Технология использования сжатых газов (стр. 13 )

Рисунок 4.10 – Центробежная установка 543 ГЦ1 (ККЗ, Россия), предназначенная для сжатия кислорода в производстве стали конверторным способом

4.4 Пневмотранспорт

4.4.1 Общие сведения о пневмотранспорте

Пневмотранспорт – перемещение грузов по трубам с использованием энергии сжатого воздуха, появился еще в конце XVIII века, как только были изобретены компрессоры. Вначале это была пневмопочта (рис. 4.11).

Рисунок 4.11 – Схема пневмопочты : ЦСП - центральный сортировочный пункт

Так, в Париже уже в середине XIX века существовала грандиозная разветвленная пневмотранспортная сеть для перемещения почтовых отправлений в контейнерах, обслуживаемая компрессорной станцией общей мощностью более 1000 кВт.

В последствии принцип пневмопочты был распространен и на перемещение различных грузов как внутризаводской транспорт, так и между предприятиями, связанными технологически (например, карьер по добыче минералов, перерабатывающая фабрика). В настоящее время пневмотранспорт применяется для перемещения на большие расстояния сыпучих веществ и контейнеров с грузами.

4.4.2 Контейнерный транспорт

Контейнерный транспорт – под действием перепада давления по трубопроводу перемещаются контейнеры (капсулы) со штучными сыпучими грузами (рис. 4.12). При этом контейнер выполняет роль подвижного поршня, перемещающегося внутри герметичного воздухопровода под действием избыточного давления, создаваемого компрессором. В пункте доставки с помощью заслонки осуществляется разгерметизация полости трубы, контейнер останавливается и разгружается, а затем направляется на погрузку. Трубы обычно пластмассовые диаметром до 1200 мм.

Рисунок 4.12 – Контейнерный транспорт

В современном пневмоконтейнерном транспорте компримирование воздуха обычно осуществляется высокорасходными турбовоздуходувками. Грузовые контейнеры соединяются в пневмопоезда (рис. 4.13).

Если состав массой 65 т движется по горизонтальному участку трубы диаметром 1220 мм то для преодоления сопротивления требуется создать перепад ∆p=0,01 МПа. При этом тяговое усилие приблизительно равно

R=S∆p=3,140,01=11680 Н.

Рисунок 4.13- Пневмопоезд

Установки бывают прерывного (периодического) и непрерывного действия. Однотрубные (а, б) и двухтрубные (в). Схемы применяются в зависимости от грузооборота и технологических особенностей промышленного производства.

Рисунок 4.14 – Схемы пневмопроводов

Все операции загрузки и разгрузки автоматические. Управление производится с помощью ЭВМ. Большая перспектива применения контейнерного пневмотранспорта – мусоропроводы городов.

4.4.3 Пневмотранспортировка зерна и сыпучих материалов

Пневмотранспорт более совершенный способ перемещения зерна и муки, чем механический (транспортеры). Особенно широко применяется на предприятиях по переработке и хранению зерна:

-  для выгрузки зерна из судов, вагонов, складов;

-  для перемещения отходов от места их получения (элеватор, мельница, крупозавод) до места их переработки и хранения;

-  как внутри - так и межцеховой транспорт.

Преимущества пневмотранспорта по сравнению с механическим способом: механизация труда, улучшение санитарно-гигиенических условий труда, повышается производительность в 3 – 4 раза, ускоряется разгрузка, возможна работа при любой погоде, улучшается качество зерна (подсушка), повышается безопасность труда, отсутствует загрязнение продукта маслами.

Недостаток – повышенное потребление электроэнергии
(в 4 – 6 раз и более). Поэтому применяется только для разгрузки судов и ж/д вагонов, стоимость простоя которых высока. Широко применяется как внутрицеховой транспорт на элеваторах и мукомольных заводах – меньше пыли, менее взрывоопасно, более компактно.

Перемещение сыпучих материалов осуществляется с помощью воздушного потока, создаваемого воздушной машиной, нагнетания или всасывания. Частицы материала (цемент, уголь и др.) размером до 50 мм, песка, зерна, муки, стружки, опилок находятся в потоке во взвешенном состоянии. Производительность таких установок пневмотранспорта до
300 т/час, дальность – 2 км, а высота подъема до 100 м. Основное достоинство – работа без пыли, недостаток – повышенный расход электроэнергии.

Примеры: перемещение сыпучих материалов между цехами, разгрузка бункеров, погрузка судов, вагонов, удаление отходов, пыли.

Другой способ – насыщение перемещаемого продукта сжатым воздухом, в результате материал становится текучим и перемещается по жёлобу с небольшим уклоном (4 – 5º). Это так называемые аэрожёлобы. Расход энергии при этом незначителен.

Движение по транспортной трубе материало-воздушной смеси имеет свои существенные особенности. Прежде всего поток следует рассматривать как двухфазный. Характеристикой потока является расходная концентрация

.

В первый момент работы установки труба заполняется сыпучим материалом, образуется “пыж”, для перемещения которого требуется большой перепад давления. Затем, при достижении некоторой критической скорости “пыж” разжижается газом, перепад давления резко падает и сыпучая смесь начинает двигаться по трубе в расчетном режиме
(рис. 4.15 а). Это явление называется эффектом псевдоожижения. В разжиженной среде твердые частички взвешены в газовой среде, за счет чего связное трение между ними резко уменьшается.

а б

Рисунок 4.15 – Схема пневмотранспорта сыпучих веществ (а)

и зависимость требуемого напора от скорости потока (б)

Структура течения смеси в трубе неоднородна

Возможные режимы поданы на рис. 4.16.

Рисунок 4.16 - Схемы режимов течения сыпучих веществ:

а - с пузырьками газа (в вертикальных трубах);

б - неоднородный поток (в горизонтальной трубе);

в - материал движется в виде отдельных частиц;

г - транспорт в виде поршней (наиболее производительный)

Пневмотранспортные установки классифицируют:

-  по способу действия: всасывающие, нагнетательные;

-  по установке: стационарные, передвижные, плавучие;

-  по напору: низкого, среднего (<500 мм вод. ст.;
500-1500 мм рт. ст. - вентиляторные) и высокого давления (>1500 мм вод. ст. - компрессорные).

Схемы пневмотранспортных установок (ПТУ) приведены на рисунках 4.17 и 4.18.

Рисунок 4.17 – Схема всасывающей ПТУ

Всасывающие ПТУ имеют небольшую производительность. Несмотря на пылеотделители и фильтры в воздуходувку попадают частицы пыли, что приводит к повышенному зносу робочих колес.

Рисунок 4.18 – Схема нагнетательного ПТУ

Нагнетательные установки имеют большую производительность и дальность транспортировки, т. к. давление высокое.

Нагнетательные ПТУ экономичнее всасывающих. Через компрессор или вентилятор проходит чистый воздух.

Оборудование ПТУ

Для всасывающих ПТУ важным элементом является пневмоприемник, который собственно и всасывает зерно в трубопровод (рис. 4.19).

Рисунок 4.19 – Схемы пневмоприемников: «сопло» (а),

горизонтальный (б) и эжекторного типа (в)

Важный элемент нагнетательного ПТУ – шлюзовой затвор – служит для предотвращения «обратного» эффекта – попадания сжатого воздуха в бункер (рис. 4.20).

Материалопроводы – это обычно стальные трубы, соединенные гибкими вставками (рукавами) для перемещения его в нужное место. Обычно их подвешивают на тросах к стрелам кранов и регулируют по выносу и высоте (глубине) установки. Для дутья применяют вентиляторы разной напорности, одно - и многоступенчатые воздуходувки.

Рисунок 4.20 – Шлюзовой затвор

4.5 Эрлифт (воздушный подъемник)

Для транспортировки жидких веществ применяется т. н. «эрлифт». Суть его в следующем. Два сосуда (емкости) установлены на разной высоте. Необходимо перекачивать жидкость из сосуда А в сосуд Б. В низ подъемной части трубы вдувается струя воздуха. Образующаяся жидкостно-воздушная смесь имеет плотность меньшую, чем у жидкости rсм<< rж. Эта разность и обеспечивает перекачку жидкости на высоту Н. Должна быть обеспечена минимальная глубина вдувания воздуха, при которой тяга равна нулю:

.

Чтобы появилась тяга, надо чтобы h>hmin.

Иными словами должно быть .

С помощью эрлифтов осуществляется понижение уровня грунтовых вод в подземных выработках угольных шахт, подъем воды из артезианских глубоких колодцев и т. п. (рис. 4.21).

Рисунок 4.21 – Схема эрлифта

4.6 Аэрация сточных вод

Аэрация – насыщение воздухом сточных вод в установках биологической очистки. Эти установки предназначены для удаления из воды растворенных органических веществ. Для этого используется биохимические процессы, осуществляемые комплексом микроорганизмов, адаптированных к данным условиям.