Східноукраїнський національний університет

імені Володимира Даля

Орлов Володимир Степанович

УДК 621.6.05

ПРОГНОЗУВАННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ХАРАКТЕРИСТИК КАМЕРНИХ ЖИВИЛЬНИКІВ ПРОМИСЛОВИХ УСТАНОВОК

ПНЕВМОТРАНСПОРТУВАННЯ ПОРОШКІВ

СУЦІЛЬНИМ ПОТОКОМ

05.22.12 – Промисловий транспорт

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Луганськ – 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник доктор технічних наук, професор Осенін Юрій Іванович, СНУ ім. В. Даля, проректор з наукової роботи.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Сьомін Дмитро Олександрович,

СНУ ім. В. Даля, професор кафедри гідрогазодинаміки

кандидат технічних наук, доцент Гущин Володимир Михайлович,

Донбаська державна машинобудівна академія, доцент кафедри підйомно-транспортних машин

Захист відбудеться 26 червня 2008 р. о 10-ій годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д29.051.03 при Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля за адресою:

91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а, корпус 1, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля за адресою:

91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а, наукова бібліотека.

Автореферат розісланий 24 травня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Ю. І. Осенін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ. У сучасному світовому господарстві промисловий пневмотранспорт порошкоподібних матеріалів (борошна, цементу, мінеральних добрив й ін.) займає одне із пріоритетних місць. Із усіх його видів самим економічним є пневмотранспорт суцільним потоком. Промислові установки його реалізуючі відрізняються конструктивною простотою, нескладністю керування й обслуговування, мінімальною масовою витратою стисненого газу, максимальною концентрацією (до 600 кг/кг відношення масової витрати матеріалу до масової витрати стисненого газу), малими 3-6 м/с швидкостями, абсолютними тисками 0,25-0,6 МПа й щільністю близькою до насипної щільності порошку.

Пневмотранспорт суцільним потоком вимагає спеціальної підготовки порошків, яка полягає в інтенсивному закачуванні в пори порошку стисненого газу необхідного тиску. Невдало обраний спосіб інтенсивного газування порошку, недостатній тиск або неправильна експлуатація пневмотранспортної установки характеризуються такими явищами як завал, закупорка трубопроводу, припинення пневмотранспортування та неповне розвантаження. Параметри надійного стійкого газопорошкового потоку визначаються поки що тільки експериментально.

У той же час відомо, що у камерних живильниках, які отримали назву накачних, при необмеженому часі контакту накачаного газу достатнього тиску з порошком природно формується самий щільний стійкий суцільний потік оптимальний по витратах стисненого газу.

Актуальність теми. Сучасні промислові технології містять у своїх ланцюжках процеси здрібнювання матеріалів до порошкоподібного стану й транспортування отриманих порошків. В Україні у 2006 році тільки цементу вироблено до 9 млн тон. З погляду екології промисловий трубопровідний пневмотранспорт порошкоподібних матеріалів вважається самим чистим і затребуваним, не дивлячись на підвищене енергоспоживання.

Способи інтенсивної підготовки порошків відносяться до розряду проблемних, для яких далеко не повністю обґрунтовані і вирішені науково-практичні завдання, пов'язані з їх застосуванням. Досягнення максимальної ефективності інтенсивного газування порошків і підвищення продуктивності пневматичного трубопровідного транспорту суцільним потоком стримується і обмежується відсутністю надійних розрахункових методик, які забезпечували б практично значущий прогноз експлуатаційних характеристик камерних живильників ще на стадії проектування.

Залишається практично невивченим питання про розповсюдження при розвантаженні живильника хвиль розрядження в об'ємі порошку насиченого стислим газом. Повністю відсутні наукові дані про вплив хвильових процесів на вихідні параметри газопорошкової суміші, як в живильнику, так і у всій пневмотранспортній установці в цілому.

Вивчення хвильових властивостей газопорошкової суміші найпростіше провести на математичній моделі накачного камерного живильника, а отримані закономірності зробити базовими, як утворюючі наукові передумови для здійснення прогнозування величин необхідних вихідних параметрів пневмотранспортних установок з інтенсивною підготовкою порошків.

Результати теоретичного дослідження хвильових закономірностей формування суцільного потоку дозволить і експлуатаційникам, і проектувальникам без експериментів орієнтуватися в закономірностях пневмотранспортування порошків суцільним потоком.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертація виконана у рамках державної науково-технічної програми «Нові технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та аграрнопромисловому комплексі» на основі Наказу Міністерства освіти і науки України (наказ № 360 від 22.12.2004) та плану держбюджетних науково-дослідних робіт на 2005-2007 роки кафедри теоретичної і прикладної механіки СНУ ім.. В.Даля згідно теми 1: «Підвищення технічного рівня і надійності вузлів автомобільного і промислового транспорту» етапу 1.4: «Удосконалення промислових пневмотранспортних пристроїв. Рекомендації з підвищення ефективності роботи транспорту газопорошкових сумішей» БТ-4-05, де автор брав участь як співвиконавець.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є удосконалення методів розрахунку та прогнозування експлуатаційних характеристик камерних живильників промислових установок пневматичного транспортування порошків суцільним потоком.

Для досягнення поставленої мети сформульовані наступні завдання:

1. Аналіз конструктивних схем камерних живильників промислових пневмотранспортних установок, способів підготовки порошків до переміщення суцільним потоком і основних фізичних процесів перетворення насичених стислим газом порошків в газопорошковий суцільний потік;

2. Розробка математичної моделі накачного камерного живильника промислової установки пневматичного транспорту порошків суцільним потоком;

3. Розробка крокового методу заданої елементарної зміни тиску для чисельного вирішення нестаціонарних задач витікання газу і газосуспензій;

4. Визначення фізичного механізму, параметрів і умов утворення суцільного газопорошкового потоку методом порівняння в ідентичних умовах результатів чисельних експериментів з математичною моделлю накачного камерного живильника і опублікованих результатів натурних експериментів з установками пневмотранспортування порошків суцільним потоком;

5. Розробка методики визначення робочих характеристик стислого газу і газопорошкової суміші в живильнику і суцільному потоці у випускному отворі живильника на стадії проектування промислових пневмотранспортних установок.

Об'єкт дослідження. Процеси формування суцільних потоків в камерних живильниках при транспортуванні порошків промисловим пневматичним трубопровідним транспортом.

Предмет дослідження. Закономірності утворення в камерних живильниках промислових пневмотранспортних установок суцільного газопорошкового потоку та методи розрахунку і прогнозування його характеристик.

Методи дослідження. Метод постановки задачи. Фізичне і математичне моделювання процесів формування газопорошкових потоків гранично високій концентрації в камерних живильниках промислових пневмотранспортних установок на основі механіки двофазних середовищ. Адекватність фізичних і математичних моделей встановлюється порівнянням з опублікованими результатами лабораторних і натурних експериментів. Обчислювальний експеримент. Метод чисельного аналізу математичної моделі. Метод аналогій. Метод порівняння результатів чисельних і фізичних експериментів.

Наукова новизна отриманих результатів:

Вперше одержано:

- математичну модель накачного камерного живильника промислової пневмотранспортної установки на основі механіки двофазних середовищ з урахуванням хвиль розрядження, що зв'язує основні фізичні параметри нерухомої і рухомої газопорошкової суміші відповідно в живильнику і в його випускному отворі;

- наступну закономірність: у насичених стислим газом порошків початок розповсюдження малих збурень тиску, початок утворення суцільного потоку і мінімальна з усіх максимальних по критичному відношенню тисків теоретична витрата накачного камерного живильника характеризуються однією і тією ж величиною тиску, залежною від виду газу, порошку і зовнішнього тиску, тобто у кожної газопорошкової суміші насипної щільності є своя нижня межа тиску, починаючи з якої в живильниках виникає ефект зрідження порошку і витікання суміші відбувається суцільним потоком.

Удосконалено:

- методику розрахунку камерних живильників з інтенсивними способами підготовки порошків до пневмотранспортування суцільним потоком урахуванням теоретичної залежності нижньої границі тиску зрідження від об’ємної концентрації газу і зовнішнього тиску;

- кроковий метод розв’язання нестаціонарних задач витікання газу й порошкової газосуспензії, в якому замість розбивки невідомого на перед інтервалу часу протікання процесу використовується розбивка заданого інтервалу зміни тиску завданням елементарного шагу відносної зміни тиску, що скорочує час чисельних розрахунків.

Дістали подальший розвиток:

- методика визначення нижньої межі тиску газу у порах порошку, при якій в живильнику починається процес витікання суцільним потоком газованого порошку: раніше вона встановлювалась експериментально, а зараз її можна розрахувати по методиці наведеній у дисертації;

модель механізму виникнення при розвантаженні камерного живильника суцільного газопорошкового потоку з погляду його молекулярно-хвильової природи, бо він тісно пов'язаний з величиною тиску у порах порошку та розповсюдженням по ньому хвиль розрядки;

рекомендації до попередження процесів нестійкого витікання газопорошкової суміші, припинення її транспортування і великих залишків порошку у живильнику після розвантаження.

Практичне значення одержаних результатів:

· Розроблена математична модель накачного камерного живильника дозволяє на стадії проектування промислових установок пневмо-транспортування порошків суцільним потоком проводити оцінку початкових розрахункових параметрів живильників, зокрема, величини мінімального тиску пневмотранспортування.

· На основі математичної моделі накачного камерного живильника отримала подальший розвиток методика розрахунку технічної і дійсної продуктивності пневмотранспортних установок, що дозволяє зменшити кількість проведення потрібних експериментів.

· Розроблені рекомендації, які дозволяють на стадії проектування, і під час експлуатації уникнути проблем нестійкості пневмотранспортування і неповноти вивантаження порошків.

· Створені передумови для подальшого вдосконалення методики розрахунку пневматичного трубопровідного транспорту порошків суцільним потоком шляхом об'єднання розробленої математичної моделі накачного камерного живильника з відомими математичними моделями руху суцільного газопорошкового потоку в трубопроводі, що додасть їй більшого механічного змісту і можливості проведення попереднього чисельного експерименту.

· Запропонований кроковий метод заданої елементарної зміни тиску для чисельного вирішення нестаціонарних задач витікання газів і газованих порошків з живильників спрощенням алгоритму дій скорочує час чисельних розрахунків.

Особистий внесок здобувача:

· Розроблена математична модель накачного камерного живильника промислової пневмотранспортної установки [6].

· Виконаний чисельний аналіз і перевірена адекватність математичної моделі накачного камерного живильника промислової пневмотранспортної установки [6].

· Проведені чисельні експерименти з математичною моделлю накачного камерного живильника промислової пневмотранспортної установки і виконаний порівняльний аналіз їх результатів з результатами експериментів, проведених з промисловими пневмотранспортними установками з інтенсивною підготовкою порошків і опублікованих у відкритому друці [6].

· Запропоновані рекомендації підвищення продуктивності промислових пневмотранспортних установок за рахунок інтенсивної підготовки порошків до переміщення суцільним потоком [3].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи докладалися і були обговорені на наукових конференціях професорський-викладацького складу Східноукраїнського національного університету імені Владимира Даля в 1995-2008 роках, на . ХII міжнародній науково – практичній конференції «Гидроаеромеханіка в інженерній практиці» 21-25 травня 2007 р. в Луганську, на IV Міжнародній науково–практичній конференції «Моделі та інформаційні технології в управлінні соціально-економічними, екологічними та технічними системами» 24-26 квітня 2008 р. в Луганську.

Публікації. За наслідками виконаних по темі досліджень опубліковано 6 статей в наукових журналах і 1 статтю в науковій збірці.

Структура і об'єм дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, виводу, списку використаних джерел і двох додатків. Загальний об'єм роботи складає 156 сторінок, з яких 110 сторінок машинописного тексту, 24 рисунка на 9 сторінках, 9 таблиць на 5 сторінках, 2 додатка на 5 сторінках, список використаних джерел з 126 найменувань на 11 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі дана загальна характеристика роботи, показана актуальність теми, обґрунтований вибір об'єкту і предмету дослідження, сформульовані мета і завдання роботи, визначені напрями рішення поставлених завдань.

У першому розділі виконаний аналіз сучасного стану наукових досліджень інтенсивної підготовки порошків в камерних живильниках промислових установок до пневмотранспортування суцільним потоком, направлених на підвищення її швидкодії і економічності.

У вирішення проблем пневмотранспорту суцільним потоком порошкоподібних матеріалів, розкриття механізму суцільного потоку і ста-новлення механіки багатокомпонентних потоків зробили свій внесок

І. М. Разумов, А. Я. Маліс, М. М. Коробов, М. М. Шапунов, І. П. Малевіч, М. П. Калінушкін О. І. Волошин, Р. М. Островський, М. В. Ісавнін, D. Mills, G. E. Klinzing, З. І. Криль, Д. О. Сьомін, В. М. Гущин, М. Н. Чальцев, Б. Е. Гельфанд, Х. А. Рахматулін, Р. І. Нігматулін, З. Д. Любарський, А. С. Иванов та інші.

У камерному живильнику відбуваються два технологічні процеси – підготовка порошку до пневмотранспортування заповненням його пір стислим газом і розвантаження у формі витікання газопорошкової суміші суцільним потоком.

Підготовка порошкоподібних матеріалів до пневмотранспортування суцільним потоком полягає в рішенні технічної задачі рівномірного заповнення пір порошку насипної щільності заданою кількістю газу за мінімальний час. Оскільки задана кількість газу величина постійна для конкретної пневмотранспортної установки, то збільшити інтенсивність (або технічну продуктивність), тобто інтенсифікувати процес, можна лише за рахунок скорочення часу заповнення пір порошку газом.

Отже, у пневмотранспорті порошків суцільним потоком існує проблема інтенсифікації підготовки порошків. Більш менш успішно вона вирішена експериментальним методом в цементній промисловості (безтарне перевезення цементу автоцементовозами), борошномельній (автоборошновози) і в техніці гасіння пожеж вогнезахисними порошками. Що стосується інших галузей промисловості, то впровадження пневмотранспорту суцільним потоком стримується відсутністю єдиної методики його розрахунку із-за недостатньої вивченості цього процесу і відсутністю єдиної законодавчої організації, що займається цими розрахунками.

Процес розвантаження, або процес витікання, газопорошкової суміші з камерного живильника однозначно відображає процес підготовки порошку до пневмотранспортування, є наслідком процесу підготовки. Тому дослідження процесу розвантаження може вирішити і проблему інтенсифікації. Проте рішення, отримані експериментальним методом, не дозволяють зробити узагальнень, тобто є потреба в теоретичному рішенні. Теоретичне дослідження процесу розвантаження найпростіше виконати на математичній моделі накачного камерного живильника.

Зі всього вище викладеного витікає постановка завдання про прогнозування експлуатаційних характеристик камерних живильників промислових установок пневмотранспортування порошкоподібних ван-тажів суцільним потоком. Потрібно методом порівняння теоретичного і експериментального рішень задачі витікання газопорошкової суміші визначити умови існування стабільного суцільного потоку, з'ясувати причини неповного вивантаження порошку і принцип дії механізму су-цільного потоку, встановити взаємозв'язок параметрів газопорошкової суміші в живильнику і його випускному отворі.

У другому розділі описується математична модель накачного ка-мерного живильника, яка побудована на основі наступної словесної спрощеної фізичної моделі газопорошкової суміші і процесу її витікан-ня. Живильник моделюється герметичною судиною нескінченно велико-го об'єму повністю заповненою порошком, в порах якого розташований стислий ідеальний нев'язкий газ. Процес витікання з живильника газо-ваного порошку відбувається через випускний отвір в стаціонарному ре-жимі у вигляді однорідного потоку в результаті розповсюдження по нерухомій газопорошковій суміші насипної щільності хвилі розрядження і перетворення цієї суміші в рухому газосуспензію. Зі всіх сил, що діють, враховуються тільки сили тиску молекул газу в живильнику і в зовнішньому середовищі.

Адіабатичне одновимірне витікання однорідної одношвидкісної газосуспензії із загальним з газом тиском через отвір площею описується наступною системою рівнянь

(1)

де – швидкість витікання, – тиск, – щільність газосуспензії; , – щільність і температура газу; , – щільність і темпе-ратура частинок порошку; – об'ємна концентрація газу, – об'ємна концентрація частинок порошку у випускному отворі, – показник адіабати газу; – тиск, – щільність суміші; , – щільність і температура газу, – об'ємна концентрація газу, , , – щільність, температура і об'ємна концентрація час-тинок порошку нерухомої газопорошкової суміші в живильнику.

Рішенням системи рівнянь (1) є теоретична швидкість витікання висококонцентрованої газосуспензії

. (2)

Масова теоретична витрата суцільного газопорошкового потоку з великого живильника Q = сSv = const .

Критичне відношення тиску (p/p0)кр , при якому теоретична витрата (або продуктивність живильника) досягає максимальної величини, є рішенням рівняння

,

яке після виконання усіх математичних викладок набуває такого вигляду

. (3)

Швидкість розповсюдження звуку в газосуспензії з параметрами, що склалися у випускному отворі, можна обчислити за формулою

, (4)

яка з урахуванням залежностей (1) приводиться до вигляду

. (5)

При критичному відношенні тиску, як показано в розділі 4, теоретична швидкість витікання(2) і швидкість звуку (5) співпадають.

У третьому розділі викладається кроковий метод заданої елементарної зміни тиску для вирішення нестаціонарних

Одним з відомих крокових методів математичного моделювання нестаціонарних процесів є заміна їх покроково стаціонарними. При цьому виникає проблема вибору величин елементарних відрізків часу, протягом яких нестаціонарністю можна нехтувати.

У задачах динаміки пневмомеханічних систем ця проблема природно знімається, якщо в основу наближення закладається не дроблення інтервалу тривалості нестаціонарного пневмомеханічного процесу, а дроблення інтервалу зміни тиску в об'ємі стислого газу, внутрішня енергія якого і витрачається в цьому процесі.

Хай на i- ом кроці відносна елементарна зміна тиску при розширенні стислого газу характеризується заданою малою безрозмірною величиною

. (6)

Тоді для ідеального газу і адіабатичного процесу зміни його стану методом математичної індукції виходять корисні для розрахунків наступні залежності:

, (7)

, (8)

, (9)

, (10)

де - номер кроку зна-чення тиску, об'єму, температури і щільності газу на i-ому кроці і в початковому стані, k- показник адіабати, - кількість кроків.

У тих випадках, коли реальні процеси термодинаміки допустимо вважати рівноважними, даний метод гарантує визначення тривалості нестаціонарного процесу з відносною помилкою, що теж не перевищує . При цьому, наприклад, час витікання газу з балона розраховується по формулі

, (11)

де на i- ому кроці

, (12)

- час витікання елементарної маси газу, - масова витрата газу, - об'єм балону. Залежність (12) показує, що крок зміни часу є змінним, залежним від і параметрів стану і режиму витікання газу.

У четвертому розділі викладені результати чисельних досліджень і перевірки адекватності, запропонованої математичної моделі ідеального накачного камерного живильника і крокового методу чисельного рішення нестаціонарних задач витікання. Перш за все, перевіряється адекватність формули швидкості звуку в газованому порошку. На рис. 1 порівнюються експериментально (?) і теоретично (-) отримані залежності швидкостей звуку в нерухомому порошку від тиску газу в порах порошку (експеримент Гельфонда і відома формула, в якій, - швидкість звуку, - адіабата, - тиск, - об'ємна концентрація газу, - щільність суміші порошку з газом).

На рис. 2 представлено рішення рівняння (3), що відображає залежність критичного відношення тиску від об'ємної концентрації і показника адіабати газу у великому накачному живильнику при витіканні газопорошкової суміші.

Правильність віддзеркалення великим накачним живильником процесу витікання газопорошкової суміші підтверджується тим, що при , тобто, коли в суміші відсутні частинки порошку і відбувається процес витікання чистого газу, рівняння критичного відношення тиску дає .Це - точне значення критичного відношення тиску для газу, у якого . Якщо критичне відношення тиску в газо-

суспензії дорівнює .

На рис.3 і 4 зображені графіки швидкостей витікання газованого порошку з великого накачного живильника і чистого газу з великої ємкості при наступних параметрах: Ма; кг/м3;

;; К Дж/(кг•К) і зовнішньому тиску

МПа. В цьому випадку критичне відношення тиску (рішення рівняння (3)), а мінімальний тиск, при якому починається витікання суцільним потоком газопорошкової суміші, рівний МПа. Графіки побудовані по формулі (2) з урахуванням необхідних залежностей з (1).

На рис. 1 першій експериментальній крапці, в якій була зафіксо-вана швидкість звуку, відповідає тиск 0,2 МПа з точністю 20%. Торетич-но ж обчислений для досліджуваного в експерименті порошку тиск МПа (), тобто тиск, при якому починається витікання суцільним потоком, і тиск, при якому впе

рше фіксується швидкість звуку в газопорошковій суміші в живильнику, співпадають.

Теоретична швидкість витікання газопорошкової суміші суцільним потоком має завищену величину і потребує корегування коефіцієнтом витрати.

На рис.5 зображені графіки залежностей коефіцієнтів витрати трубопроводів пневмотранспортних установок від тиску в живильнику за різних умов (див. табл. 1). Для продуктивності своїх експериментальних установок Ісавніним М.В. запропонована формула

, (13)

де – тиск в живильнику, – продуктивність, – коефіцієнт враховує умови транспортування.

Теоретична продуктивність накачного камерного живильника визначається ланцюжком 7-ми рівнянь:

, , , ,

, ,

. (14)

Таблиця 1

Взаємозв'язок параметрів пневмотранспортної установки при різних умовах утворення суцільного потоку (досвіди Ісавніна М.В.)

Коефіцієнт витрати трубопроводу приєднаного до живильника дорівнює відношенню дійсної продуктивності до теоретичної, тобто

. (15)

Аналіз графіків рис. 5 показує, що величина змінюється від 0,1 до 0,3. Цей результат не суперечить здоровому глузду: вода при витіканні через отвір в тонкій стінці має . При витіканні щільний газопорошковий потік повинен зазнавати більший опір, ніж вода.

На рис. 6 візуально виражена адекватність розробленого крокового методу на прикладі рішення задачі надкритичного витікання газу при відношенні площі отвору до площі перетину балона рівному 0,49.

Безрозмірний тиск і час виражаються через розмірний тиск і час залеж-

ностями

,

де і – тиск і швидкість звуку в початковий момент часу в газі, що покоїться, а – відстань від отвору до протилежного стінки сосуду.

П'ятий розділ присвячений прогнозуванню експлуатаційних характеристик і практичним рекомендаціям отримання стійкого суцільного газопорошкового потоку, а також розробці нових способів інтенсивної підготовки порошків до пневмотранспортування суцільним потоком. У ній викладається методика визначення параметрів пневмотранспортної установки, що забезпечують максимальну продуктивність. Зокрема проводиться головний результат виконаних досліджень, в якому йдеться про те, що для стійкої роботи пневмотранспортної установки тиск газу в живильнику і у всіх порах порошку в живильнику не повинен бути меншим суми мінімального тиску витікання порошку суцільним потоком і тиску, який є необхідним для подолання всіх видів опорів.

Оптимальні параметри пневмотранспортування порошків суцільним потоком відповідають вказаній сумі, а при наявності вертикального трубопроводу, слід ще й додати тиск сили тяжіння стовпа суцільного потоку.

ВИСНОВКИ

В дисертації вирішена актуальна задача промислового транспорту - прогнозування експлуатаційних характеристик камерних живильників установок пневмотранспортування порошків суцільним потоком. Виконані в дисертації теоретичні і чисельні дослідження математичної моделі накачного камерного живильника, дозволяють на стадії проектування цих установок проводити оцінку початкових розрахункових параметрів камерних живильників, а порівняння їх результатів з результатами відомих експериментальних досліджень промислових пневмотранспортних установок з інтенсивною підготовкою порошків до переміщення суцільним потоком дозволили сформулювати наступні висновки:

1. Всі способи підготовки (інтенсивні і ні) порошків до пневмотранспортування суцільним потоком містять процес накачування стислого газу в пори порошку. Але тільки в накачному камерному живильнику цей процес природно в результаті тривалої витримки завершується утворенням однорідної суміші стислого газу і порошку насипної щільності, яка при його розвантажуванні перетворюється на суцільний потік найбільшої щільності.

2. Механізм утворення суцільного газопорошкового потоку має молекулярно-хвильову природу, тісно пов'язану з величиною тиску газу в порах порошку і розповсюдженням в суміші стислого газу з порошком малих збурень тиску. Існує мінімальна величина тиску в живильнику (у кожного порошку і газу своя, залежна від зовнішнього тиску), при якій стає можливим розповсюдження по насиченому стислим газом порошку насипної щільності хвиль розрядки. За відсутності приєднаного трубопроводу витікання з живильника газопорошкової суміші суцільним потоком починається при тому ж мінімальному тиску в порах порошку і в живильнику. Величина цього тиску співпадає з тиском в живильнику, при якому теоретична витрата суцільного потоку із накачного камерного живильника досягає максимальної величини при рівності тиску у випускному отворі зовнішньому тиску. Цей тиск у порах порошку в живильнику є мінімальним тиском зрідження порошку і пневмотранспортування суцільним потоком.

3. Застосування інтенсивних способів закачування стислого газу в пори порошку забезпечує пневмотранспорт порошкоподібних матеріалів суцільним потоком тоді, коли тиск у всіх порах порошку перевершує суму мінімального тиску зрідження і тиску необхідного для подолання всіх опорів, які випробовує суцільний потік. Ця сума тиску є оптимальною величиною по критерію мінімуму масової витрати стислого робочого газу.

4. Причина виникнення нестійких газопорошкових потоків в промислових установках з інтенсивною підготовкою порошків полягає в тому, що в об'ємі порошку залишаються зони, в які не проник газ з тиском необхідної величини. Явищам завалів і неповноти вивантаження запобігають попередньою витримкою накачаного в живильник і порошок газу і правильним розрахунком тиску.

5. Використання математичної моделі накачного камерного живильника збільшує кількість параметрів, які функціонально відображають процес розвантаження камерного живильника і роблять більш обґрунтованим розрахунок експлуатаційних характеристик суцільного газопорошкового потоку пневмотранспортної системи живильник – трубопровід. Об'єднання математичних моделей накачного камерного живильника і трубопроводу створює передумови розробки методу розрахунку промислових установок пневмотранспортування порошків суцільним потоком аналогічного методу розрахунку газопроводів.

6. Інтенсивні способи, проводячи спушення порошку, збільшують об'ємну концентрацію газу в нім, що зменшує в результаті опір процесу фільтрації газу і час підготовки, що збільшує технічну продуктивність установки. Але, з іншого боку, збільшення об'ємної концентрації газу в порошку зменшує дійсну продуктивність установки, що збільшує час розвантаження живильника, зменшуючи технічну її продуктивність. Ця суперечність створює додаткову проблему пошуку оптимальних рішень підвищення продуктивності пневматичного трубопровідного транспорту.

7. Розроблений кроковий метод заданої елементарної зміни тиску для чисельного вирішення завдань нестаціонарного витікання газу і газопорошкових сумішей вирішує проблему визначення оптимальних величин перемінних кроків елементарної зміни їх параметрів.

8. Закономірності, отримані в роботі, справедливі для газосуспензій, щільність яких близька до насипної щільності порошку, а швидкість газу перевищує швидкість частинок порошку менш, ніж на 15%.

9. Отримані закономірності і розроблені рекомендації прийняті до впровадження в ТОВ «Тільки цемент» для удосконалення технологічного процесу вивантаження цементу.

Розроблені методи і методики впровадженні також у навчальний процес СНУ ім.. В.Даля спеціальності 080302 – Гідрогазодинаміка.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Орлов В.С. Односкоростное газовзвесевое истечение из большого сосуда насыщенного сжатым газом порошка // Транспортное машиностроение: Республиканский межведомственный научно-технический сборник. - Киев: ВУГУ, 1995.- С 138-146.

2. Орлов В.С. Шаговый метод заданного элементарного изменения давления // Вісник Східноукраїнського національного університету. - 2001.- №11(45).- С. 181-190.

3. Орлов В. С., Осенин Ю. И. Минимизация продолжительности ра-бочего цикла промышленных установок пневмотранспортирования порошко-образных материалов сплошным потоком // Вісник Східноукраїнського наці-онального університету ім. В. Даля. – 2006. - № 3 (97). – С. 99-103.

4. Орлов В.С. Закономерности волновой природы механизма пневмо-трансп ортирования порошкообразных материалов сплошным потоком // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля.– Луганськ: СНУ, 2007.– № 3(109). Ч.2.– С. 116 – 119.

5. Орлов В.С. Волновая природа механизма пневмотранспортирова-ния порошкообразных материалов сплошным потоком //. Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля.– Луганськ: СНУ, 2007.– № 12(118).– С. 162 – 166.

6. Орлов В. С., Осенин Ю. И. Оптимизация пневмотранспортирования порошков сплошным потоком по критическому давлению//. Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля.– Луганськ: СНУ, 2007.– № 12(118).– С. 168 – 173.

7. Орлов В. С. Влияние объемной концентрации газа в порах порошкообразных материалов на производительность пневмотранспортирования сплошным потоком // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля.– Луганськ: СНУ, 2008.– № 3(121). С. 260 – 264.

АНОТАЦІЯ

Орлов В.С. Прогнозування експлуатаційних характеристик камерних живильників промислових установок пневмотранспортування порошків суцільним потоком. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.12 – Промисловий транспорт.–Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Луганськ, 2008.

Дисертація присвячена удосконаленню методів розрахунків камерних живильників з інтенсивною підготовкою порошків до пневмотранспортування суцільним потоком. Для цього розроблена та досліджена математична модель процесу розвантаження закачного камерного живильника промислової пневмотранспортної установки, в якому природно виникає суцільний потік найбільшої щільності. Адекватність математичної моделі перевірена на опублікованих експериментальних даних як з фізики, так і з досліджень роботи промислового пневмотранспорту у різних галузях виробництва і техніки. У рамках одновимірного моделювання руху одношвидкісної ідеальної газопорошкової суміші близької до насипної щільності розв’язані проблеми стійкості суцільного потоку, неповного розвантаження живильника, механізму пневмотранспортування порошків суцільним потоком. Наведені практичні рекомендації для підвищення продуктивності пневмотранспортних установок за рахунок інтенсивної підготовки порошків до переміщення суцільним потоком.

Ключові слова: пневмотранспорт, камерний живильник, порошок, суцільний потік, математичне моделювання.

АННОТАЦИЯ

Орлов В.С. Прогнозирование эксплуатационных характеристик камерных питателей промышленных установок пневмо-транспортирования порошков сплошным потоком.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.12 – Промышленный транспорт. Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля, Луганск, 2008.

Диссертация посвящена совершенствованию методов расчета камерных питателей с интенсивной подготовкой порошков к пневматическому транспортированию сплошным потоком. Для этого разработана и исследована математическая модель закачного камерного питателя, в котором естественно формируется сплошной поток самой высокой плотности. Предложен шаговый метод заданного элементарного изменения давления для численного решения нестационарных задач истечения газа и газовзвеси, позволяющий оптимизировать вычислительный процесс. Адекватность математической модели и шагового метода проверена на опубликованных экспериментальных данных, как физики, так и исследований работы промышленного пневмотранспорта в разных отраслях промышленности и техники. В рамках одномерной модели односкоростной идеальной порошковой газовзвеси решены проблемы устойчивости сплошного потока, неполной разгрузки питателя, выяснен механизм пневмотранспортирования порошков сплошным потоком. Суть последнего заключается в том, что явление ожижения и истечения порошка сплошным потоком происходит, начиная с давления, которому соответствует минимальный из максимальных по критическому отношению давлений теоретический расход газопорошковой смеси при разгрузке питателя, при котором волна разряжения, возникающая после открытия выпускного отверстия, способна распространится по всему насыщенному сжатым газом порошку без затухания. Теоретическая скорость истечения насыщенного сжатым газом порошка равна местной скорости звука в нем в выпускном отверстии питателя. Даны практические рекомендации для повышения производительности пневмотранспортных установок за счет интенсивной подготовки порошков к перемещению сплошным потоком. Полученные в диссертации аналитические зависимости между параметрами неподвижной и подвижной газопорошковой смеси позволяют на стадии проектирования пневмотранспортной установки определить величины исходных параметров газопорошковой смеси в камерном питателе, гарантирующие пневмотранспорт порошков сплошным потоком. Применение интенсивных способов закачки сжатого газа в поры порошка обеспечивает пневмотранспорт порошкообразных материалов сплошным потоком тогда, когда давление во всех порах порошка превосходит сумму минимального давления ожижения и давления, необходимого для преодоления газопорошковым потоком всех встречающихся сопротивлений. При наличии вертикального трубопровода необходимо прибавить еще и давление силы тяжести газопорошкового столба.

Ключевые слова: пневмотранспорт, камерный питатель, порошок, сплошной поток, математическое моделирование.

THE SUMMARY

Orlov V.S. Prognostication of operating descriptions of chamber feeders of industrial options of pneumatic portage of powders by a continuous stream.- The Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.22.12 - Industrial transport. East Ukrainian National University name after Volodymyr Dal, Lugansk, 2008.

Dissertation is devoted perfection of methods of calculation of chamber feeders with intensive preparation of powders to the pneumatic portage a continuous stream. For this purpose developed and probed mathematical model of chamber feeder the continuous stream of the highest closeness is naturally formed in which. A model differs the account of wave properties of mixture of the compressed gas with powder. The foot-pace method of the set elementary change of pressure for the numeral decision of unstationary tasks of expiration of gas and gas mixture is offered with the particles of powder, allowing optimizing a calculable process. Adequacy of mathematical model and foot-pace method is tested on the published experimental information of physics and industrial pneumatic transport of different industries of industry and technique. Within the framework of model of ideal mixture with equal speeds of the compressed gas and particles of powder worked out the problems of stability of continuous stream, incomplete unloading of feeder, the mechanism of pneumatic portage of powders is found out by a continuous stream. Practical recommendations are given for the increase of the productivity of options of pneumatic portage due to intensive preparation of powders to moving a continuous stream.

Keywords: pneumatic transport, chamber feeder, powder, continuous stream, mathematical modeling.

Підписано до друку 20.05.08

Формат 60х90 1/16. Папір офсетний. Гарнітура Times.

Друкування офсетне. Умов. друк. арк. 0,9.

Тираж 100 прим. Вид. № 2180 . Замовлення № 537

Видавництво Східноукраїнського національного університету

імені Володимира Даля

91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а

Дільниця оперативної поліграфії

Східноукраїнського національного університету

імені Володимира Даля

91034, м. Луганськ, кв. Молодіжний, 20а