Pápai, L.

English

Periodica Polytechnica (Budapest University of Technology and Economics)

PNEUMATISCHE DICHTSTROMFÖRDERUNG MIT KONTINUIERLICH ARBEITENDEM DRUCKGEFÄSSFÖRDERER L. PAPAl Lehrstuhl für Strömungsmaschinen, Technische Universität, H-1521 Budapest Eingegangen am 29, März 1984 Summary The paper deals with the further development of continuously operating pneumatic equipment. The delivery pipe and the pressure tank were connected with a "by-pass" conduit, by its help the etwipment's regulating process can be kept weil in hand. For the calculation of the press ure drop in the pipe starting from Pattantyus's principles [IJ equations were derived, which were supported by experiments. Einleitung In verschiedenen Betrieben verbreitete sich zum Flugaschen-, Zement-, Sandtransport der pneumatische Druckgefaßförderer. Die üblichen Einrich-tungen mit einem Behälter (Abb. 1) eignen sich zur gestaffelten Förderung. Die Betriebsparameter (Förderleistung, Mischungsverhältnis, Luftmenge, Druck, spezifischer Energieverbrauch) einer bereits errichteten Einrichtung können Q) b) Abb. J. Prinzipieller Aufbau pneumatischer Druckbehälter für pulverförmige Materialen. 1 -Förderrohrleitung, 2 - Druckbehälter, 3 - Guteinlauf, 4 - Einlaufverschluss, 5 -Auflaufverschluss, 6 - Entlüftung, 7 - Oberluftzuführung, 8 - Unterluftzuführung, 9 -Zusatzluftzuführung, 10 - Füllstandsanzeiger, 11 - Fluidisierboden 198 L. pAPAl nur beschränkt und in engem Zusammenhang miteinander eingestellt werden. Eine kontinuierlich arbeitende Einrichtung wurde durch gemeinsam durchge-führte Forschungs- und Labor-Arbeit von der Technischen Universität Budapest und von ERÖTERV entwickelt, wobei die Werte der Parameter in breitem Bereich geregelt bzw. verändert werden können. Kontinuierlich arbeitende und in breitem Bereich regelbare Dmckgefassförderer Die Anordnung der im Laboratorium aufgestellten Fördereinrichtung ist in Abb. 2 veranschaulicht. Der Durchmesser des bei den Messungen angewandten Förderrohrs war D = 27, 38 bzw. 50 mm. Die Länge der dargestellten Förderrohrleitung beträgt 45 m. Durch die Verlängerung der oberen geraden Leitungsstrecke wurden auch Messungen von einer Länge von 72, bzw. 120 m durchgeführt. Bei Messungen mit gestaffelter Zufuhr kam der Zwischenbehälter (5) zu keiner Rolle, er wurde ständig offen gehalten. Die bei kontinuierlicher Druckgefäßförderung angewandte Anordnung und Regelung l8.3m 10127138150; mm i..-----....:.:::=.:---Ahh.2. Pneumatische Druckgefäßförder-Einrichtung. I Druckbehälter, 2 Förderrohrlei-tung.3 Zyklon, 4 - PufTerbehälter, 5 - Zwischen behälter, 6 - Filter, 7 - Ventilator, 8-Zusatzluft ist in Abb. 3 ersichtlich. Zur Einstellung, bzw. Regelung der Betriebsparameter (Förderleistung, Mischungsverhältnis, Druck, Energieverbrauch) diente das aus der Decke des Druckbehälters herausgeführte und zum Anfang der Förderrohrleitung geführte Regelungsrohr (D). Mit den durch die Regelungs-rohr strömenden Luftmengen können die Betriebsparameter in breitem PNEUMATISCHE DICHTSTROMFÖRDERUNG 199 Bereich verändert werden. Die in der Regelungsrohrleimng strömende Luftmenge kann entweder durch Ventile, oder durch Austausch von verschiedenen Blenden verändert werden. (Bei Betriebsumständen ist letztere Lösung zweckmäßiger). L2 8 -L1 Abb.3. Regelung pneumatischer Fördereinrichtung mit Behälterschleuse. I ... 8 Kontaktmano-meter, DiITerentialmanometer, LI ... L 7 pneumatisch gesteuerte Ventile, H 1 ... H2 Einlaufver-schlüsse (Glockenventile), SI ... S2 Füllstandanzeiger. A: Förderrohrleitung, B: Rohrleitung vom Kompressor, C: Rohrleitung zum Filter. D: Regulierrohr Die kontinuierliche Förderung ist aus dem unteren Druckgefäß durchführbar. Durch das gestaffelte Auffüllen des Zwischenbehälters, sodann nach seinem Abschließen durch Einstellung des Druckes auf Förderdruck, und Durchschleusen des Förderguts in das untere Druckgefäß, kann die konti-nuierliche Förderung aufrechterhalten werden. Nach der Durchschleusung muß die Luft des Zwischen behälters in die Atmosphäre geführt werden (zweckmäßig: durch einen Staubfilter), wonach mit der Wiederbeladung begonnen werden kann. Während der Durchschleusung geht die Luft vom Zwischenbehälter zwar ohne Arbeit in die Atmosphäre, doch ist dieser Verlust immer geringer, als der bei gestaffelter Förderung entstandene Luftverlust. Bei gestaffelter Förderung entfernt sich nämlich die Luft des Druckgefäßes - dessen Rauminhalt im allgemeinen mit dem des Zwischenbehälters identisch ist nach der Entleerung des Gefäßes ohne Arbeit, dabei wird aber der dem Förderrohr entsprechende Rauminhalt auch zum Verlust. Ein weiterer Vorteil der kontinuierlichen Förderung ist ferner, daß eine bereits ausgeführte Einrichtung um 50--70% mehr Fördergut transportieren 200 L. pjpAI kann, als eine mit gestaffeltem Betrieb. Sie kann nämlich während der Auffüllung des Druckgefäßes, hauptsächlich aber in den instationären Betriebzuständen des gestaffelten Druckgefäßes (während Anlauf und Abstel-lungzeit) mit kontinuierlicher Gutförderung betätigt werden. Experimentelle Forschungsarbeit Von den mit Flugasche (durchschnittliche Korngrösse: 150 ~m) durchge-führten Messungen zeigt Abb. 4 die Messegebnisse einer gestaffelten Förde-rung. Durchmesser des Förderrohrs D = 27 mm, Länge L = 45 m, im Druckgefäß befand sich 150 kg Flugasche. Während der Messung wurden inje ... \ ,5 Abb. 4. Gestaffelte Flugaschenförderung mit Druckbehältereinrichtung jt = 10 sec die Parameter registriert: filII (die unter das Druckgefäß eingeführte Fluidisierluftmenge), ml2 (die Regulierluftmenge), P3 bzw. PA (Überdruck unter dem Druckgefäß bzw. am Anfang des Förderrohrs). In der Abb. sind auch die berechneten Daten angeführt: VIA (Luftgeschwindigkeit am Anfang der Förderrohrs) und P pol (die polytrope Leistung der Förderung). Zur Berechnung des Energiebedarfes wurde aus der polytropen Leistung ausgegangen. Diese ist: n . [(p3)n~ 1 ] Ppol=n_lPo~o Po -1 wo n-- 1,3 der Exponent der polytropen Zustandsveränderung; Indizes: 0 -Zustand am Förderrohrende (in der Regel atmosphärisch); 3 - dem Gefäßdruck entsprechender Zustand ist. PNEUMATISCHE DICHTSTROMFÖRDERUNG 201 (Die so berechnete P pol polytrope Leistung berücksichtigt weder die Verluste des Kompressors und dessen Betriebsmotors, noch die Verluste der vom Kompressor bis zum Druckgefäß führenden Röhren. Obige Formel bildet den Grund zum energetischen Vergleich der Förderung.) In Abb. 4 ist gut ersichtlich, daß die Betriebsdauer des gestaffelt betätigten Druckgefäßes (T) aus drei Teilzeiten besteht: tu: Gefäßkompression (instationäre Förderung) tb : stationäre Förderung tc : Expansion des Gefäßes und des Förderrohrs (instationäre Förde-rung). Der am Druckgefaßboden eingeführte Massendurchsatz der Fluidisier-luft (filII) kann während der ganzen Betriebszeit als konstant betrachtet werden. Dagegen ist der Massendurchsatz der Regulierluft (m/2) nur in der stationären Zeit konstant, und verfolgt in den instationären Zeiten die Veränderungen des in den parallelen Zweigen auftretenden Widerstandver-hältnisses. Bei kontinuierlicher Förderung (mit Hilfe der gemeinsamen Betätigung eines Zwischen- und eines Druckbehälters) entstehen die dem stationärem Zustand eines gestaffelten Betriebs entsprechenden Parameter. Der Unter-. schied ist nur soviel, daß sich der gesamte Luftverbrauch der Einrichtung mit dem Luftaufwand des Zwischenbehälters erweitert (ml3). Der Mittelwert der Förderleistung eines gestaffelten Betriebes ist: Sie ergibt sich aus der Masse des in den Druckbehälter eingeführten Materials (mm) und aus der gesamten Förderzeit (T). Die Förderleistung des stationären Zustandes wurde in der Weise berechnet, indem der zur Untersuchung benützte Pufferbehälter (4 in der Abb. 2) abgewogen wurde: Lfm mmstat= M· Abb. 5 zeigt im Bezug auf zwei verschiedene Einrichtungen den Zusammenhang zwischen der stationären und durchschnittlichen Förderlei-stung. Dieser beträgt in dem aus dem Gesichtspunkt der Anwendung in Frage kommenden Bereich: mmstat = 1 5 - 1 7 . " . mmmil 202 L. PAPAl Den großen Bereich der Einstellungs- bzw. Reguliermöglichkeit eines mit Regelungsrohr versehenen Druckgeflißförderers zeigt Abb. 6 im Falle zwei verschiedener Förderröhren. Hier ist in Funktion des Luftmassendurchsatzes (mll ) der stationäre Material-Massendurchsatz (mrnstat) sichtbar, mit dem Parameter der ins Regelungsrohr eingebauten Blende (B). ! <iI 4 ~ 2.0 ~ ~ Si ~ ~ ~ ·E 3 ·E 1.5 1.0 0.5 a) b) Abb. 5. Zusammenhang zwischen stationärer Förderleistung und dem Förderleistungmittelwert. Förderrohr: a) Durchmesser D= 38 mm; Länge L=45 m, b) Durchmesser D = 27 mm; Länge L=72 m Mit Anwendung des Regelungsrohr kann auch der Energiebedarf der Förderung bedeutend beeinflußt werden. Der Energiebedarf einer mit gestaffelter Einrichtung geförderten Dosis: T E= J P pol dt o und der spezifische Energiebedarf (das heißt der für die Förderung von 1 kg Material auf die Entfernung von 1 m notwendige Energiebedarf in J): E e=--mrn'L (Jjkg' m) PNEUMATISCHE DICHTSTROMF(JRDERUNG E ~ .E 1 OL-----~----~----~~----~ 2 2 mtx10, kg/s 203 Ahh. 6. Veränderung der Förderleistung in Funktion des Luftmassendurchsatzes. Förderrohr: a) D = 38 mm: L = 45 m, b) D = 27 mm; L = 72 m. Parameter ist die in das Regelungsrohr eingebaute Blende (B) E 40 ~ ,,~ 20 a) 0 0 I I 150 200 }Js1ac EGO ~ b) )Jstoc Abb. 7. Spezifischer Energieverbrauch der Förderung in Funktion des Mischungverhältnisses. Parameter ist die in das Regelungsrohr eingebaute Blende (B). Förderrohr: a) D = 38 mm; L=45 m, b) D=27 mm; L=72 m 204 Ei 2 '" < a. 0) L. pAPAl r'nm=3.5 kg/s ~---=-2~;~ ~O 1.5 ° ~1.6k9/S ~ _ _0.8 Abb. 8. Überdruck am Förderrohranfang in Funktion des Luftmassendurchsatzes. Parameter ist die Förderleistung. a) D=38 mm; L=45 m, b) D=27 mm; L'=O-45 m, D'=38 mm; L=45-72 m Der spezifische Energiebed~rf der kontinuierlichen Einrichtung: e= P polstat mmstat . L (J/kg· m) Spezifische Energiewerte des kontinuierlichen Betriebes (dies entsprIcht den momentan erreichbaren Werten in dem stationären Zeitintervall der gestaffelten Förderung) zeigt Abb. 7 in Funktion des Mischungverhältnisses. Parameter: die in das Regelungsrohr eingebaute Blende (B). Abb. 8 zeigt die Überdrücke am Förderrohranfang (PA) in Funktion des Massendurchsatzes (mi!) der Luft. Parameter: die mit der ins Regelungsrohr eingebauten Blende veränderbare Förderleistung. Die Werte des Druckabfalls im Leerlauf (mm=O) sind unbedeutend. Berechnung der Drücke Mit der pneumatischen Druckgefciß-Fördereinrichtung wird Dicht· stromförderung durchgeführt (Jl> 30). Bei solcher Förderung entsteht im Förderrohr dem atmosphärischen Druck bedeutend überlegener Druck, PNEUMATISCHE DICHTSTROMFÖRDERUNG 205 darum ist im Rohr die Expansion der Luft auch bedeutend. Längs der Rohrlänge muß mit der Druckveränderung auch die Veränderung der Luftgeschwindigkeit und der Luftdichte berücksichtigt werden. Abb. 9 zeigt längs der Förderrohrlänge gemessene Druckwerte bei Flugaschenförderung. c) 9=0 '" ,= 3.04.10-2 kg/s mm$\Oc = 4.6 kg/s 9=0 I,m "" = 1.28.10-2 kgls mmslac = 1.87kg/s b) I,m Abb. 9. Die längs der Förderrohrlänge gemessenen Drücke (Überdruck) a) D = 38 mm; L = 45 m, h) D=27 mm; L'=O-45 m: D'=38 mm; L=45-72 m Die Berechnung des Drucks - ausgehend von Pattantyus' Prinzipien [1] - kann auf Grund der auf die Feststoffwolke wirkenden Kräfte [2], [3] erfolgen. Demzufolge kann der auf die elementare Länge des Förderrohrs (dl) fallende Druckabfall als Summe des Leerlaufdruckabfalls und des bei der Förderung entstandenem zusätzlichen Druckabfalls berechnet werden: dp=dPo+dpz· Der Leerlauf-Druckabfall: dp = }, . v1 . P . dl o D 2 I • Sein Wert ist im Verhältnis zum zusätzlichen Druckabfall in der Regel vernachlässigbar. 206 L. pAPAl Der zusätzliche Druckabfall ergibt sich aus dem Heben, dem Stoß und der Reibung der Feststoffwolke, [3]: dp:=dph+dPs+dPr' Die Druckanteile längs der elementaren Rohrlänge: Druckabfall zum Heben des Feststoffgewichtes: k mm 9 I dph= h-A d . Vm Im Falle des vertikalen Förderrohrs ist der Hebebeiwert kh = 1, im Falle des horizontalen Förderrohrs aber kh=O. Der Druckabfall zufolge des Stoßes: d = ks mm Vm dl Ps DA' wobei ks Stoßbeiwert ein Materialkennzeichen ist. Der durch Reibung entstandene Druckabfall: dPr=kr mmAg . dl, Vm wobei kr Reibungsbeiwert, ebenfalls Materialkennzeichen. Aus den längs der Rohrlänge entstandenen Drücken ausgegangen, isothermische Expansion vorausgesetzt, weiterhin angenommen, daß die Geschwindigkeit des Feststoffes mit der Luft~eschwindigkeit identisch ist (vm = VI = v), lerner den Leerlauf-Druckabfall und den zur Beschleunigung des Feststoffes notwendigen Dr;,uckabfall vernachlässigt, kann der Druck am Anfang des Förderrohrs berechnet werden (PA): PA = PE J(a+ 1) ebL_a wo: PE=der Enddruck des Förderrohrs a = Fr~ . ks/(kr + kh), zusammengezogener Ausdruck FrE =vE/j(ii5: Froude-Zahl aus der Luftgeschwindigkeit (vE ) am Ende des Förderrohrs berechnet, b = 2(kr + kh ) gll PIE/PE' zusammengezogener Ausdruck P/E= Luftdichte am Ende des Förderrohrs kh , kr, ks: das Fördergut kennzeichnende Beiwerte, deren Werte in Bezug auf Flugasche laut unserer Experimenten: ks=O,OO1-0,OO2 bei horizontalem Rohr; PNEUMATISCHE DICHTSTROMF(JRDERUNG ks =0,OO3-0,OO5 bei vertikalem Rohr. k,=0,3-0,5 k" = 1 bei vertikalem Rohr; k" = ° bei horizontalem Rohr. 207 Der im Förderrohr entstehende Druck kann mittels obigem Druckbe-rechnungs-Zusammenhang so in Labor-Einrichtungen, wie auch im Falle bei Förderröhren von Betriebsgrößenordnungen ermittelt werden. Bei der Anwendung des Zusammenhanges kann aus dem bekannten Enddruck des Förderrohrs ausgegangen werden (dies ist in der Regel der atmosphärische Druck) und die Berechnung kann auf horizontale, vertikale, bzw. auf durch Querschnittveränderungen abgesonderte Teilstrecken auf die in ihren An-fangspunkten notwendigen Drücke bezogen werden. E 4 .:0 Cl. I,m Abb. 10. Der Druck in Funktion der Förderrohrlänge bei Betriebseinrichtungen Abb. 10 stellt die Druckwerte längs der Förderleitung einer Betriebsein· richtung von D = 150 mm Durchmesser und L = 132 m Länge dar, welche sich in ihrer Fortsetzung auf D = 175 mm Durchmesser erweitert, bzw. auf eine Gesamtlänge von L = 210m verlängert. Die berechneten Druckwerte übereinstimmen mit den gemessenen Werten gut. A (m2) B(mm) D (m) E (J) e (J/m' kg) Fr=v/jgi5 Angewandte Bezeichnungen Querschnitt des Förderrohrs Durchmesser der ins Regelungsrohr eingebauten Blendeöffnung Durchmesser des Förderrohrs Energie spezifischer Energieverbrauch Froud'sche Zahl 208 L. pAPAl g = 9,81 rnls 2 Gravitationsbeschleunigung kh , kr , ks Hebungs-, Reibungs-, Stoßbeiwert L, I (rn) Förderentfernung mm (kg) Fördergutrnasse riz l (kg/s) Luftdurchsatz rizm (kg/s) Materialdurchsatz (Förderleistung) n Exponent der polytropen Zustandsveränderung P (W) Leistung p (Pa) Druck t, T{s) Zeit Vz (rn 3/s) Volurnendurchsatz der Luft VI (rnls) Luftgeschwindigkeit Vm (rnls) Materialgeschwindigkeit ). Rohrwandreibungsbeiwert J1 = rizmlriz l Mischungsverhältnis PI (kg/rn 3) Luftdichte Zusammenfassung Mit der Weiterentwicklung des gestaffelt arbeitenden Druckgefaßförderers wurde eine kontinuierlich arbeitende und mit einem Regulierrohr ausgestattete Fördereinrichtung entwickelt. Zur Berechnung des im Förderrohr entstandenen Druckabfalls - ausgehend von Pattantyus' Prinzipen [I] - wurde ein durch experimentelle Forschungsergebnisse gerechtfer-tigter, allgemein anwendbarer Zusammenhang aufgeschrieben. Literatur I. PATTANTYUS, A. G.: Pneumatic Conveying. Acta Technica 8, 129 (1954). 2. PAPAl, L.: Experimentelle und theoretische Untersuchungen der pneumatischen Förderung. Period. Polytechn. Mech. Eng. 19,23 (1975). 3. PAPAl, L.: Pneumatikus es fluidizacios anyagmozgatas. BME Tovabbkepzö Intezet, Budapest, 1977. 4. PAPAl, L.-VARADI S.: Regulierungsmöglichkeiten bei pneumatischen Behälterschleusen. Wissenschaftliche Zeitschrift der T. H. Magdeburg. 25, 77 (1981). 5. PAJER, G., KUNT. H., KUHRT, F.: Stetigförderer. Berlin, 1976. 6. VARADI, S.: Nyomotartalyos pneumatikus szallitoberendezes szabalyozasa. Dissertation. Budapest, 1981. 7. PAPAl, L.: Druckberechnung für pneumatische Dichtstromförderung. Period. Polytechn. Mech. 26, 91 (1982). Prof. Dr. Lasz16 PAPAl 1521 Budapest 

PNEUMATISCHE DICHTSTROMFÖRDERUNG MIT KONTINUIERLICH ARBEITENDEM DRUCKGEFÄSSFÖRDERER

https://pp.bme.hu/me/article/download/5757/4862

PNEUMATISCHE DICHTSTROMFÖRDERUNG MIT KONTINUIERLICH ARBEITENDEM DRUCKGEFÄSSFÖRDERER

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Periodica Polytechnica (Budapest University of Technology and Economics)