5 PNEUMATICKÉ DOPRAVNÍKY

Transcript

1 5 PNEUMATICKÉ DOPRAVNÍKY Pneuatické dopraníky sa použíajú na doprau sypkých ateriálo, najčastejšie potrainársko a cheicko prieysle, poľnohospodárste a staebnícte. Dopraujú sypké partikulárne látky, ako sú napr. úky, kŕne zesi, obilie, ceent a granule plasto. Dopraa sa uskutočňuje na základe pôsobenia prúdu zduchu na častice ateriálu. Pneuatické dopraníky ôžu dopraoať ateriál o šetkých seroch, pričo doprané potrubie sa poerne ľahko preiestňuje. Doprané zdialenosti sa pohybujú od niekoľkých etro až po rádoo stoky etro, s preýšení rádoo o desiatky etro a s dopranýi ýkonnosťai až stoky ton za hodinu. V nohých prípadoch je ýhodnejšia ako echanická dopraa. V niektorých prípadoch je echanickou dopraou nezastupiteľná. Oproti echanickej doprae á značnú preádzkoú ýhodu, a to alý počet pohono, preodo, ložísk a ďalších pohybliých dielo, čo ýrazne znižuje nároky na údržbu. Použíajú sa ako saostatné doprané zariadenia, alebo sú súčasťou iných ýrobných zariadení. Pneuatický dopraník sa skladá z nasledoných hlaných častí: entilátor (dúchadlo), potrubie, kladacia časť, odlučoač. Pneuatické dopraníky sa rozdeľujú na: sacie (podtlakoé), tlačné (pretlakoé), kobinoané (obr. 5.1). Podľa použitého tlaku sa pneuatické dopraníky rozdeľujú na: nízkotlakoé (rozdiel tlako do 10 4 Pa), strednotlakoé (rozdiel tlako l až Pa), ysokotlakoé (rozdiel tlako yšší ako Pa, najčastejšie do Pa). Zláštny druho pneuatickej dopray je fluidná dopraa. Je ždy riešená ako pretlakoá. Na doprau ateriálu je potrebné enšie erné nožsto zduchu, ale s yšší tlako. Pri fluidnej doprae sa zduch pretláča do prepraoaného ateriálu uiestneného tlakoej nádobe cez póroitú prepážku. Takto prezdušnené častice ateriálu ytárajú hotu s lastnosťai podobnýi ako á kapalina a ateriál zapĺňa celý priestor potrubia. Prieer potrubia býa enší ako pri klasickej pneuatickej doprae. Merná spotreba energie je nižšia o 0 %. Použíajú sa rýchlosti zduchu 5 až 15 /s pri tlaku 0,05 až 0,5 MPa. Výhodai použitia pneuatických dopraníko sú jednoduchosť ich konštrukcie a s tý súisiace nízke inestičné náklady, dobrá ožnosť taroania dopranej dráhy, nenáročnosť na obsluhu. Dôležitou ýhodou je tiež zaedzenie prašnosti praconého prostredia a prípade podtlakoej dopray aj zabránenie prieniku prípadných zdraiu škodliých látok do prostredia. Neýhodou je to, že tento druh dopray nie je ožné použiť prípadoch, keď dopraoaný sypký ateriál je lepiý, respektíe á také lastnosti, že by pri toto spôsobe dopray poškodzoal zariadenie dopraníka napr. jeho abrazínyi lastnosťai, prípadne by sa sá počas dopray poškodzoal. 81

2 Obr. 5.1 Schéa sacieho, tlačného a kobinoaného pneuatického dopraníka 8

3 5.1 Teoretické zdôodnenie pneuatickej dopray Pri teoreticko zdôodnení konštrukcie pneuatických dopraníko sú ýchodiskoýi paraetrai druh dopraoaného ateriálu, požadoaná ýkonnosť dopraníka a trasa dopraného potrubia. Dopraoaný ateriál charakterizujú hlane jeho hustota, lhkosť, granuloetrické zloženie, adhézia, abrazínosť, krehkosť a pod. Trasa dopray by bola ideálno prípade priaa. Takáto ožnosť je ale reálnych podienkach eľi ýniočná a skutočnosti sa dopraná trasa skladá z odoroných a zislých úseko pospájaných kolenai. Konštrukciu pneuatického dopraníka a jeho hlané paraetre, ako sú napr. potrebný tlak zduchu, jeho rýchlosť a nožsto, je ale ožné zdôodniť iba použití epiricky určených hodnôt rôznych koeficiento. Pneuatické dopraníky pracujú s heterogénnyi disperznýi systéai. Týito disperznýi systéai sú aerosóly, ktorých disperznou fázou je plynná látka a dispergoanou látka tuhá. Teoretický základo zdôodnenia konštrukcie pneuatických dopraníko preto je teória pohybu častice tuhého ateriálu prúde plynu. Na časticu ateriálu o zislo potrubí pri pneuatickej doprae pôsobí tiaž ateriálu, aerodynaická sila a sila trenia edzi časticou a zducho, ktorú pre jej alú hodnotu o ýpočtoch zanedbáae (obr. 5.). Aerodynaická sila pôsobiaca na časticu ateriálu sa dá yjadriť podľa zťahu: F k. S. zd., N (5.1) kde: k - koeficient čelného odporu, - k = 0,3 až 0,7 S - priečny prierez častice, zd - hustota zduchu ( pri tlaku 101,3 kpa a 0 o C zd = 1,930 kg/ 3 ; pri 0 o C zd = 1,045 kg/ 3 ) - rýchlosť zduchu, /s - rýchlosť častice ateriálu, /s Obr. 5. Sily pôsobiace na časticu ateriálu o zislo potrubí 83

4 5.1.1 Výpočet požadoanej rýchlosti zduchu doprano potrubí Rýchlosť zduchu, pri ktorej dokonale okrúhla častica zostane stáť na jedno ieste, sa nazýa znosná rýchlosť zduchu. Pri zanedbaní sily trenia edzi časticou a zducho platí zťah:. g = F (5.) pričo = 0. Poto:. g k. S. zd. (5.3) z toho znosná rýchlosť zduchu: z.. g, /s (5.4) k. S. zd Podľa literatúry je znosná rýchlosť pre : - úku až 3 /s, - krupicu 4 až 5 /s, - obilie 7,5 až 9,5 /s. Pre rýchlosť zduchu o zislo potrubí usí platiť:, /s (5.5) z in kde: in - iniálna rýchlosť dopraoaného ateriálu, /s in = /s Pohyb ateriálu o odorono potrubí je eľi koplikoaný a nedá sa ateaticky odeloať. Rýchlosť zduchu o odorono potrubí sa preto určuje epiricky, podľa zťahu: in, /s (5.6) r kde : r relatína rýchlosť zduchu, /s pričo platí, že : r 0,01. z. 14, /s (5.7) z toho :, , /s (5.8) in 0 z in z V praxi sa napríklad použía rýchlosť zduchu potrubí pre obilie 0 až 4 /s a pre úku 16 až 19 /s. Pre ýpočet niektorých konštrukčných paraetro pneuatických dopraníko je potrebné poznať koncentráciu ateriálu doprano zduchu, tz. ziešaací poer. Ten ôže byť yjadrený ako: 84

5 a) hotnostný : Q x, - (5.9) Q kde: Q - tok ateriálu, kg/s Q - tok zduchu, kg/s Odporúčané hotnostné ziešaacie poery sú uedené tab.3.1. b) objeoý: Q xv, - Q (5.10) kde: Q - tok ateriálu, 3 /s Q - tok zduchu, 3 /s Vzájonú záislosť edzi nii yjadrujú zťahy : x x V at., - (5.11) x V x zd zd., - (5.1) at Tab. 5.1 Odporúčané ziešaacie poery pneuatickej dopray Podienky jený ateriál; krátka zdialenosť 0, pri ρ 150; krátka zdialenosť 0, až 0,5 zrniny 1,5 až,5 pri ρ 1000; stredná zdialenosť 0,5 až 5 ťažký ateriál; eľké zdialenosti 5 až 5 fluidná dopraa 0 až 00 Ak poznáe ziešaací poer, poto potrebnú rýchlosť zduchu potrubí pneuatického dopraníka je ožné ypočítať aj podľa zťahu:.. zn 1, /s (5.13) kde: k 1 - koeficient olený podľa ziešaacieho poeru x, - k - koeficient zohľadňujúci zložitosť dopranej trasy, - (k = 1 až 1,3) Koeficient k 1 sa dá zistiť z grafickej záislosti na obr x 85

6 k 1 1,8 1,6 1,4 1, 1,0 Obr. 5.3 Grafická záislosť edzi k 1 a x pre ýpočet rýchlosti zduchu potrubí podľa zťahu Výpočet tlaku doprano potrubí Celkoý tlak, ktorý usí yinúť entilátor pri pneuatickej doprae sa ôže yjadriť zťaho : pc pst pd p, Pa (5.14) kde : p st - statický tlak na prekonanie odporo potrubia, Pa p d - dynaický tlak na zrýchľoanie prúdu zduchu, Pa - tlak potrebný na prekonanie dopranej ýšky, Pa p Statický tlak : st kde : p stc stc 1,0,0 3,0 p p. 1 k. x, Pa (5.15) - statický tlak na prekonanie odporo čistý zducho, Pa k - opraný koeficient zohľadňujúci trenie edzi časticai a zducho, - x Tab.5. Hodnoty koeficientu k pre ýpočty podľa zťahu 5.15 zn 1,3 1,65,0 3,0 k 0,5 0, 0,18 0,13 pričo: p kde : p tr p r stc p p, Pa (5.16) tr r - straty trení rono potrubí, Pa - straty tlaku plyo odporo radených do potrubia, Pa 86

7 pričo : a p l... zd Rt l, Pa (5.17) D tr. p r n.., Pa (5.18) zd i1 kde : λ - koeficient trenia zduchu o steny potrubia, - λ = 0,0 až 0,05 l - dĺžka potrubia, D - prieer potrubia, - rýchlosť zduchu, /s ρ zd - hustota zduchu, kg/ 3 R t - erný odpor jednotky dĺžky potrubia, Pa/ ξ - koeficient radeného odporu, - Tab. 5.3 Hodnoty koeficientu ξ Druh iestneho odporu 90 koleno odbočka zúženie rozšírenie násypka ξ 0,6 až 0,8 1,0 až 1,4 0,1 až 0, 0,4 až 0,8 0, až 0,3 Vradené odpory sa ôžu prepočítať na ekialentnú dĺžku priaeho potrubia s taký istý odporo ako á príslušný radený odpor podľa zťahu : D l. e, (5.19) z toho : l e. D, - (5.0) po dosadení : p stc l le.. zd. l p. Rt D, Pa (5.1) kde : l p - prepočítaná dĺžka potrubia, 87

8 Dynaický tlak p d 1.. z, Pa (5.) kde : ρ z - hustota dopraoanej zesi zduchu a ateriálu, kg/ 3 pričo : zd xv z, kg/ 3 (5.3) 1 1 x V Tlak na prekonanie dopranej ýšky p H.. g. x, Pa (5.4) zd kde: H - dopraná ýška, Skutočný celkoý tlak entilátora usí byť äčší ako ypočítaný : 1 p c l le.. zd.. 1 k. x.. z H. zd. g. x, Pa (5.5) D 5. Charakteristika hlaných častí pneuatického dopraníka Ventilátory Najdôležitejšiu časťou pneuatického dopraníka je entilátor, resp. dúchadlo. Ventilátory sa podľa konštrukcie rozdeľujú na axiálne a radiálne. U axiálnych prechádza zduch cez entilátor sere osi otáčania rotora. Tieto entilátory sa yznačujú eľkou ýkonnosťou, ale dosahujú iba nižší tlak zduchu. Axiálne entilátory preto nachádzajú uplatnenie hlane pri kliatizácii, etraní a sušení. V prípade radiálnych entilátoro zduch chádza do entilátora sere osi otáčania rotora a ychádza sere kolo na os otáčania. Radiálne entilátory ajú relatíne nižšie ýkonnosti, ale dosahujú yššie tlaky zduchu. Z uedeného dôodu sa pneuatických dopraníkoch použíajú entilátory radiálne. Príkon na pohon entilátora sa dá ypočítať podľa zťahu: k P Q. pc., W (5.6). pr kde : η pr - účinnosť preodo, - η - účinnosť entilátora, - η = 0,8 až 0,87 k - koef. preťaženia elektrootora, - Q - objeoý tok zduchu, 3 /s 88

9 Dúchadlá Rootsoe dúchadlá sa pneuatických dopraníkoch použíajú ak je na doprau potrebný tlak yšší, než aký dokážu yinúť radiálne entilátory. Počas rotácie piesto sa cyklicky ení obje priestoru uzaretého edzi piestai. Nasáací otor dúchadla je časti telesa dúchadla, kde sa obje zäčšuje a klesá tlak. V časti telesa dúchadla kde sa obje zenšuje a stúpa tlak je uiestnený ýtlačný otor. Piesty dúchadla sú nazájo spojené ozubený preodo, uožňujúci ich rotáciu telese dúchadla. Piesty dúchadla sa yrábajú doj alebo trojraenné. Výroba trojraenných piesto je zložitejšia, ale účinnosť takýchto dúchadiel je yššia. Ozubené súkolesie zabezpečuje bezdotykoý chod oboch piesto. Piesty preto neyžadujú žiadne azanie a dopraoané édiu preto nie je znečisťoané azio. Dopraoaný plyn nesie obsahoať echanické nečistoty, pretože tie by ohli spôsobiť zadrenie dúchadla. Účinnosť dúchadla je záislá hlane na presnosti ýroby piesto a zdialenosti edzi piestai nazájo a tiež zdialenosti edzi piestai a teleso dúchadla. Rootsoe dúchadlá áajú ýkonnosť äčšinou rozsahu od 0 3 /h až /h a príkony od 0,55 kw do 300kW. Doprané potrubie Doprané potrubie sa najčastejšie konštruuje z oceľoých bezšoých rúr. Hrúbka stien (1,0 až 10,0 ) záisí od abrazínosti dopraoaného ateriálu a tlaku dopraného plynu. Rúry sa spájajú skrutkoý spojo alebo sa zárajú. Spodná časť odoroných potrubí sa opotreboáa iac a preto je potrebné odoroné časti potrubí z času na čas pootočiť. Miestai intenzínejšieho opotreboania sú aj onkajšie časti oblúko. Je to spôsobené tý, že dopraoané častice sa plyo odstrediej sily pohybujú pozdĺž onkajšej steny oblúka. Na začiatku oblúka nastáa opotrebenie plyo nárazo častíc na stenu a následne plyo trenia. Rýchlosť častíc je na začiatku oblúko äčšia, tý je äčšia aj odstrediá sila, a teda aj opotrebenie. Existuje niekoľko ožností ako eliinoať zýšené opotreboanie oblúko. Viac opotreboáané časti oblúko sa ôžu yrobiť s hrubšou stenou, ôžu sa yrobiť ako yeniteľné, prípadne sa ôžu yrobiť z ateriálo odolnejších oči abrazíneu opotreboaniu. Pri konštrukcii potrubia je potrebné počítať aj s jeho tepelnou rozťažnosťou. Tento problé sa najčastejšie rieši pružnosťou oblúko zaraďoaných do dlhších roných potrubí. V potrainársko a cheicko prieysle sa použíajú aj sklenené doprané potrubia. Ich ýhodou je zaistenie čistoty, neýhodou je znik elektrostatického náboja. Tento problé sa rieši stanioloýi páskai nalepenýi na rúrky. Prepojení pások s kooýi prírubai a uzenení sa tento nepríjený ja dá obedziť. Kontrolu nútra potrubí uožňujú otory na potrubí, zakryté eko alebo skrutkou. Prieer pneuatického potrubia sa určuje podľa zťahu : D 4. Q Q.. x.. x. 1,13., (5.7) zd zd Prieer potrubia pneuatického dopraníka býa zyčajne 50 až

10 Vkladacie časti pneuatických dopraníko Vkladacie časti pneuatických dopraníko uožňujú loženie dopraoaného ateriálu do dopraného potrubia a jeho preiešanie so zducho nasáaný, resp. ytláčaný entilátoro alebo dúchadlo. Uiestnené sú na začiatku sacej alebo ýtlačnej časti dopraníka. Ich uiestnenie na podtlakoej alebo pretlakoej časti dopraníka deterinuje princíp ich činnosti a tý aj ich konštrukčné riešenie. Na saco potrubí uožňujú nasáanie ateriálu spolu so zducho yužíaný na doprau sacie hubice nasadené na hadiciach. Použíajú sa na nasáanie sypkých ateriálo oľne uložených na hroadách alebo úložných priestoroch obilných dopraných prostriedko. V prípade jednoduchších konštrukcií sacích hubíc je dopraný zduch nasáaný z ozdušia na konci hubice, prúdi eľkou rýchlosťou nad porcho nasáaného ateriálu a strháa ho so sebou. Princíp práce sacích hubíc, ktoré ajú zložitejšiu konštrukciu je zrejý z obr Sacie hubice sa niekedy konštruujú so štorhranný priečny prierezo, ktorý je ýhodný pri yprázdňoaní kúto úložných priestoro. Hadice so sacíi hubicai sa použíajú na nasáanie ateriálo, ktoré sa saé zosypáajú k hadici. Ručne alebo echanicky preiestňoaná hadica sa plyo sojej hotnosti saa ponára do dopraoaného ateriálu, takže anipulácia s hadicou je iniálna a ýkon odsáania axiálny. Sacie hubice sa niekedy použíajú aj pri nasáaní sypkých ateriálo uložených stabilne uiestnených násypkách a zásobníkoch (obr. 5.5). a b c Obr Schéa sacích hubíc Obr. 5.5 Schéa uloženia sacích hubíc násypkách 90

11 Vkladacie časti na začiatku pretlakoého potrubia usia uožniť loženie dopraoaného sypkého ateriálu z prostredia s atosferický tlako do potrubia, ktoro je pretlak. Tento technický problé sa najčastejšie rieši tak, že sa statický tlak ziešaaco priestore pod násypkou preení na tlak dynaický. Statický tlak pod násypkou sa yroná s atosférický tlako a ateriál ôže oľne padať do ziešaacieho priestoru. Takúto zenu tlakoých poero uožňuje Venturiho podáač. Venturiho podáač sa skladá z konfúzoroej a difúzoroej časti, edzi ktorýi je časť uožňujúca kladať dopraoaný ateriál (obr. 5.6). Dĺžka konfúzoroej a difúzoroej časti : l k D d ld. cot g, (5.8) pričo : 4. Q d.. 1,13, (5.9) zu Q zu kde: zu - rýchlosť zduchu zúženej časti, /s Straty kofúzore sa yjadrujú jeho účinnosťou, ktorá býa η k = 0,9 až 0,95. Aby se tejto časti dosiahli lainárne prúdenie, pre sklon stien pozdĺžno sere, á platiť α ax = 15. Rýchlosť zduchu o kladacej časti pneuatického dopraníka neá prekročiť ax = 45 /s. Obr. 5.6 Venturiho podáač Na kladanie ateriálu do podtlakoej aj pretlakoej časti dopraného potrubia pneuatických dopraníko je ožné yužiť rotačné koôrkoé podáače, ktoré uožňujú aj dákoanie dopraoaného ateriálu. Princíp ich konštrukcie a princíp činnosti idieť na obr Výkonnosť koôrkoého podáača sa počíta podľa zťahu: Q V. i..., kg/s (5.30) 1 n kde: V 1 - obje jednej koôrky, 3 i - počet koôrok, - n - otáčky rotora, 1/s ρ - hustota ateriálu, kg/ 3 ψ - koeficient zaplnenia koôrky, - 91

12 Obr. 5.7 Rotačný koôrkoý podáač Ďalšiu ožnosť kladania ateriálu do dopraného potrubia poskytuje záitokoý podáač (obr. 5.8). Záitokoý podáač á násypnú kooru so záitokou, ktorá ateriál doprauje do ziešaacej koory. Na konci záitoky je spätná klapka, ktorá bráni prenikaniu zduchu do násypnej koory. V spodnej časti ziešaacej koory sú dýzy na príod tlakoého zduchu. Záitoka á zenšujúce sa stúpanie, čí sa ateriál zhutňuje a ytára tesnenie, takže tlakoý zduch neuniká zo ziešaacej koory ani pri otorenej klapke Obr. 5.8 Záitokoý podáač 1 záitoka, klapka, 3 záažie, 4 dýza na príod dopraného zduchu, 5 násypka, 6 ziešaacia koora Odlučoače Na oddelenie dopraoaného ateriálu od zduchu, ktorý bol použitý na doprau sa najčastejšie použía odstrediý odlučoač. Je to alcoitá nádoba s kužeľoitý dno, do ktorej sa prúd zduchu spolu s dopraoaný ateriálo tangenciálne priádza hornej časti. V tejto nádobe sa dopraoaný ateriál usadzuje plyo trenia o bočné steny a tiež plyo zníženia rýchlosti prúdenia zduchu, ktoré je spôsobené äčší prierezo odlučoača. Konštrukcia a princíp činnosti odlučoača je zrejý z obr

13 Obr. 5.9 Odstrediý odlučoač Najdôležitejšie technické paraetre odlučoača sa spočítajú podľa nasledoných zťaho: - prieer alcoej časti odlučoača : 0,05 0, d.q, (5.31) 1 Pri narhoaní odlučoača sa zykne oliť poer d :d 1 = 1 : 1,6 až,0, pričo d je prieer potrubia odádzajúceho zduch z odlučoača. - čas potrebný na odlúčenie častíc od zduchu sa určuje epiricky podľa zťahu : t 46,7 d d prc.. d 1 1..ln, s (5.3) in d d kde : p rc poer zenšenia rýchlosti častice pred a po stupe do odlučoača, - - rýchlosť zduchu pri stupe do odlučoača, /s d in prieer najenšej odlúčenej častice (0,1 ), - obje odlučoača : V Q t, 3 (5.33) o. - ýška alcoej časti odlučoača : Vo h, (5.34). d 1 d kde: 0 4 d 0 prieer ýpadoého otoru, - ýška kužeľoej časti odlučoača : d1 d 0 h k, (5.35). tg kde: α/ sklon steny kužeľoej časti zásobníka, 93