7/39 Solidification of Metals and Alloys, Year 1999, Volume 1, Book No. 39 Krzepnięcie Metali i Stopów, Rok 1999, Rocznik 1, Nr 39 PAN Katowice PL ISSN 0208-9386 CHARAKTERYSTYKA PRZENOŚNIKÓW PNEUMATYCZNYCH W ASPEKCIE ZASTOSOWAŃ W ODLEWNIACH GREGORASZCZUK Mirosław Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Mechanizacji, Automatyzacji i Projektowana Odlewni Kraków, ul. Reymonta 23 STRESZCZENIE Przenośniki pneumatyczne znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, również w odlewnictwie. Przedstawiono skrótowy rys rozwoju przenośników pneumatycznych także w naszym kraju. Omówiono ogólną charakterystykę takich przenośników oraz ich nosiw, jak również przenośników pneumatycznych sfluidyzowanego nosiwa a także tzw. rynny wibrofluidyzacyjnej agregatu wieloczynnościowego. W podsumowaniu podkreślono ważniejsze dane charakteryzujące przenośniki pneumatyczne. 1. WPROWADZENIE Przenośniki z czynnikiem pośredniczącym stanowią odrębną grupę nośników charakteryzujących się dwufazowym przemieszczaniem fazy stałej oraz gazu lub cieczy. W mechanizacji transportu wewnętrznego odlewni zastosowanie znajdują przenośniki z fazą gazową (pneumatyczne). Fazą stałą są wówczas piasek lub masa formierska, bentonit czy pył węglowy, zaś tzw. transport pneumatyczny staje się kolejnym z licznych pneumatycznych urządzeń zmechanizowanych odlewni. Ponadto idea przemieszczania materiałów czy pyłu w strumieniu powietrza wykorzystywana jest w odlewniach w procesach podawania materiałów, regeneracji oraz klasyfikacji piasku, modyfikacji ciekłego metalu czy odpylania.
70 2. RYS HISTORYCZNEGO ROZWOJU PRZENOŚNIKIÓW PNEUMATYCZNYCH Pomysł wykorzystania powietrza jako czynnika pośredniczącego znalazł realizację w warunkach przemysłowych w drugiej połowie XIX wieku. Pierwsze pneumatyczne urządzenie do wyładunku zboża z ładowni okrętu powstało i zostało opatentowane w Anglii w roku 1893. Było to [1] zaledwie 25 lat później od ogłoszenia pracy o transporcie materiałów sypkich na taśmie "bez końca" (pomysł przenośnika taśmowego - inż. Lyster). Przenośniki pneumatyczne nie są więc nowością w mechanizacji transportu. Rezultatem praktycznego zastosowania opatentowanego urządzenia pneuma-tycznego do wyładunku zboża było niemal pięciokrotne skrócenie czasu w stosunku do ówczesnych metod wyładunku. Tak znaczące osiągnięcie, przy dostrzeganych wówczas do-datkowych ułatwieniach i korzyściach, przyczyniły się do zainteresowań możliwościami transportu pneumatycznego. Ówczesne próby rozwiązań przenośników pneumatycznych nie były jednak zachęcające, głównie z uwagi na niską ich sprawność oraz dużą energochłonność. Natomiast pneumatyczne urządzenia do rozładunku ulepszano i coraz szerzej stosowano. Stąd w 1930 roku pneumatyczny rozładunek zboża z okrętów stanowił już 90% całości tego rodzaju rozładunku. Zainteresowanie i postępy w zakresie transportu pneumatycznego umożliwiały poszerzanie jego zastosowania przemysłowego, zwłaszcza tam gdzie konieczny był masowy transport materiałów sypkich czy drobnoziarnistych przy znacznych odległościach przemiesz-czania. Dotyczyło to przykładowo takich gałęzi przemysłu jak: rolno-spożywczy, drzewny czy ceramiczny. W młynarstwie sprężone powietrze jako czynnik pośredniczący umożliwia bardziej kompleksowe jego wykorzystanie zarówno w transporcie jak też w procesach techno-logicznych (np. oddzielanie zanieczyszczeń z ziaren, separacja ziarna i międzyproduktów przemiału). W Polsce, w roku 1958 rozpoczęto wprowadzenie transportu pneumatycznego w krajowych młynach. Pierwsza instalacja powstała w Kamionkach koło Torunia, a jej wypo-sażenie wykonano w Toruńskich Zakładach Młynarskich, w oparciu o własną dokumentację. Próby zastosowania przenośników pneumatycznych w odlewniach nie są zbyt odległe w czasie i pozostawały w związku z zaostrzaniem wymogów w zakresie poprawy warunków sozologicznych. Przenośniki taśmowe jako uniwersalne i podstawowe nośniki stosowane w różnych gałęziach przemysłu, w tym powszechnie w odlewniach, nie spełniają wszelkich współczesnych wymogów. Dotyczy to zwłaszcza problemów pyłu czy przesypów nosiwa sypkiego. Z tych powodów transport pneumatyczny jest korzystniejszy, natomiast dyskusyjne pozostają zagadnienia eksploatacji, w tym zwłaszcza energochłonność, czy niezawodność jego działania. Prace rozwojowe dotyczące transportu pneumatycznego prowadzono w wielu krajach, dostosowując tego rodzaju przenośniki do różnych odmian nosiw, także do takich jakie występują
71 w odlewniach. W Polsce również prowadzono badania i opracowywano dane dostosowujące transport pneumatyczny do potrzeb odlewni. Należy tu wymienić przede wszystkim prace naukowobadawcze oraz patenty i opracowania Katedry Odlewnictwa Politechniki Śląskiej w Gliwicach czy w mniejszym zakresie Katedry Mechanizacji Odlewni Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Projektowaniem i opracowywaniem dokumentacji transportu pneumatycznego dla odlewni zajmowały się biura projektowe PRODLEW, zwłaszcza oddziały w Warszawie i Krakowie. Kompleksowe rozwiązania, produkcja urządzeń oraz całych instalacji transportu pneumatycznego były i pozostają zadaniami FUMOS w Skierniewicach 3. CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA 3.1. Nosiwa Nosiwa, czyli materiały transportowane przy użyciu przenośników pneumatycznych to przede wszystkim materiały suche bądź o ograniczonym zawilgoceniu nie wykazujące tendencji do zlepiania się jego cząstek, a ponadto o ograniczonej granulacji i temperaturze. Problemy mogą stwarzać materiały kruche lub silnie ścierające a wśród nich piasek kwarcowy a tym samym masy formierskie. W porównaniu do innych nosiw transportu pneumatycznego takich jak zboże, mąka tytoń, trociny, sieczka, nawozy sztuczne, dekstryna czy glinka - piasek kwarcowy jest szczególnie uciążliwym nosiwem. Problemem może być również konieczność dostosowywania parametrów funkcjonowania przenośnika w przypadku zmian jakości czy właściwości nosiwa. 3.2. Przenośniki pneumatyczne Klasyfikacja przenośników pneumatycznych [1,2] uwzględnia jak wiadomo system realizacji transportu (ssący, tłoczący lub ssąco-tłoczący), wartość ciśnienia (nisko-, średnio- i wysoko ciśnieniowe), bądź związaną z nim tzw. koncentrację nosiwa. Koncentracja zwykle określana, jako stosunek objętościowy lub ciężarowy ilości transportowanego materiału do ilości niezbędnego powietrza - jest podstawowym i szczególnym kryterium transportu pneumatycznego charakteryzującym względy techniczne i ekonomiczne jego działania. Dobór jej wartości uzależniony jest od systemu transportu, sprężu powietrza, rodzaju nosiwa oraz odległości transportowania i decyduje o poprawności działania prze-nośnika. Należy podkreślić złożoność zjawisk zachodzących w transporcie pneumatycznym. W następstwie tego, większość zależności obliczeniowych ma charakter empiryczny, a zakres ich
72 wykorzystania jest ograniczony do relatywnie wąskiego zakresu danych doświadczalnych (koncentracja, granulacja nosiwa, czy średnica przewodów). Wybór typu instalacji przenośnika pneumatycznego, a zwłaszcza wykonanie poprawnego jego projektu uzależnione jest od adekwatnej oceny warunków miejscowych instalacji oraz doświadczeń projektanta popartych danymi z eksploatacji funkcjonujących rozwiązań. Z a l e t y przenośników pneumatycznych są jak wiadomo liczne i dotyczą przykładowo: ułatwienia w instalowaniu i przystosowywaniu do warunków obiektu przy nie zajmowaniu powierzchni produkcyjnej i możliwościach obsługi różnych miejsc odbioru lub zasilania. Zachowanie hermetyzacji instalacji to unikanie strat nosiwa w czasie transportu oraz rozprzestrzeniania pyłu i zanieczyszczeń. Transport ssący materiałów ziarnistych czy pylastych jest rozwiązaniem sprawnym, szybkim i ekonomicznym. Możliwości automatyzacji lub włączenia do sterowania programowego przenośników pneumatycznych są korzystne, przy czym w niektórych przypadkach takie zabiegi mogą być niezbędne. Połączenia przenośników pneumatycznych z innymi przenośnikami, jako częściowe trasy sieci transportu znajdują uzasadnienie w oparciu o analizę techniczną i ekonomiczną. W a d y są nieliczne, jednak nie mogą być pomijane. Relatywnie duża energochłonność powinna być rozpatrywana w aspekcie kosztów związanych z problemem odpylania i zanieczyszczenia hal w odniesieniu do alternatywnych środków transportowych. Zużywanie się przewodów i ewentualnie osprzętu jest następstwem wyższych prędkości transportowania oraz niekorzystnych cech nosiw. Ograniczenia dotyczące rodzaju i stanu nosiw, czy rozdrabnianie nosiw kruchych - uzupełniają powyższe. Z a s t o s o w a n i a przenośników pneumatycznych odnoszą się dziś do wielu gałęzi przemysłu takich jak: chemiczny, ceramiczny, szklarski, rolno-spożywczy, drzewny, materia-łów budowlanych czy metalurgiczny. Są także wykorzystywane w ciepłownictwie i w elektro-wniach. W odlewnictwie, pomimo podkreślonych problemów dotyczących takich nosiw jak piasek kwarcowy, zastosowanie przenośników pneumatycznych jest stosunkowo duże. Trudne warunki pracy w odlewniach sprzyjają stosowaniu tych urządzeń stąd liczne oferty producentów przenośników pneumatycznych. Aktualna krajowa produkcja instalacji transportu pneumatycznego (FUMOS Sp z o.o - Skierniewice) obejmuje przenośniki: pneumatyczne nisko- i średnio ciśnieniowe tłoczące i ssące (te ostatnie także ssąco-tłoczące) oraz wysokociśnieniowe a także aeracyjne rynnowe i
73 przewodowe, a ponadto liczne urządzenia jak podajniki komorowe, zawory, dysze, zasuwy, łuki i inne. Szczególnie ważną rolę i to w dużym zakresie zastosowań spełniają urządzenia transportu pneumatycznego w przeładunkach materiałów. 4. PRZENOŚNIKI PNEUMATYCZNE SFLUIDYZOWANEGO NOSIWA Korzystne cechy fluidyzacji przyczyniły się do jej wykorzystania, także w odniesieniu do przemieszczania takich materiałów które można wprowadzić w stan sfluidyzowany. Prace badawcze jak też praktyka eksploatacji tego rodzaju przenośników wykazały, że przy prostej ich budowie osiąga się korzystne wskaźniki ekonomiczne dotyczące zwłaszcza energo-chłonności czy wyraźnego zmniejszenia zużycia elementów kontaktujących się z nie-korzystnym oddziaływaniem nosiw. A e r c y j n e czyli pneumatyczno-grawitacyjne przenośniki rynnowe bądź przewodowe przemieszczają nosiwo zgodnie z kierunkiem pochylenia (0.031-0103 rad) lub poziomo a nawet przy nieznacznym pochyleniu w górę. Istotne jest wywołanie i podtrzymanie pseudopłynnego stanu nosiwa, zwłaszcza w rejonie dystrybutora powietrza. Przy niewielkich rozmiarach i możliwości znacznej odległości transportowania, przenośniki takie charakteryzuje niska energochłonność, niski koszt inwestycyjny, pewność działania i hermetyczność, przy równomiernej i dużej wydajności [3]. W czasie transportu możliwa jest realizacja odpylania oraz w ograniczonym zakresie schładzania, podgrzewania czy suszenia nosiwa. Problemem może być duża różnica poziomów pomiędzy miejscami załadunku i odbioru nosiwa, wynikająca z pochylenia rynny oraz dużej odległości transportowania. Krajowa produkcja urządzeń aercyjnych to pochyłe przenośniki przewodowe o średnicach 80-150 mm oraz rynnowe. Przenośniki z e w s t ę p n ą f l u i d y z a c j ą nosiwa przed wprowadzeniem go do przewodu [4] są odmianą transportu pneumatycznego średniociśnieniowego. Fluidyzacja występuje przy doprowadzeniu powietrza pod dystrybutor i znajdujące się na nim nosiwo oraz charakteryzuje się utworzeniem z niego pseudofazy zbliżonej właściwościami do jednorodnej cieczy w ruchu. W tego rodzaju przenośnikach pionowych, prędkości powietrza i cząstek nosiwa wynoszą w przybliżeniu 13-15 m/s; w innych przenośnikach pneumatycznych prędkości powietrza są wyższe od prędkości cząstek transportowanego nosiwa. Specyficzną wersją przenośnika pneumatycznego o ograniczonej długości jest r y n n a w i b r o f l u i d y z a c y j n a będąca główną częścią składową oryginalnego a g r e g a t u w i e l o o c z y n n o ś c i o w e g o [5]. Pomysł i patent [7] takiego agregatu, a następnie wykonanie tego
74 rodzaju urządzenia modelowego oraz kompleksowe badania zrealizowane w AGH - umożliwiły stwierdzenie, że skutecznie realizowane są operacje oddzielania zanieczyszczeń, chłodzenia i odpylania formierskich mas używanych Na szczególne podkreślenie zasługuje wysoka skuteczność operacji oddzielania (85-95%) zachodzącej w czasie transportu masy formierskiej, bądź w końcowym jej ciągu transportowym. Jak wiadomo dotychczasowe metody oddzielania charakteryzują się znacznie niższą skutecznością i oddzielają tylko materiały magnetyczne. 5. PODSUMOWANIE Przenośniki pneumatyczne nie należą do uniwersalnych transporterów, stanowią jednak istotną alternatywę transportu zwłaszcza nosiw proszkowych i sypkich. Są i będą z powo-dzeniem stosowane w różnych gałęziach przemysłu, także w odlewnictwie. Piasek odlewniczy i masy formierskie jako główne nosiwa transportu pneumatycznego w odlewniach charakteryzują się wprawdzie niekorzystnymi cechami - to jednak liczne zalety takiego transportu przy trudnych warunkach pracy odlewni stanowią o jego przydatności. Relatywnie duża energochłonność przenośników pneumatycznych powinna być rozpatrywana w powiązaniu z istotnymi problemami odpylania i przesypów czy rozsypywania nosiw sypkich jakie występują przy użyciu innych typów przenośników. Zapewnienie herme-tyczności instalacji pneumatycznej eliminuje pył czy przesypy, natomiast dodatkowe urządzenia innych przenośników niezbędne do eliminacji powyższych powodują, że łączna zainstalowana moc jest porównywalna a niekiedy nawet niższa w odniesieniu do przenośników pneumatycznych. Należy podkreślić, że w zakresie zadań przeładunkowych w odniesieniu do transportu kolejowego, drogowego czy wodnego, urządzenia transportu pneumatycznego spełniają szczególne i niełatwe do zastąpienia funkcje. Odmiany przenośników pneumatycznych, takie jak aeracyjne czy ze wstępną fluidyzacją nosiwa, dzięki licznym zaletom a zwłaszcza niskiej energochłonności, prostej budowie, dużej i równomiernej wydajności, czy ograniczonemu oddziaływaniu nosiw twardych lub silnie ścierających - będą znajdować coraz szersze zastosowanie. W tym zakresie, na uwagę zasługuje również oryginalna rynna wibrofluidyzacyjna stanowiąca część składową agregatu wieloczynnościowego opracowanego i poddanego badaniom w AGH. Poszerzają się także dalsze możliwości transportu pneumatycznego, przykładowo transport nosiw wysokoenergetycznych, transport w pojemnikach czy kolej pneumatyczna [6].
75 LITERATURA [1] Gregoraszczuk M.: Mechanizacja odlewni. Cz. I. Mechanizacja transportu. Wyd. AGH. Kraków, 1999 [2] Gregoraszczuk M.: Maszynoznawstwo odlewni. Wyd. AGH. Kraków 1994 [3] Gregoraszczuk M., Fedoryszyn A.: Podstawowe obliczenia przenośników aercyjnych. Przegląd Mechaniczny nr 22/1974, s. 761-764 [4] Gregoraszczuk M., Dańko J., Fedoryszyn A.: Badania doświadczalnej instalacji fluidalnego transportu pionowego. Międzynarodowa Konferencja pt. Transport pneumatyczny 78. Zesz. Nauk. Polit. Śląskiej w Gliwicach. Mechanika z. 66/1978, s. 109-121. [5] Gregoraszczuk M., Fedoryszyn A.: Ustroistwo i rabota ustanovki dla separacji i ochłażdienia otrabotnych formovocznych smiesiej. Konf. Maszinostoitielej. Karaganda, Kazachstan 1991 s. 81-84 [6] Piątkiewicz Z.: Rozwój transportu rurowego. Zesz. Nauk. Politechniki Śląskiej, 1997, z 128., s. 119-130 [7] Patent nr 98510. Sztefko F., Dańko J., Pitak W., Dyrda S., Bodzoń L. Fedoryszyn A.: Urządzenie do oddzielania zanieczyszczeń z materiałów polidyspresyjnych. W-wa 1982. CHARACTERISTIC OF PNEUMATIC CONVEYORS IN ASPECTS OF THEIR USING IN FOUNDRIES SUMMARY Pneumatic conveyers are often used in many branch of industry also in mechanisation of handling operations in foundries. An outline of development of pneumatic conveyor also in Poland are presentend. General characteristic of such devices as well as handling materials has been done. Specially some design of vibroslide with fluidised bed has been described. In summary some data concern wiht different type of pneumatic conveyors has been given.