气力输送设计技术的发展和应用

CEM ENT 20001 No. 5
2000 年 5 期
程 群 :气力输送设计技术的发展和应用
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211 确定系统可靠性 现举一实例说明 。有一个气力输送装置将水泥从
水泥磨送到 400m 远储库 , 系统由 15 个基本元器件 组成 。该装置已运行了较长一段时间 , 系统内各元器 件工作寿命被记录并汇总在表 1 中 。
6) 二级减速机采用 DC Y400 —40 专用减速机 ,两 年来该减速机未出现问题 ,使用可靠 。
图 7 立柱与横梁组合结构
(编辑 王艳丽)
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水泥
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1 分级管道
气力输送常出现能耗高 、磨损快 、物料颗粒易降 级等问题 , 这些现象都来自于管道内空气输送速度过 快 。对单一管径系统来说 , 当空气的初始速度确定以 后 ,随着管线的压力下降 ,空气产生膨胀 ,相应空气输 送速度不断增高 , 至管线末端达最大值 。因而管道后 半段磨损比前半段要严重得多 。为了消除上述现象 , 通过沿流动方向逐级增大管径 , 可把空气输送速度 控制在较低范围内 。分级管道可设计为一处或多 处。
装置基本参数如下 : 以 60t / h 输送水泥 , 当量输 送距离 60m , 管内径为Φ100mm , 沿线有 15 个 90°弯 头 , 水泥的最小空气输送速度设定为 1118m/ s , 末端 出口压力为 0103M Pa (表压) 。为减少弯头磨损 ,推荐 使用短半径弯头或一端不通 T 形管〔5〕。
首先测出单一管内径为Φ100mm 沿线各测压点 的压力 , 并绘成图 1 所示压力分布图 , 再根据压力与 速度之间关系来确定空气输送速度的分布情况 , 其结 果见图 2 。从图中可以看出 ,在离管道终点约 10m 处 空气输送速度开始明显加快 , 至终点达最高值 。因气 流速度过高 , 弯头采用了耐磨性最好的一端不通铸铁 T 形管 , 但系统其它元件的过快磨损则无法避免 。一 端不通 T 形管耐磨性虽好 , 但与短半径弯头相比它 的压损明显偏高〔5 〕。同时高速气流也造成管道系统元 件压力降增大 ,因而所需的供气压力也较高 。
5) 数据计量单位和格式能够按照国家标准和统 一格式进行标准化处理 。
6) 能够检查出输入数据是否正确 , 并能兼容已存 储在数据模块里数据 。 312 软件构成
1) 一个处理输送物料数据的子系统 。 2) 一个处理已设计并投入运行气力输送装置数 据的子系统 。 3) 一个处理气力输送装置图纸数据的子系统 。 4) 一个处理气力输送装置设计计算程序数据的 子系统 。 5) 几个相互联系的不同选型技术子系统 。 6) 一个 CAD 子系统 。 该软件一旦装入一台 PC 机就可成为一个专门用 于气力输送设计选型的工作站 。除了上述构成外 , 这 个系统软件还有附加模块结构 , 它允许增加未来有用 的子系统 (如一个处理气力输送装置元器件数据的子 系统 , 一个不同于今天使用选型技术的设计选型子系 统等) 。为使不太熟悉电脑的人也能容易地使用这一 软件 ,还设立了一个用户界面 (设置功能键 、预先确定 输入代号 、不用退出正在进行工作就能直接使用帮助 信息等) 。另外这个系统软件有一块能有效处理多个 子系统通用信息的数据模块 , 这样既避免了不相容数 据复制和存储 , 又使不同子系统之间相关信息保持联 系 (如物料特性 、输送特性 、装置特性和使用选型方
要求 。 随着气力输送装备日趋多样化 、大型化以及系统
复杂性增加 , 传统气力输送设计技术已无法满足这些 新的需要 , 而降低能耗和提高系统可靠性则是当前气 力输送设计选型两大基本任务 。80 年代末 ,我院等单 位在引进美国富勒公司气力输送设备生产制造技术 同时 , 还引进了气力输送工艺设计选型技术 。十年来 通过对该技术的消化吸收和推广应用 〔1～4〕以及其它 设计技术探讨 〔5 , 6〕, 我们对现代气力输送设计理论和 方法有了进一步了解 , 同时也拓展了设计思路并提高 了设计水平 。本文介绍近年来推出的分级管道 、可靠 性和气力输送计算机辅助设计软件三项新设计技术 , 供大家参考 。
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气力输送设计技术的发展和应用
程群
合肥水泥研究设计院 (230051)
摘要 介绍了分级管道 、可靠性和气力输送计算机辅助设计软件三项设计技术的发展和应用情况 ,从而为用户设计 选型提供一些有益的帮助 。 关键词 分级管道 ,可靠性 ,设计软件 Abstract The paper int ro duces t he develop ment and applicatio n of t hree desi gn techniques o n stepped pipeline , reliabilit y and co mp uter aided design sof t ware of p neumatic co nveying systems. The aut ho r intends to offer so me usef ul help fo r desinging and selecting p neumatic co nveying systems of user . Key Words stepped pipeline ,reliabilit y ,design sof t ware
0 引言
近年来随着国内水泥行业日益向大型化 、现代化 和散装化方向发展 , 气力输送正越来越多地被广泛应 用于水泥厂内生料 、煤粉 、水泥输送以及散装水泥船 的装卸过程中 。其原因一方面是气力输送具有布置灵 活 、对环境无污染 、占地少 、维修简单等机械输送所无 法比拟的优点 ; 另一方面是随着气力输送装备多样 化 、大型化以及系统可靠性和自动控制水平的提高 , 它不但能满足水泥工业所特有的输送量大 、距离 远 、水泥高磨琢性和工作环境恶劣等要求 , 还能满 足窑外分解干法生产线中窑头喷煤管和窑尾分解炉 的煤粉多点定量同时供料 、万吨级散装水泥船的装 卸 (速度达 400t / h) 以及 800m 以上超长输送等特殊
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显然这个系统可靠性不能令人满意 , 必须加以提
高。
212 提高系统可靠性 从表 1 中可以看出 , 提高系统可靠性的关键是提
高系统中最薄弱元器件可靠性 。通过仔细设计选型 , 原系统中 7 个最薄弱元器件可靠性被显著提高了 (见 表 2) 。
提高后系统可靠性 R s ,im : R s , im = R 1 , im ×R 2 ×R 3 , im ×R 4 ×R 5 ×R 6 ×R 7 , im × R 8 ×R 9 ×R 10 ,im ×R 11 ,im ×R 12 ,im ×R 13 ×R 14 ,im ×R 15
R s ,im = 0. 90 = 90 % 这个系统可靠性在大多数情况下是可以接受
的 。想进一步提高系统可靠性就必须尽可能减少系统
内元器件数量和各元器件的停歇检修时间 。
3 气力输送计算机辅助设计软件
随着气力输送研究深入和应用日益增多 , 可供选 用的种类及其设计技术资料越来越多 , 给设计和选择 能满足特定要求的气力输送系统带来诸多不便 。要挑 选出一个最适宜的气力输送系统 , 需要承担大量设计 计算工作 , 因此有必要研究和开发一个专用于气力输
确定分级位置的具体方法有两种 。一是分级处的 管径增大后 ,保证该处弗鲁德 ( Fro ude) 准数不降至某 一数值以下 ; 二是保证分级处管径增大后不使该处空 气速度下降到输送物料所必须的数值以下 。相对而言 后者较实用和可靠 , 更能充分反映出分级后好处 。但 不管使用哪种方法确定分级位置 , 关键是正确测出整 个管道沿线的压力分布情况 , 以便将管道内实际输送 速度控制在一个适宜的范围内 。 112 设计实例
所有有用的数据 。利用它设计者就能减少许多重复设 计过程 , 保存积累的经验公式和数据 , 并随时调用它 们 。其具体功能如下 :
1) 已运行气力输送装置的有关信息能够集中在 一个数据模块上 , 并且存储和读取均方便迅速 , 有利 于保存和传送设计单位实际经验数据 。
2) 气力输送装置的选型设计技术能在设计单位 内部实行标准化管理 , 并允许精确容易地识别它们的 最佳使用范围 。
2 可靠性
气力输送的工业性应用已有一百多年历史 , 但至 今这种处理粉粒状物料的方法仍没有形成一门较完 整的学科 , 许多气力输送的理论只能应用于特殊输送 系统中少数有选择的物料输送 。因此 , 气力输送设计 不但取决于料气两相流应用理论和经验公式 , 而且更 大程度上依赖于可靠性理论和实践以及操作 、维修保 养方面实际经验 。
如设计一个类似于上述装置的气力输送系统 , 可 以按下列方法计算出系统可靠性 。
1) 元器件可靠性 R
H1
R =1-
( 1)
H1+ H
由 (1) 式计算出的各元器件可靠性 ,见表 1 。
2) 系统可靠性 ( R s)
R s = R 1 ×R 2 ×R 3 ×……×R 14 ×R 15
( 2)
R s = 0163 = 63 %
图 1 单一管径和分级管道压力分布图
图 2 单一管径和分级管道空气输送速度分布图
使用与上述类似方法 , 可设计一个管内径分别为 Φ100mm 、Φ125mm 、Φ150mm 的分级管道 (分级位置 应保证不使该点空气输送速度下降到 1118m/ s 以 下) ,其压力和速度分布状况见图 1 和图 2 。与单一管 径的管线相比 , 分级管道不但将空气输送速度控制在 一个较低范围内 , 而且还大大降低了所需的供气压 力 。由于速度较低 , 可使用短半径弯头代替一端不通 T 形管 , 以降低弯头压损 ; 同时较低速度也减少了管 道系统其它元件压损 , 使整个系统压力梯度曲线趋 缓 。两个系统所需功率相差 130kW , 按一年工作 300d 、一天工作 8h 、0145 元/ kWh 电价计算 , 每年最 少可节省 10 万元电费 。更重要的是分级管道呈现较 低速度将减少系统的磨损和维修费用 。
水泥行业曾利用分级管道长距离输送水泥等磨 琢性物料 , 但由于缺乏分级管道实际经验和应用数 据 , 设计中不确定因素较多 , 使它的可靠性得不到保 证 , 因而限制了其推广应用 。分级管道设计难点是确 定分级位置 。分级过早 , 管道内空气输送速度会降低 到输送物料所必需速度值以下 , 造成管道堵塞 ; 分级 过迟 ,管内已形成高速气流 ,则分级效果不佳 。 111 分级位置
3) 能够快速提出建议并作出选型评价 , 对用户服 务水平明显提高 。具体内容有 : 通过查阅输送物料资 料和已运行气力输送装置操作数据 , 能够迅速辨别出 相似应用情况 ; 有快速检索和读取已存储在计算机内 各类气力输送装置图纸的能力 ; 对急用的复杂工程 图 ,能快速勾出其草图 。
4) 对不同来源数据 (已运行装置 、实验室 、文献 、 试验装置等) 能进行分类处理 。
法) 和沟通 。这个系统软件的构成框图见图 3 。
图 3 气力输送计算机辅助设计软件构成框图
从图中可以看出 , 有一个管理模块控制着下一级 的四个子系统 , 并允许子系统之间互相切换 , 从而保 证了这些数据模块的完整性和同一性 。
道 ,易变形弯曲 。用 Q 235 ,δ= 14mm 钢板做成 45°筋 板焊接在槽板和立柱上来增加尾架受力部位刚度 , 如 图 3 虚线部位 。
4) 如图 2 示 ,底板原设计 S = 5mm ,将 S 增加至 10mm ,解决两相邻底板在头 、尾链轮回转圆弧处的碰 击。
5) 尾部受料段立柱与横梁原结构如图 7a 示 , 焊 接结构长期冲击振动易脱焊 。现改用图 7b 牛腿支柱 结构 ,耐冲击 ,使用更可靠 。
送的计算机辅助设计软件 。美国富勒公司〔7〕和国外其 它研究机构 〔8 ,9〕已设计出相应软件并投入实际应用 。 这里简单介绍一下这个软件的功能和构成以及设计 应用实例 。 311 软件功能
这个软件包含许多互相联系的子系统 , 并能存储
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