązania zaproponowanej koncepcji zaproponowano zastosowanie klasyfikatorów, w postaci rynien fluidyzacyjnych do wstępnej obróbki masy zużytej kierowanej do regeneratora, a także do obróbki końcowej zregenerowanej osnowy piaskowej. Zadaniem wstępnej obróbki jest jej odpylenie, polegające na rozdzieleniu zarówno drobnoziarnistych frakcji, jak również produktu gruboziarnistego. Zadaniem obróbki końcowej jest również wyodrębnieniu produktu o zadanym zakresie wymiarów ziaren. Efektywność rozdziału mogłaby być zwiększona przez stosowanie końcowego klasyfikatora grawitacyjnego, np. kaskadowego.

7 25 LITERATURA [1] Bandrowski J., Raczek J., Białecki M., Popowicz J.: Aerodynamika pionowego transportu pneumatycznego materiałów sypkich. Doświadczalna weryfikacja i uogólnienie modelu pionowego transportu pneumatycznego układów polidyspersyjnych. Inzynieria Chemiczna i Procesowa, 4, 3, s. 437 (1983). [2] Dańko J.: Bodzoń L., Dańko J. Żurawski L.: Podstawy teorii maszyn odlewniczych - Maszyny do przygotowania materiałów i mas formierskich. Wyd. AGH Nr 919, Kraków 1984, s [3] Dańko J., Fedoryszyn A. i in.: Określenie parametrów transportu pneumatycznego, pionowego z warstwą sfluidyzowaną dla wybranych materiałów: pyłu węglowego i koksu. Ekspertyza nr. 1256/80 Zespołu Rzeczoznawców STOP. Kraków (1980). [4] Fedoryszyn A.: Parametry obróbki regeneratu w pneumatycznych klasyfikatorach przepływowych. Krzepnięcie Metali i Stopów, nr 43, s PAN. Katowice (2000). [5] Fedoryszyn A.: Koncepcja sterowania procesem mechanicznej regeneracji osnowy piaskowej mas. Krzepnięcie Metali i Stopów. Krzepnięcie Metali i Stopów, nr 26, s PAN. Katowice (1996). [6] Fedoryszyn A.: Charakterystyka przeciwprądowych klasyfikatorów pneumatyczno-grawitacyjnych. A Characteristic of Counterflow Classifiers of Pneumatic Gravitational Type. Krzepnięcie Metali i Stopów, nr 39, s. 43. PAN. Katowice (1999). [7] Fedoryszyn A., Dańko J., Smyksy K.: Rynna do obróbki materiałów ziarnistych. Patent nr P Urząd Patentowy RP (2002). [8] Gajewski W., Gorski M.: Unoszenie grubych ziaren w pionowym transporcie pneumatycznym. Krzepnięcie Metali i Stopów, nr 39, s. 51. PAN. Katowice (1999). [9] Gregoraszczuk M., Dańko J., Fedoryszyn A.: Badania doświadczalnej instalacji fluidalnego transportu pionowego. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej. Mechanika, z.66. s Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice (1978). [10] Piątkiewicz Z.: Transport Pneumatyczny. Wyd. Politechniki Śląskiej. Gliwice (1999).

8 26 THE RESULTS OF PNEUMATIC TRANSPORTATION PARAMETERS TESTING FOR TYPICAL FOUNDRY APPLICATION SUMMARY In the article the results of vertical pneumatic conveyor testing are presented. The experimental installation was mainly destined as a supplemental device for thermal reclamation of used silica sand. On the background of carried out tests the range of air velocity values for proper classification run was estimated. The data concerned important design details such as air distribution system, fluidisation chamber dimensions, feeder, etc were also elaborated. Recenzował Prof. Stanisław Jura