Исследование стабильности дисперсных потоков поршневой структуры применительно к работе пневмотранспортных установок тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

РГ 6 од

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Вороним Владимир Николаевич

УДК 621.867.8

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ДИСПЕРСНЫХ ПОТОКОВ ПОРШНЕВОЙ СТРУКТУРЫ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РАБОТЕ ПНЕВМОТРАНСПОРТНЫХ УСТАНОВОК

(01.02.05 - механика жиакости, газа и плазмы)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск - 1996

Работа ш.нюлнснл в научно-исследовательском инсппутс прикладном математики и механики при Томском государственном университете

Научные руководители: доктор физико-математических наук.

профессор И.М. В АСЕ НИН кандидат физнко-мак'млгичсских наук, ' доцент В.М. ЕГОРОВ Официальные оппоненты: доктор технических наук,

H.A. ПРИ БАТУРИН доктор физико-математических наук, профессор U.A. АРХИПОВ

Ведущая организация: Институт теоретической и прикладной механики СО РАН,

Защита состоится " " сеитя'ъ^ _1996 г. в /5 час, но мин.

на заседании -специализированного сошла К 063.53.10 в Томском государственном университете им. В.В.Куйбышева по адресу: 634050. т. Томск, пр. Ленина. 36. ауд. й/5"

С диссертацией можно ознакомиться и Научной библиотеке ТГУ Автореферат разослан " З.М " 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических наук, доцент

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Современная промышленность ежегодно производит ■1 перерабатывает миллионы тонн сыпучих продуктов, что непосредственно связано с транспортными операциями. Во многих технологических процессах наиболее эффективным, а порой и единственно возможным :пособом перемещения дисперсного материала является трубопроводный пневмотранспорт. Необходимость перемещения материалов на значительные расстояния по трассам сложно/1 пространственной геометрии, грлцспортированне с высокой производительностью при малой скорости тшшения дисперсной смеси выдвигают на передний план прогрессивный и :рав!штельно новый способ перемещении - пневмотранспорт в импульсном режиме. Импульсный пневмотранспорт с поршневой структурой перемещаемой среды существенно расширяет область применения традиционных пневматических методов переработки дисперсных материалов. Он характеризуется, в частности, повышенной дальностью перемешешш по сравнению с транспортом в виде взвеси, отсутствием измельчения частиц, высокой степенью взрывобезопасности при значительно меньших удельных энергозатратах.

Вместе с тем, широкое использование способа сдерживается недостаточной изученностью дисперсных потоков поршневой структуры, особенно вопросов стабильности процесса при наличии большого числа возмущающих факторов.

Основополагающим вопросом использования поршневых потоков в практических целях является вопрос о надежности работы транспортной системы. В этой связи особый интерес представляет детальное исследование физических процессов, протекающих в транспортном трубопроводе, учет выявленных закономерностей при построении методов расчета установок, выдача обоснованных рекомендаций по их проектированию к эксплуатации.

Цель работы — исследование стабильности дисперсных потоков поршневой структуры, классификация дестабилизирующих факторов и определение условий наиболее эффективного перемещения сыпучего материала'по трубопроводу с помощью сжатого газа.

Методы исследования. Ввиду сложности практического применения достаточно полных и адекватных математических моделей, учитывающих сильное взаимное влияние параметров потока, основное внимание в работе уделено экспериментальным методам исследования.

Достоверность результатов обеспечивается применением отработанных методик экспериментов, использованием современных высокоточных регистрирующих приборов, сравнением результатов теоретического анализа и численных расчетов с экспериментальными данными, успешным использованием полученных в работе выводов при решении конкретных практических задач.

Научная новизна

1. В работе впервые обобщены и классифицированы дестабилизирующие факторы, под действием которых появляются флуктуации параметров потока поршневой структуры. Экспериментально установлена определяющая роль возникающей при этом нестационарной фильтрации транспортирующего газа на деформацию структурных элементов и, как следствие, на динамику потока. Разработан и экспериментально проверен метод количественной оценки стабильности процесса по амплитуде отклонения давления транспортирующего газа от его среднего значения.

2. Показано, что при взаимодействии плотного слоя материала с транспортирующим газом эффективные напряжения, в том числе нормальное давление материала на стенку трубопровода, определяются производной от градиента давленая газа по координате перемещения. Получена зависимость, связывающая градиент давления, необходимый для преодоления сопротивления трения, с интенсивностью изменения давления на границе слоя и газопроницаемостью дисперсного материала. На основе представлений Мора-Кулона описаны условия, необходимые для образования в слое дисперсного материала сводовой структуры, и получено выражение для критического градиента давления, разрушающего свод.

3. Экспериментальны мн исследованиями процессов нестационарной фильтрации установлена связь уплотнения и разрушения поршня сыпучего материала с интенсивностью накладываемых возмущений и с его газопроницаемостью.

4. Экспериментальными исследованиями на крупномасштабных установках с дальностью до 240 м получены зависимости между основными параметрами потока. Область стабильности потока поршневой структуры предложено интерпретировать в виде поверхности второго порядка в координатах: начальное давление газа - периодичность ввода материала -массовая расходная концентрация. Впервые получены принципиальные ограничения на удельный расход твердой фазы, обусловленные как сравнительно узкой областью существования устойчивых режимов, так и ограниченными демпфирующими возможностями межпоршневых газовых

промежутком. Получены эмпирические зависимости предельной загрузки трубопровода от дальности транспортирования, зависимость оптимальной длины порции от физико-механических свойств перемешаемою материала и диаметра трубопровода.

5. Построен метод расчета поршневых пневмотрансноргных установок, впервые доведенный до замкнутой процедуры, достаточной для целей проектирования. Достоверность получаемых результатов' расчета подтверждена сравнением с опытными данными. Разработаны новые методы стабилизации дисперсных потоков поршневой структуры и приведены результаты их испытаний на практике.

Практлчесхая ценность. Результаты проведенных исследований являются основой для разработки принципиально новых способов и устройств для стабилизации потоков поршневой структуры. Разработанный способ оценки стабильности по величине флуктуации давления транспортирующего газа позволяет автоматизировать процесс контроля и корректировки параметров. Методику экспериментального исследования процесса нестационарной фильтрации предложено использовать для определения степени транспортабельности дисперсного материала при выборе способа его перемещения по трубопроводу.

Реализация работы. Результаты работы внедрены на Нонополоцком ПО "Полимер" (Белоруссия), на Пермском кабельном комбинате "Камкабель", в отраслевой лаборатории пневмотранспорта НИИ ПММ. Метод расчета режимных параметров включен в Руководящие технические материалы (РТМ) "Пневмотранспорт сыпучих материалов" для предприятий химической промышленности и реализован при проектировании системы пневмотранспорта для Охтинского химкомбината (г. С-Петербург). Ряд технических решений использован в учебном пособии проф. В.А. Шваба "Аэромеханические методы в технологии производства порошковой продукции".

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались и были одобрены на объединенном научном семинаре отдела прикладной аэромеханики и тепломассобмена НИИ ПММ и кафедры прикладной аэродинамики ТГУ, на IV Всесоюзной конференции "Механика сыпучих материалов" (Одесса, 1980), Уральской зональной конференции "Механика сплошных сред" (Пермь, 1980), Республиканской конференции "Методы аэромеханики и тепломассообмена двухфазных потоков применительно к технологическим процессам" (Томск, 1981), Республиканской конференции по прикладной математике и механике (Томск, 1983), II Республиканском

семинаре "Применение методов и аппаратов порошковой технологии" (Томск, 1983), Всесоюзной копферешши "Новые методы в технологии производства, переработки, транспортирования и хранения пищевых продуктов" (Москва, 19S4), Всесоюзной конференции "Применение аппаратов порошковой технологии и процессов термосинтеза в народном хозяйстве" (Томск, 1987), Всесоюзной конференции "Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении" (Белгород, 1989), Международной конференции "Охрана окружающей среды" (Томск, 1995).

Публикации, , Основное содержание диссертационной работы опубликовано п 22 печатных работах и 4 авторских свидетельствах на изобретения.

OGvea работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и двух приложений (таблицы, 7 актов внедрения). Работа изложена на 190 страницах печатного текста и содержит 52 отдельных листа с 75 рисунками Список цитированной литературы включает 138 наименований.

Осяоамые научные результаты и положения, выносимые ил завдпту.

1. Методика выяатения и классификации дестабилизирующих факторов на основе регистрации флуктуаций термодинамических параметров потока и сравнения с квазистационарной моделью. Экспериментальное доказательство определяющей роли нестационарной фильтрации на деформацию структурных элементов и, как следствие, на динамику потока.

2. Результаты экспериментального исследования параметрической области стабильности потока путем варьирования входных параметров (принцип дефицита или избытка потенциальной энергии транспортирующего газа). Предложенную интерпретацию области стабильности потока поршневой структуры в виде двумерноГгповерхностп п координатах Р„ (начальное давление) - 0 (периодичность ввода дисперсного материала) - р (массовая расходная концентрация). Результаты обобщения полученных результатов методом качественного анализа физических процессов, протекающих в трубопроводе на границе области стабильного транспортирования.

3. Полученные автором принципиальные ограничения на удельный расход твердой фазы, обусловленные ограниченными демпфирующими возможностями межлоршневых газовых промежутков. Полученные эмпирические зависимости предельной загрузки трубопровода от дальности

транспортирования, зависимости оптимальной длины порций от физико-

&

механических свойств перемещаемого материала и диаметра трубопровода. Построенную на этой основе методику расчета парамефов норшнеиых пневмотранспортных установок и результаты сравнения результатов расчета с опытными данными.

4. Разработанные методы стабилизации дисперсных потоков поршневой структуры и результаты их испытании на практике.

Содержание работы

Еа введении обоснована актуальность проблемы стабильности потоков поршневой структуры, кратко сформулирована цель работы и указаны основные научные результаты, выносимые автором на защиту.

В г.ервлн разделе представлен литературный обзор современного состояния исследований двухфазных потоков высокой концентрации. Рассмотрены особенности перемещения частиц потоками различной структуры. Показано, что потоки поршневой структуры имеют ряд преимуществ при их практическом использовании.

Отмечены интересные работы немецких исследователей (Lippen А., Muschelknaul?. Е.), использующих оригинальный способ формирования поршневых потоков посредством байпассирования (by-pass). Особое внимание уделено исследованиям трех отечественных школ: московской (Баснакьян Г Л., Первушш В.Г., Ковалева Е.Л.), ленинградской (Островским Г.М:, Казанцев В.Р*., Меньшиков A.M.) и томской (Шваб В.Л., Егоров В.М., Смо.повик В.А., Квеско П.Б.). Сравнительный анализ показывает, что по степени научной проработки темы томская школа находится на уровне прсмышленно развитых европейских стран, а по практическому использованию результатов - лидирует в России и СНГ.

В обзоре выделен ряд исследований, в тон или иной мере касающихся проблемы стабильности взвешенных двухфазных потоков (Шваб В.А., 1969; Siegler W., 19S4) и транспорта плотным слоем (Толстопят Л.П., Меркулов Э.Г., 19S0). Вместе с тем, отмечено, что в литературе практически отсутствуют достаточно полные работы по стабильности потоков поршневой структуры. Имеющиеся рекомендации носят поверхностный характер. Выводы, полученные на моделях, зачастую необоснованно переносятся на крупномасштабные установки, тогда как "... при переходе к: промышленным масштабам во многих случаях не удается добиться не только устойчивой работы, но даже начала транспортирования." (Островский Г.М., 1984).

Для более четкого выбора направления исследований был изготовлен стеклянный трубопровод дальностью 30 м, осуществлены визуальные

наблюдения и киносъемка перемещения различных материалов, проведен качественный анализ процесса. Сделан вывод, что деформация и разрушение структурных элементов первичны относительно нарушения стабильности потока в целом. Отмечено сильное влияние связности материала на картину течения.

В конце раздела сформулированы задачи исследования и обоснован метод их решения.

Во вторам разделе проведен теоретический ана.щз основных закономерностей взаимодействия плотного слоя дисперсного материала с транспортирующих) газом и со стенкой трубопровода.

Использованный в работе принцип формирования потока предполагает периодический ввод в трубопровод порций дисперсного материала массой тт, чередующийся с полачей газа под давлением Ра, благодаря чему в трубопроводе организуется поток регулярной поршневой структуры. Если положить,что порции непроницаемы для газа и не разрушаются во время движения, получим упрошенную квазнстационарную модель потока, для которой характерно периодическое повторение параметров в контролируемом сечении (давление газа, концентрация твердой фазы, скорость элементов и т.д.).

Реальный поток подвержен различным возмущениям, учесть которые в расчетной схеме .не представляется возможлым, а процесс, протекающий в трубопроводе, в значительной мере отличается от его схематичного представления. В частности, давление газа в Атом газовом промежутке не является монотонной функцией времени. Установлено, что перепад давления на порции материала колеблется относительно некоторого среднего значения. Интенсивность изменения давления лежит в пределах от 1х10г Па/с на прямолинейных участках, до . 5х103 Па/с на участках поворотов. В разделе подробно проанализирована сила взаимодействия фильтрующегося газа с материалом и показано, что при характерных для пневмотранспорта давлениях и скоростях фильтрации межфазная сила /п носит, преимущественно, вязкостный характер:

/а = -/л = «„(" --#,) + где Пгг / £(</,)

Здесь и, </, - скорости фаз; р,- вязкость газа; е- пористость среды; газопроницаемость; </, - осреднеиный диаметр пор.

Для учета сил трения /г использована кулоновская модель. Радиальные напряжения на стенке рассматриваются как результат сложения

■ . :: »

адгезионной гравитационной a„t и эффективной а[ (контактное

взаимодействие частиц) составляющих. Для связи пористости с осевыми эффективными напряжениями использован известный из реологии грунтов принцип Герсеванока. Изотермическое течение газа записано в виде квазнстационарного уравнения в приближении Дарен .vi я скорости фильтрации. Напряженно-деформируемое состояние поршня описано системой дифференциальных уравнений относительно функций Р, р, с, с/,

Л Мм Лс)

с1 <4 / ч

et c.v

' il \ p !, \ J W , (1)

—p,(l -ф, +—■[>,{}-ф' = --------/,

t'l cx cx t'r

i - 2r| , /

где a7 - эффективные напряжения; п - коэффициент бокового давления; - угол трения; - коэффициенты Ламе для пористой среды. Анализ уравнений системы (Г) (без ее решения) использован для рассмотрения типичных ситуаций, возникающих в транспортном трубопроводе, а также для правильного выбора условий экспериментов н при обобщении опытных результатов. D частности, рассмотрены случаи характерного для поршневого потока монотонного убывания функции Р{х) в направлении движения. Анатиз показывает, что деформации материала могут носить характер сжатия в условиях невозможности бокового расширения (включая эффекты расклинивания и сводообразования), растяжения (включая образование свободных поверхностей), либо отсутствовать. При положительном значении производной д'Р / Яг' (повышение давления на заднем фронте) эффективные напряжения возрастают и происходит уплотнение материала; при отрицательном значении (падение давления перед порцией) появляются растягивающие усилия и возможно нарушение целостности слоя; случай i?P/9x=coi>st аналогичен стационарной фильтрации при малых числах Рейнольдса.

Гравитационная составляющая напряжений иа стенке получена в рамках теории предельного равновесия Ренкина:

я

глс О — диаметр трубы; ф — угол внутреннего трения; коэффициент подвижности; О,-полярный угол.

Из условия сдвига (частный случай четвертого уравнения системы) получено выражение для минимального перепада, , необходимого для перемещения порции материала длиной /,:

В литературе нет единого мнения о количественном влиянии эффекта расклинивания На сопротивление трения при движении плотного слоя. Проведен анализ формул, которые используют А. [лрреЛ, У. Тви^, У. Мопка-ла, Л. Коновалов, В. Первунин и др., полнившие линейные, степенные, экспоненциальные зависимости Л/°(/,). Показано, что противоречивость кажущаяся и зависит от конкретных условий задачи, в частности от учета предыстории формирования слоя, допущений о подвижности частиц и т.п Анализ позволяет рекомендовать линейную зависимость аналогичную приведенной выше, а влияние сжимающих

эффективных напряжений при поршневом режиме следует учитывать п трек случаях: сдвиг практически газонепроницаемого слоя; движение в условиях резТ;ого нарастания давления на заднем фронте; явление сводообразоваиня при взаимодействии с местным сопротивлением. Получены критические градиенты сдвига для этих случаев.

Найдено ограничение на величину диаметра трубопровода

л показано, что для наиболее распространенных сыпучих материалов (r„ ~ 150 Н / м:; /\ ~ 1200 кг / м') транспорт по трубам диаметром D г 0.15 м

склонен к вырождению в транспорт дюнами, следовательно, ненадежен.

В третьем разделе представлены результаты экспериментальных исследований взаимодействия дисперсного материала с транспортирующим газом и со стенкой трубопровода. Основное внимание уделено исследованию деформации слоя в условиях нестационарной фильтрации и сдвигу слоя под действием перепада давления газа.

Опыты проведены на различных модификациях лабораторной установки, схема которой приведена на рис. 1. Моделировалось повышение давления

(3)

2+ с/¡Аъу- %<?„)]

(4)

ю

Рис. 1

Схема экспериментальной установки 1-регулятор расхода; 2-стеклянннй трубопровод; 3- дисперсный материал; '1-датчик напряжений; 5- датчик дарления газа; б- измеритель расхода 7- измерительная шкала; 8-усилительная аппаратура; 9-регистрирующая аппаратура; Ю- сетка.

Диаграммы сдвига слоя при раз- Поведение градиента давления

чичной плотности укладки частиц, газа при деформации сжатия.

Ю =31.1 мм; материал - апатит; ТЗ =56.7 мм; к =7-104 Па/с;

¿/¿„=1.20(1); 1.06(2); 1.0(3). м-л: ив.песок; 1-6:4Г=0,2 .

на заднем фронте по закону Р = к/, сброс давления перед порцией с различной интенсивностью с-Р / Л, уплотнение материала но типу гидравлического удара в горизонтальных и вертикальных трубах. Условия опытов соответствовали реальным процессам, протекающим в Пневмогрансиортной установке.

Б работе использованы трубопроводы диаметром от 31.1 до 800 мм. Исследуемые материалы: кварцевый песок пяти фракций, сухое молоко, апатитовый ' концентрат, кукурузная мука, глинозем, гранулированный полиэтилен, пиритный огарок. Необходимые физикомеханические параметры материала определялись по стандартным методикам с привлечением весового, ситового, микроскопического анализов, методов плато- и поромегрии, сдвиговых, компрессионных и трибометрических приборов.

Для оценки достоверности полученных результатов определены инструментальные и случайные ошибки игиерений. По/реши ость тензометрическнх датчиков составляла от 2 5 до 4.0 %, использованы стабилизированные источники питания с Д„ = ± 0.2 %, самопишущие прибора Н-338-бп высокой точности, образцовые манометры ОМ-160-1.6 класса 0,4, что дает итоговую ошибку не более 8%. Случайные ошибки по результатам 4-5 параллельных опытов определены по формуле Бесселя и составляют менее 6 %. В необходимых случаях строился доверительный интервал 0.95 по Стьюденту. Оценка остаточных членов при численном дифференцировании дает ошибку обработки, сравнимую со случайной ошибкой измерения.

На рис. 2 зафиксированы типичные осциллограммы давления при сдвиге апатита в трубе />=31.1 мм. Обработка результатов дает степенную зависимость касательных напряжений на стенке от плотности укладки частиц. Короткие порции материала продуваются газом и разрушаются при длине, меньшей 3-5/) для вертикальных и 6-10/) для горизонтальных труб в зависимости от связности материала.

Поведение градиента давления газа при линейной зависимости Р{/) на границе показано на рис. 3. Кривые 1,2,...,6 получены дли точек х, ~ о, 0.2/,,•■•,/,, где /,-длина порции. Момент /* характеризует максимальную неоднородность градиента вдоль слоя, что определяет величину наибольших пластических деформаций.

Численное дифференцирование распределения Р(х,1) при резком падении давления на свободной поверхности дает эволюцию волны разрежения в плотном слое материала. Момент образования трещины соотвегствует достижению максимума локальной пронзьодной ¿Р/йг2.

Величина зоны деформаций зависит от интенсивности падения давления на границе слоя.

Основные результаты разде.нт.

1. Непосредственными измерениями эффективных радиальных напряжений на стенке установлено, что стаиионярный перепад давления газа не изменяет исходное напряженное состояние дисперсного материала, что подтверждает правомерность учета сопротивления трения на основе радиальных составляющих гравитационного напряжения.

2. При наличии локальной зоны повышенного трения в материале появляются расклинивающие усилия. При заторможенной головной части эффективные напряжения на стенке максимальны, их величина постоянна по длине слоя и пропорциональна приложенному градиенту давления.

3. Протекающие в сыпучем материале де^хэрмации вызывают изменение объемной концентрации частиц, что приводит к сводообразопаиию, дюнообразованию или делению порции дисперсного материала на части.

4. При нестационарной фильтрации величина деформаций определяется величиной локальной производной д'Р/дх1, причем чувствительность материала к интенсивности возмущения обратно пропорциональна квадрату среднего диаметра частиц.

5. Существующие в -пневмотранспортом потоке низкочастотные возмущения величиной порядка Ю^-Ю1' Па/'с достаточны для появления необратимых деформаций''и разрушения структурных элементов потока.

О ■■'.спзсргг.ом разделе приведены результаты исследования области существования дисперсных потоков поршневой структуры. Эксперименты по перемещению различных материалов проведены на крупномасштабных установках с длиной трубопровода от 30 до 240 м (рис. 4). Варьировались начальное давление, частота ввода материала, точки дополнительного ввода газа. Фиксировались расход газа, распределение давления но трубопроводу, скорость и длина структурных элементов. Определялись производительность и расходная концентрация.

В основу каючестватсй - сцепки стабшьпости процесса положен предложенный автором метод регистрации флуктуация давления транспортирующего газа в контролируемом сечении (рис. 5). Отклонение от среднего значения определялось в виде:

Ы> =

х 100%, где N- количество порций материала за время опыта.

I-питатель; 2-узел формирования; З-приемное устройство; 4-пульт управления;5-стеклянний участок; б-воэвратная линия; 7-тензодатчики 8-манометры; 9-узлы ввода доп.газовых струй

Рис. 5

Оценка стабильности потока по флуктуациям параметров транспортирования. I- давление транспортирующего газа, х =152 и 2,3- показания фотометрических датчиков скорости, х; =152.4 м; =156.4 м; Ь =242 м

Поршневая структура потока задавалась параметром 0 - / Т\ Т = /, + /, где — время ввода материала, Т — общий период формирования, / — время подачи газа. Достигаемая степень загрузки трубопровода (отношение суммарной длины движущихся поршней к длине трубопровода Т) находили через производительность <7, и среднюю скорость транспортирования Щ:

а1 = /1 = /(Оч /17,), где /-номер опыта.

Эксперименты в условиях дефицита (малые Д, большие в) или избытка (большие малые 0) энергии транспортирования показали, что при достижении флуктуациями 5Р величины порядка 30% происходит резкая дестабилизация потока, вырождение структуры и аварийная остановка процесса, ввиду чего предельную степень загрузки трубопровода предложено интерпретировать как способность межпоршневых газовых промежутков демпфировать накладываемые возмущения и сохранять поршневую структуру. Обработкой результатов транспортирования различных материалов на расстояния от 5.8 до 242 м получена зависимость предельной загрузки а* от приведенной дальности транспортирования 4, которая аппроксимирована степенной функцией:

а* = 0.1(1 + АЦ) (5)

Для расчета установки рекомендованы эмпирические значения А = 10, Ь = -0.5. Из-за отсутствия данных о влиянии свойств материалов на величину А ~н Ь вводится коэффициент запаса 5 = 0.80-0.85, а = Сравнение расчетной кривой с опытными данными по транспорту цемента (П. Дмитриев, А. Матвеев, 1965) показало их удовлетворительное согласование.

Получены экспериментальные зависимости <7,(0), р(0), б',(и), ц(/£) (рис. 6). Область устойчивых режимов предложено интерпретировать в виде поверхности второго порядка (рис. 7). Проекции этой поверхности на координатные плоскости удобны для анализа и позволяют прогнозировать особенности работы пневмотранспортной системы.

В конце раздела обобщены и сведены в таблицу характерные признаки нарушения поршневой структуры. Среди неблагоприятных факторов выделены следующие:

1. Величина Р0 не соответствует интенсивности подачи материала или загрузке трубопровода, включая нестабильность давления питающей сети.

2. Трубопровод содержит местные сопротивления, резхо изменяющие скорость псН'ока по величине или направлению.

Основные параметрические Область стабильности потоп;-,

зависимости порлневой структуры

Ыетоды стабилизация потока I- ступенчатое повышение давления;2- ввод газовых струй; 3- демпфирование колебаний давления; 4- контрольный элемент; 5- устройство сравнения; 6- генератор импульсов

3. Формируемая начальная длина порций не оптимальна для материала с яанными свойствами (неправильный выбор /,, нестабильность истечения из питателя).

4. В процессе работы установки исходный материал резко пеняет свойства, например, в трубопроводе происходит конденсация влаги.

5. Выбранный диаметр не соответствует степени связности материала.

6. Не предусмотрена процедура заполнения трубопровода при запуске (вывод на режим).

В пятом разделе на основе проведенных исследований построен метод расчета пневнотранспортных установок и предложены методы стабшизац/ш Потоков поршневой структуры.

Я основу метода paciera положены эмпирические зависимости: для оптимального отношения длины Порции материала к диаметру трубопровода /, / Я « 30 - 27t, / (I - (45 - <? / 2);

ограничений на скорость стабильного транспортирования С^; диаметр трубопровода D (см. формулу (4)); степень загрузки а (см. формулу (5)) и вытекающего из них принципиального ограничения на удельный расход твердой фазы:

я(о.2о/ + т. /te.)' i „,>_

с, s , „ : г -(о. « + К. где и, s 8 м/с.

Начальное давление определяется из условия сохранения импульса для изотермической проточной системы дальностью L., высотой подъема ]Г//(:

Po,Pl, l^MhiliML^+aPi(1 _ e)í[(, + „¿^+2 ъ]

[ар,(1~ф/7} /1}

При выводе установки на расчетный ргжгш рекомендован метод ступенчатого повышения давления с шагом:

Л/', = 4<7,Г(/1 -./>,)/ -v¿)'a/p,(I - е)

Метод расчета позволяет получить все необходимые для целей проектирования исходные данные на основе технологических требований по дальности и производительности, конфигурации трассы и свойств перемещаемого материала. Для его проверки выполнены численные расчеты трех конкретных установок для перемещения хлористого калия и гранулированного полиэтилена. Сравнение расчетных параметров с данными, Полученными на этих установках, показало, что расчет

гарантирует попадание процесса и область стабильных режимов. Максимальное среднее отклонение составило 12.3 %, минимальное - 2 9 %

На рис.8 покачана обобщенная схема установки, оборудованной средствами стабилизации потока'. Запуск установки предполагает ступенчатое повышение давления на входе с помощью регулятора расхода 1 вплоть до выхода первой порции и приемное устройство. Местное сопротивление трубопровода оборудовано специальным узлом ввода дополнительного количества газа 2. Здесь же условно показан метод стабилизации путем демпфировании колебаний давления в межиоршневых газовых промежутках с помощью ресивера 3. Оперативный контроль параметров потока осуществляется путем регистрации периода прохождения порций фоторезисторным датчиком 4 Схема сравнения 5 выдает сипит на генератор импульсов 6, изменяя частоiу ввода структурных элементов.

Большинство предложенных способов стабили lamnt защищены авторскими свидетельствами, их раГипосноспСжисть подтверждена актами испытаний. Применение этих способов стабилизации аошоляет повиси п. надежность работы - установок и снизить удельные' juepmiaipaiu на транспортирование.

По теме диссертации опубликовано 26 печатных работ Основные результаты содержатся в следующих публикациях:

[ Воронин В.Н., Егоров В.М. Поршневой . пневмотранспорт с малой скоростью. // Вопросы аэропщромеханики и тепломассообмена п приложении к некоторым технологическим процессам. - Томск: Ичд-во Томского ун-та, 19S1. с. 112-125

2. Воронин В.Н., Егоров В.М., Квески К.Б. Некоторые меюды стабилизации дисперсных потоков поршневой структуры. // Тез докл. респ. научи, конф. "Методы аэромеханики и тепломассообмена двухфазных потоков применительно к технологическим процессам". Томск. 1981 с. 10-11

3. Воронин ВН. Взаимодействие дисперсною материала с транспортирующим газом в условиях поршневого пневмотранспорт. ,/ Материалы Всесоюзн. конф "Применение аппаратов порошковой технологии и процессов гермосинтеза в народном хозяйаве". Томск. 1987. с. 126-127.

4 Воронин В.Н. Оценка производительности поршневых ПТУ. - Томск 1986. И с. -Деп. ВНИИ ЭСМ, N 1437-87 деп.

5 Воронин В.Н , Романднн B.I1., Свищев Б.Г. Испытания поршневою

пневмотранспорта в промышленных условиях. - Томск. 1956. 18 <;. • Деп НИТИ Хпмнефтемаш 9 аир 1986. N 1509-86 хн.

<>. Воронин В.Н К методу расчета поршневых пнсвмотранспоргнмх установок,- Томск. 1986. !1 с. Дсп. НИТИ Химнсфтемаш 23 марта 1987, N 1662-87 хн.

Воронин ВН. О структуре потокэ при поршневом пневмотранспорте: // Вопросы аэрогидромеханики и тепломассообмена. Томск: Изд-во Томского ун-та. 1989. с. 232-2.18

8. Воронин В Н. О стабильности пронесся пневмотранспорта в поршневом режиме. // Материалы Всесоюзн. кот)). "Фундаментальные исследования н новые технологии в' строительном материаловедении".Ч. 9. Белгород,

. 1989. с. 32

Л.С. N 950 632 (СССР). Способ транспортирования сыпучих материл юн /Воронин В Н., Егоров В.М., Кнеско П.Б. // Опубл. в Г>.И. 1982, N 30

Н1 Д.С N I 211 179 (СССР). Способ транспортирования сыпучих чатсри.шов по трубопровочу.'/'Шваб В.Д., Воронин В.Н., Егоров В.М., < Квеско В В., Спите» П.Г. // Опубл. в В.И. 1986. N 6.

11. Л.С. N 1 301 752 (СССР). Устройство для «вода транспортирующего агента в транспортный трубопровод на промежуточных участках. / ВалееР Р.Г.. Воронин В Н., Гордеев В.К. и др. // Опубл. в Б.И. 1987. N 13.

I.?. АС. N 1 691 240 (СССР) Установка для пневматическою транспортирования сыпучего материала. / Романдип В.И., Воронин В.Н , Грушннков Л.13., Осинников Н Н. // Опубл. в Б И. 1991. N 42.

Заказ ¿09. Тираж ЮО згз.

УСЛ ТГУ, Томск, 20, Нмкнгилл.Ч.