Proiect St

Universitatea Politehnica Bucuresti Facultatea Ingineria Sistemelor Biotehnice Catedra de sisteme biotehnice

- Proiect la disciplina Sisteme de transport –

Profesor indrumator proiect: Marcu Silviu Student: Florea Razvan Grupa: 733

2013-2014

Tema de proiect la disciplina Sisteme de Transport



Titlul temei Transportorul pneumatic



Cerinte initiale pentru proiect

-

Capacitatea de lucru: 1.75 kg/s

-

Materialul de lucru: furaje uscate

-

Lungimea : 11 m 

Memoriul de calcul

-

Studiul solutiilor constructive similare

-

Prezentarea si justificarea solutiei adaptate pentru transportorul pneumatic

-

Calculul principalilor parametrii constructivi, functionali si energetici

-

Calculul de dimensionare 

Materialul grafic

-

Ansamblul general in doua proiectii;

-

Desene de subansamblu;

-

Desene de executie .

1.Studiul solutiilor constructive similare ale transportorului pneumatic

1.1 Consideratii generale 1.1.1 Destinatie, constructie, clasificare

Transportoarele pneumatice asigura transportul materialelor in vrac, cu granulatie mica,pe orice directie si orice traseu, pe distante relativ mari, pana la 2 km pe orizontala si 100 m pe verticala. Transportul se efectueaza pe o conducta prin care circula un amestec de material si aer ca agent de transport, datorita diferentei de presiune realizat la capetele acesteia.Ajuns la destinatie, amestecul de material si aer este separat astfel incat materialul transportat este depozitat intr-un buncar sau alt mijloc de receptie, iar aerul, dupa ce a fost curatat de praf, este evacuat in atmosfera. Ele prezinta simplitate constructiva si de exploatare, asigura racirea materialului in timpul transportului, asigura capacitati de lucru mari de pana la 300t /h, dar necesita un consum ridicat de energie. Un transportor pneumatic se compune din : dispozitivul de alimentare care asigura amestecul material-aer, conductele care asigura traseul de transport, sisitemul de separare si curatire plasat la punctul de descarcare, cu rolul de a separa materialul transportat de aer si ventilatorul care produce diferenta de presiune necesara transportului. Dupa destinatie transportoarele pneumatice pot fi independente sau subansamble ale unor masini agricole. Transportarea pneumatica este bazata pe exploatarea aerului din atmosfera pentru transportarea cerealelor pe un furtun (teava). Din cauza aceasta factorii care actioneaza asupra aerului, si anume temperatura si presiunea atmosferica, influenteaza productivitatea. Caracteristicile mentionate sunt efectuate luand in consideratie presiunea atmosferica si temperatura de 20 ºC .Productivitatea transportorului depinde de pozitia furtunului si de natura

produsului transportat.Productivitatea (grau cu greutatea hectolitica 750kg/m3, umiditatea 14%, impuritati 3% ) lungimea furtunului fexibil pana la 3 m.: Dupa modul de functionare, instalatiile de transport pneumatic se impart in: 

instalatii prin aspiratie;



instalatii prin refulare;



instalatii mixte.

Fig.1.Instalatie de transport pneumatic prin aspiratie

La transportoarele pneumatice prin aspiratie (fig1) transportul materialului se realizeaza cu un exhaustor montat la capatui instalatiei pneumatice, astfel ca acesta se aria in intregime sub depresiune. Exhaustorul 5, montat dupa punctui final al instalatiei, produce depresiunea necesara (0,5...0,6 bar) aspiratiei curentului de aer in vederea antrenarii materialului. Materialul granular este aspirat impreuna cu aerul prin capul de aspiratie 7 si transportat pe conducta 2 pana la silozul de descarcare 3. Separarea ultimelor granule antrenate de aer se face in ciclonul 4. Reglarea depresiunii se face in functie de natura, marimea granulelor si pierderile prin frecare care intervin pe intreaga lungime a instalatiei. Transportui pneumatic prin aspiratie este eficient in cazul descarcarii materialelor din vagoane, platforme, remorci etc. la distante de pana la 120 m.

Fig.2 .Instalatie de transport pneumatic prin refulare

La transportoare pneumatice prin refulare (fig2) transportul materialului se obtine datorita curentului de aer produs de suflanta 1 montata la capatui initial al instalatiei, inaintea zonei de incarcare a materialului. Materialul este alimentat din buncarul 3 si este transportat de curentui de aer in silozul de descarcare 4. Separarea granulelor antrenate se face in ciclonul 5 si in filtrul cu saci 6. Presiunea aerului este de 2...5 bar, iar distanta de transport ajunge la 300 m. In cazul transportoarelor pneumatice mixte (fig.3) pe prima portiune a conductei aflata intre moara cu ciocane (4) si ventilatorul (5) transportul materialului se face prin aspiratie, iar pe restul conductei(intre ventilator si ciclonul (8)) transportul materialului se face prin refulare. Datorita depresiunii create de ventilatorul (5) si datorita faptului ca viteza curentului de aer este mai mare decat viteza de plutire a materialului macinat, acesta este absorbit din moara cu ciocane (4) si refulat in ciclonul (8) unde are loc separarea materialului de aer deoarece in ciclon, viteza curentului de aer scade sub viteza de plutire a materialului, materialul este evacuat din ciclon cu ajutorul ecluzei (6) la sistemul de insacuire. Aerul este curatat de praf in filttrul cu panza (7) si apoi evacuat in atmosfera, iar impuritatile sunt colectate intr-un sac.

Fig.3. Transportorul pneumatic al morii MC-3

Transportoarele pneumatice mixte se folosesc pentru transportul materialului din mai multe locuri in locuri diferite, pe distante mari. 1.1.2 Principalele avantaje si dezavantaje ale instalatiilor de transport pneumatic : Avantaje : 

independenta fata de neuniformitatea formelor de relief local ;



distante de transport si debite ridicate ;



simplitate constructiva si de exploatare ;



lipsa pieselor in miscare ;



conditii igienice de lucru ;



lipsa pierderilor de material pe traseul de transport

Dezavantaje : 

consumul ridicat de energie ;



posibilitatea transportului numai a materialelor cu granulatie mica.

1.2 Solutii constructive ale transportoarelor pneumatice

Transformatorul pneumatic al instalatiei de macinat paie IMP-2

Transformatorul pneumatic al instalatiei de macinat si amestecat furaje DI-37

Transformatorul pneumatic al instalatiei de macinat furaje DI-38

Transformatorul pneumatic al instalatiei de macinat furaje DI-55M

Transportorul pneumatic al morii MC-1-sorb;2-filtru ;3-motor ;4-moara cu ciocane;5ventilator;6-ecluza;7-filtru de panza;8-ciclon; Calculul vitezei curentului de aer Pentru determinarea vitezei de transport a materialului este necesara cunoasterea proprietatilor fizici-mecanice ale materialului si in primul rand viteza de plutire a acestuia. Viteza de plutire a particulelor de material de forma sferica se poate calcula cu relatia : Vp

(m/s) (6.1)

In care : d – diametrul particulei de material de forma sferica , m;

ρm – densitatea materialului, Kg/m3 ρa – densitatea aerului in conditii normale de presiune si temperature, Kg/m3 Coeficientul de presiune “k” depinde de numarul lui Reynolds. Valoarea sa pentru corpuri sferice este data in lucrarea [12]. Pentru particulele de alta forma decat cea sferica se introduce notiunea de diametrul sferei echivalente dec si de factorul de forma kf . Notand cu “V” volumul particulei de forma oarecare, atunci : dec = 1.24

(m) (6.2)

in acest caz coeficientul de presiune “k” al aerului asupra particulei trebuie multiplicat cu factorul de forma Kf .Relatia de calcul a vitezei de plutire devine: Vp

(m/s) (6.3)

Avand numarul lui Reynolds din nomograma in anexa 46 se poate determina viteza de plutire cunoscand natura si dimensiunea particulei. Vitezxa de plutire se poate determina si experimental cu ajutorul unor instalatii special. Astfel, in tabelul 6.1 sunt indicate vitezele de plutire ale catorva material agricole Vitezele de plutire ale unor material agricole

Tabelul 6.1 Materialul

Vp (m/s)

Materialul

Vp (m/s)

Grau

9-11.5

Grau si stav

5.5-7.5

Secara

8.5-10

Grau vatamat

5.7-7.5

Orz

8.5-11

Faina

8.1

Ovaz

8-9

Paie de grau

12-19

Porumb

12.5-14

Paie de secara

6.4-8.4

Mei

10-12

Paie de ovaz

7-8.7

Mazare

15.5-16.5

Pleava de orz

0.67-3.1

Fasole

12.5-14

Pleava de ovaz

0.67-3.1

Soia

17-20

Pleava de orez

0.84-4.2

Canepa

8-11

Neghina

7-9

In

5.2

Paie tocate (≤100mm)

3.5-4.25

Pentru transportul materialelor prin conducta este necesar ca aerul sa aiba o viteza mai mare decat viteza de plutire si anume : Va = α Vp (6.4) In care : α = 1.25 – 1.5 pentru seminte; α = 1.25 – 2.5 pentru paie sau fan; Valorile maxime ale lui α se iau in cazul conductelor vertical si cu coturi.

Calculul consumului de aer

Cantitatea de aer necesara transportului materialului , in unitatea de timp este data de relatia Qa = Unde: Q – capacitatea de transport, Kg/s; μ – concentratia amestecului; Pa = 1.24 Kg/m3 densitatea aerului.

(m3/s) (6.5)

Cercetarile experimentale recomanda urmatoarele valori pentru concentratia amestecului. a) Pentru transportoare pneumatic cu refulare: -

De joasa presiune μ = 0.2 – 0.3

-

De medie presiune μ = 0.4-0.5

-

De inalta presiune μ = 10-40

b) Pentru transportoare cu aspiratie: -

De joasa si medie presiune μ = 3-5

-

De inalta presiune μ = 10-55.

Calculul presiunii necesare pentru transportul materialului

Presiunea totala Ht necesara pentru transportul pneumatic al materialului poate fi considerate o suma de presiuni dinamice Hd si a tuturor pierderilor de presiune static Hst ce au loc pe traseul pe care se efectueaza transportul: Ht = Hd + ∑ Hst (N/m2) (6.6) Presiunea dinamica se determina din conditia ca materialul introdus in conducta sa aiba viteza nula pe directia de transport dupa care este adus la viteza Vm iar aerul la viteza Va. Rezulta: Hd =

(

)

(N/m2) (6.7)

Unde: = 0.65-0.85 Pierderile de presiune datorita ridicarii materialului pe vertical Hv se calculeaza cu relatia: Hv = Pa g h (1+μ) (N/m2) (6.8)

unde h este inaltimea de ridicare a materialului,m. Pierderile de presiune datorita frecarii aerului si a particulelor de material cu peretii conductei , a frecarii particulelor de material cu aerul si a frecarii reciproce Hf se pot determina cu relatia: Hf = λ am

(

)

(N/m2) (6.9)

Unde: λ am – coeficientul de rezistenta la deplasarea amestecului; l – lungimea conductei,m; d – diametrul conductei ,m. λ am = (1.2-1.5) λ a unde : λ a – coeficientul de rezistenta la deplasarea aerului : λ a =0.0124 +

(6.11)

Pierderile locale de presiune Hl se calculeaza cu relatia: Hl = ∑ ε

(6.12)

unde ε este coeficientul de rezistenta locala. Valorile lui ε , pentru o serie de situatii intalnite frecvent in practica, sunt date in tabelul 6.2 [1]. Presiunea totala necesara pentru transportul pneumatic al materialului va fi: Ht = Hd + Hv + Hf + Hl (6.13) Coeficientul de rezistenta la deplasarea materialului in sorbul transportoarelor pneumatic cu aspiratie ε0 se poate calcula cu relatia:

ε0 = 3(1+μ) λ am (6.14) Coeficientii de rezistenta la deplasarea amestecului in ciclon εc ,respective in filtru εf sunt :εc = 1.5-3; εf =5.

Calculul si constructia partilor component ale transportoarelor pneumatic Conductele

La proiectarea conductelor se recomanda , alegerea, unui traseu de transport cu un numar minim de coturi si variatii de sectiune, in vederea evitarii rezistentelor suplimantare locale, uzurii si a cresterii consumului de energie. Diametrul conductei depinde de natura materialului transportat, de traseul de transport,etc. Si poate fi determinat cu relatia : d=√

(m) (6.15)

fig (6.3) Sisteme de imbinare a conductelor : a) Cu flanse b) Cu mufe c) Telescopic Conductele se confectioneaza din table de otel , in tronsoane de 1 pana la 2 m. lungime, imbinate prin flanse,mufe sau sisteme telescopic (fig 6.3) In anexele 47-49 sunt prezentate conductele transportorului pneumatic al microfabricii de nutreturi combinate fabricate la Arad.

Dispozitive de alimentare

Cea mai importanta si dificila problema ridicata de transportoarele pneumatic este aceea a alimantarii conductei de transport cu material.Rolul unui alimentator este acela de a introduce materialul pe conducta,rezultand un ameste omogen si de o anumita concentratie.Posibilitatea de

a regal concentratia amestecului este importanta,deoarece pentru fiecare transportor si material exista o concentratie maxima la care transportorul se face cu suficienta siguranta si pentru care consumul specific de energie este minim. Pentru transportoarele pneumatic cu aspiratie sau mixte se pot folosi pilnii de alimentare simple fixate in dreptul orificiului de alimentare a conductei de transport,prin care se face alimentarea cu aer si material. Transportoarele pneumatic cu aspiratie sunt alimentate adesea prin sorb (fig. 6.4) in cazul materialelor in vrac. Acestea permit introducerea in conducta de transport a materialelor sub forma de praf, boabe , bucati.

Constructia dispozitivului de alimentare tip sorb (fig 6.4) Diametrul interior al sorbului “d I” la transportul graului se poate determina cu relatia: di =(0.024-0.025) √

(m) unde Q este capacitatea de transport , t/h.

Diametrul interior al conductei exterioare de este : de = √

(

) (m) (6.17)

unde “s” este grosimea peretilor conductei interioare, m. Diametrul exterior al conductei interioare dc in zona de alimentare este : dc =

(m) (6.18)

Inaltimea partii tronconice hc este: hc =

(

)

(6.19)

unde : α = 10 -12 grade este unghiul la centru facut de generatoarele partii tronconice. Diamentrul minim al confuzorului frontal se calculeaza cu relatia: Di = dc -2s (m) (6.20) Diametrul maxim De se allege din considerente constructive. Inaltimea activa a acestei parti se determina cu relatia: he = 0.75 hc (m) (6.21) Valori recomandate pentru inaltimea sorbului : h= (0.9 - 1.1)m (6.22) Sub aspectul rezistentelor in circuitul de transport sorbul reprezinta o pierdere locala de presiune,care se poate determina cu relatia: Ho= ς ς=

(mm H2O) (6.23) in care ς este coeficientul pierderilor: (6.24) Relatia (6.24) este valabila pentru : μ=1.65-3.65 si Re=60000-125000

Va – viteza aerului in conducta, m/s.

La transportoarele pneumatic cu refulare de inalta presiune se folosesc dispositive de alimentare tip ecluza la care jocul dintre paletele rotorului si carcasa nu trebuie sa depaseasca valoarea de 0.2 mm. La transportoarele pneumatic cu refulare de joasa presiune se folosesc dispositive de alimentare cu ejectie. Dispositive de descarcare Dispozitivele de descarcare au rolul de a micsora viteza amestecului si de a separa componentele acestui :material,aer,praf.Cele mai utilizate dispozitive sunt cicloanele(anexa50) Ciclonul este foarmat din doua conducte cilindrice.conducta exterioare (1) are capetele tronconice iar conducta interioara (2) este deschisa la ambele capete,capatul superior fiind prevazut cu un sistem de micsorare a pierderilor de presiune si de protective impotriva agentilor atmosferici (3). Legatura intre conducta de transport si ciclon este realizata de conducta (4).Amestecul patrunde tangential in spatial inelar dintre cei doi cilindri avand o miscare de rotatie si o viteza de avans descendenta. Datorita suprapresiunii din ciclon aerul este evacuate in atmosfera sau in dispozitivul de curatire iar materialul este colectat la baza ciclonului. Se recomanda ca viteza de intrare in ciclon pentru seminte de cereal si macinisuri sa fie : v I = (11-16) m/s (6.25) sectiunea de intrare a materialului in ciclon Si este : vac Si =

(m2) (6.26)

Diametrul conductei interioare D2 se calculeaza cu relatia : D2 = √

(m) (6.27) in care vac este viteza aerului evacuate prin conducta

central, m/s; vac = (0.6-0.7) vi < vp (6.28)

celelalte dimensiuni ale ciclonului se alege constructive in functie de D2 astfel (vezi notatiile din anexa 50) H1 = 1.25 D2 (m) (6.29) H2 = 1.35 D2 (m) (6.30) H3 = 0.25 D2 (m) (6.31) In anexa 50 este prezentat sistemul de separare tip ciclon al microfabricii de nutreturi concentrate tip Arad. In practica se urmareste sa se afle ,pentru un anumit ciclon si o anumita viteza de intrare,diametrul minim al particulelor care se separa.Pentru aceasta se defineste marimea ajutatoare S* care pentru Va = constant are expresia : (6.32) in care γ este vascozitatea cinematic a aerului , m2/s

S* =

Valoarea marimii S* se determina din nomograma prezentata in figura 6.5 care a fost ridicata pentru Pa=1.2 Kg/m2, γ=0.165*10-4 ,p= 1atm,θ=15 grade. Cunoscand Va si Pm se traseaza dreapta (1) care intersecteaza dreapta (I) in punctual 0. Cunoscand raza “r” se traseaza dreapta (2) care trece prin 0.Prelungind dreapta(2) se obtine S*.

Cunoscand valoarea S* si determinand valoarea vitezei Vm din ipoteza ca in timpul : t=

(s) (6.33)

Nomograma pentru determinarea lui S* Fig 6.5

Fig 6.5 particula ar ajunge pe peretele ciclonului. Cu ajutorul diagramei Vm-S*-D (fig 6.5 se determina diametrul minim al particulelor separate. Se admite ca “l” este drumul parcurs de particular la o rotatie cimpleta.

Trebuie avut in vedere faptul ca particulele intra in ciclon la diferite distante “s” de paretele exterior.Folosind diagram din figura 6.6 se gaseste marimea ajutatoare S* pentru doua puncte extreme avand rmin respective rmax adica S2* si S1 * . Cunoscand timpul “t” se calculeaza viteza medie a particulei la care aceasta va reusi sa ajunga la peretele exterior al ciclonului si anume : vm =

(m/s) (6.34) in care S1 este distant de la limita interioara a zonei studiate la

peretele exterior al ciclonului ,m. pentru studiu se imparte latimea “b” a curentului de aer si material in mai multe zone. Avand vm si media intre S1 * si S2 * se gaseste pe diagram Vm-S*-d diametrul minim al particulei din zona studiata , care se va separa in ciclon. Pe baza valorii dmin determinate pentru fiecare zona a curentului se determina parcursul total de separare cu ajutorul metodei grafice prezentate in figura 6.7. Astfel se masoara dmin pentru fiecare zona analizata in cadranul I.In cadranul II se gaseste caracteristica marimii materialului supus analizei granulometrice.Din cadranul III rezulta gradul de separare.Pentru aceasta se imparte suprafata hasurata planimetrata A(m2) la abscisa obtinuta in cadranul III.

Fig 6.7 Metoda grafica pentru determinarea gradului de separare. Dispozitive de curatire Dispozitivele de curatire au rolul de a indeparta praful din aer.Din punct de vedere constructive ele pot fi : filtru cu apa,filtru cu panza, sau fultru centrifugal(ciclon de praf).Pe langa purificarea aerului filtrele trebuie sa opuna rezistenta minima la trecerea aerului. La filtrele cu panza amestecul aer-praf se introduce intr-o tabulatura din panza.Sub actiunea presiunii create aici,aerul trece prin stratul de panza si este evacuate in atmosfera, iar praful este retinut urmand a fi evacuate periodic. Filtrele centrifugal au principiul de functionare identic cu cel al cicloanelor.Calculul acestuia este analog cu calculul ciclonului.

In figura 6.8 este reprezentata constructia filtrului centrifugal iar in tabelul 6.3 sunt date principalele dimensiuni ale acestuia. La sistemele de transport cu aspiratie , filtrul se monteaza inaintea ventilatorlui iar la celel cu refulare se monteaza dupa ciclon.

Dimensiunile principale ale filtrului centrifugal. Tabelul 6.3. Tipul

H mm

ФD mm

Ф DI mm

Ф D2 mm

Ф D3 mm

Masa kg

CD

935

200

50. 60

45

100

9-20 9 24

220

50 55

10.13 10 84 12.15

240 250

70 80

60 50 65

13 0

260

60 80

1350 13.95

90 80 90

70

100

75

14.47 15 34 1562

100

80

130

17 21 17 29

360 360

120 HO

95 90

100

20.25 21 54

250

70

50 60

260

80 90

65 75

13.49 1544

100

80 85

1600 1904 1913 21.06 2179 21 89

300 320

CD

1045

300

130

160

320 110 350 130

90 95 100

130

1S0

380 400

140 150

113 119 131

550

190 200

143.5 150

240

12,90 13,27

23.97 2539 25.75 36.95 3871

Ventilatoare Ventilatoarele folosite la transportoarele pneumatic sunt ventilatoare centrifugal de medie presiune (100-250mm H2O) si inalta presiune (>350mm H2O). Rotorul cu palete radiale sau inclinate inapoi fata de sensul de rotatie (pentru presiune inalta) se roteste intr-o carcasa sub forma de spirala. Aspiratia aerului se faceaxial, pe o singura parte (fig. 6.9) sau pe alte parti ale rotorului (fig. 6.10).

Dimensiunile ventilatoarelor sunt tipizate fiind indicate in anexa 54.

Ventilatoarele se aleg din anexa 53 sau din diagram prezentata in figura 6.11.

Astfel pentru capacitatea de lucru(m3/h) si presiunea H (mm H2O) date rezulta ventilatorul necesar. De mentionat ca ventilatorul dublu aspirant se alege din diagrama pentru jumatate din capacitatea de lucru utila. Puterea necesara pentru aspirare va fi dublul puterii rezultate din diagrama. La montarea ventilatorului in instalatia de transport pneumatic se recomanda ca inainte sau dupa ventilator ,dup ace permite constructia sa se monteze o clapeta de inchidere,deoarece pornirea ventilatorului trebuie facuta fara debit de aer. Puterea necesara pentru actionarea ventilatorului rezulta din relatia : P=

(Kw) ; in care ηt este randamentul hydraulic al ventilatorului, Qa se

masoara in kg/s,iar Ht in N/m2. In anexa 51 sunt prezentate pozitiile gurilor de aspiratie , de refulare ale ventilatoarelor centrifugale monoaspirante pentru transportul pneumatic,conform STAS 2376-77. In anexa 52 este prezentata constructia ventilatorului V-3600.

a) Calculul vitezei curentului de aer

Se calculeaza viteza de plutire pentru particule de material cu relatia (3) in care diametrul echivalent al particulelor de material este dec=0.002 m,iar factorul de forma este kf=2.5.

28.4  m  dec

vp  k f 

a

 2.5 

28.4  300  0.002  9.23m / s 1.25

Pentru transportul materialului prin conducta este necesar ca aerul sa aiba o viteza mai mare decat viteza de plutire si aceasta se determina cu relatia (4): va    v p  1.5  9.23  13.84m / s

b) Calculul consumului de aer Qa=

=0,28 m3/s

=

ρa=1,24 kg/m3 µ=5 – aspiratie de joasa si medie presiune Q=1.75 [kg/s] c)Presiunea necesara pentru transportul materialului *alegem

Hd 

=0,65-0,85

a  va2 

Hv =

√

2

v  1     m    va 

(

2

 1.24 13.842 1  5   0.7 2   409.71 ( N / m 2 )    2 

)

(

√

)

⁄

l=L-h=11-8=3 m (

)

⁄

=0.16 - Coeficientul de rezistenta la deplasarea materialului in sorbul transportoarelor pneumatice cu aspiratie =5 – coeficientul de rezistenta la deplasarea amestecului in filtru – coeficientul de rezistenta la deplasarea amestecului in ciclon (

)

⁄ ⁄

d)Calculul si constructia partilor component de transportoarelor pneumatic d1) conductele

√

d2)dipozitiv de alimentare ( √

) √ (

)

√

(

)

√

√ (

)

(

)

(

⇒

(

Alegem

) (

d3) dispositive de descarcare (

) ⁄ ⁄

Alegem

(

)

=0.6*12