ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА В ХЛОПКОВОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ТРАНСПОРТНОЙ ТРУБЕ

АННОТАЦИЯ

В данной научной статье исследуется вопрос об изменении плотности и скорости воздушного потока в трубопроводе пневмотранспортного оборудования, используемого на хлопкоочистительных заводах, анализируются причины изменения плотности и скорости воздушного потока.

ABSTRACT

This scientific article examines the issue of changing the density and speed of air flow in the pipeline of pneumatic conveying equipment used in cotton ginning factories, analyzes the reasons for changing the density and speed of the air flow.

Ключевые слова: пневмотранспорт, плотность и скорость воздушного потока, манометрическое, полное, статическое и динамическое давления, вакуум, вентилятор, очистка хлопка.

Keywords: pneumatic transport, air flow density and speed, gauge, total, static and dynamic pressure, vacuum, fan, cotton cleaning.

Введение

В целях обеспечения конкурентоспособности текстильных продуктов на мировом рынке большое внимание уделяется поддержанию при переработке исходного качества хлопка и волокна. Исследования показывают, что все процессы в хлопковой отрасли негативно влияют на исходные показатели качества продукции, и процессы пневмотранспортировки хлопка не являются исключением. На хлопкоочистительных заводах сырье от мест хранения до цехов очистки и сушки транспортируется по трубам пневмооборудования. Его простота и возможность доставлять продукт в любом сложном направлении, не разрушая его в указанных местах, привели к широкому использованию воздушного транспорта в хлопкоочистительной промышленности [1,2].

Когда воздушный поток проходит через элементы пневмотранспорта, его давление в определенной степени снижается. На рис. 1 представлена ​​схема  пневмотранспорта хлопка и эпюра  статического и  динамического давлений в его элементах.

Рисунок 1. Схема пневмотранспорта хлопка и изменение параметров воздушного потока в нем

II - производственный корпус, 1 хлопковый нож, 2 горизонтальные трубы, 3 участка гибки труб (оболочки), 4 камнеуловителя, 5 диффузоров, 6 сепараторов, 7 конфузоров, 8 дросселей, 9 вентиляторов и 10 циклонных батарей. Это аэродинамическое оборудование предназначено для извлечения хлопка из тюка и его доставки в производственные цеха.

Когда вентилятор работает, внутри системы с левой стороны вентилятора, создается отрицательное давление (разряжение) воздуха, а с правой стороны, положительное (избыточное) давление воздуха и создается воздушный поток, движущийся справа налево. Наибольшее давление и воздушный поток, а также скорость создаются с обеих сторон вентилятора. В ходе наших исследований мы видели, что часть статического давления используется для преодоления аэродинамического сопротивления (точнее, сил сопротивления трения и вязкости) воздуховода [3,4,5].

В этой работе мы исследуем участки изгиба, расчленения, соединения, расширения (диффузор), сужение (конфузор) трубы, потери давления в камнеуловителях, сепараторах, циклонах и дроссел. В зависимости от конструкции и технологических параметров этих устройств возникают разные уровни потери давления. На рисунке 2 представлены результаты экспериментов, проведенных в производственных условиях, в виде графика (диаграммы).

Теоретическая часть. Причина, по которой графики скорости воздуха (ϑ), воздушного потока (Q) и динамического давления (P_d) выглядят одинаково, связана с тем, что они тесно связаны:

                                (1)

Где: p - плотность воздуха, кг / м3; Площадь сечения ꬵ-трубы, м2.

Характеристики статического Pst и полного давления Pt также близки друг к другу, поскольку полное давление - это статическое давление в отсутствие первоначального движения воздуха. Динамическое давление создается только тогда, когда есть возможность перемещать воздух, например, когда открыта горловина вентилятора:

P_t = P_st +; P_st = P_t -;  = P_t - P_st  ;  =0 => P_t = P_st .                          (2)

В противном случае динамическое давление создаваться не будет. Кроме того, в системах пневмотранспорта динамическое давление вентиляторов по паспортным показателям составляет всего менее 10% от полного давления.

Согласно фундаментальной теории, динамическое давление должно быть почти постоянным по длине трубы [6,7,8]. Из-за закона непрерывности потока:

= ,                                             (3)

Согласно p = const, если плотность воздуха не изменяется, скорость не должна изменяться в трубах d = const с постоянным размером поперечного сечения v = const. В этом случае, согласно уравнению P_d = 0,5ꞏρ ∙ ϑ ^ 2, динамическое давление также должно быть постоянным по длине трубы Pd = const. Однако давление в трубах непостоянно. Соответственно изменяется и плотность воздуха. В этом случае скорость воздуха также должна измениться согласно (3). Постараемся это обосновать. (3):

,                                               (4)

Если размер трубы постоянный:

,                                                    (5)

Давление перед вентилятором в несколько раз превышает давление в начале трубы. Уравнение Менделеева-Клапейрона:

PV= RT

согласно объему воздуха V зависит от его давления P: его плотность r обратно пропорциональна объему воздуха V: V = 1 / p;

В соответствии с:

ρ = P / (RT);                                                          (6)

На стороне всасывания пневматического транспортного средства имеется разреженная воздушная среда или условия низкого вакуума. Фактическое давление здесь равно разнице между атмосферным давлением окружающей среды Pat и давлением внутри трубы (системы) Ps:

P_v= P_at - P_s .

Подставляя это выражение в уравнение (6) имеем:

ρ = (P_at - P_s)/ (RT);                                                    (7)

В начале трубы Ps = 0, в этом случае

ρ = P_at/ (RT);                                                      (8)

Универсальная газовая постоянная R = 287,06 джоулей / (кг · К); температура воздуха при нормальном давлении T = 200C = 293 K; атмосферное давление в этом районе ниже стандартного атмосферного давления Pat = 750 мм рт. ст. = 101 кПа: Pat = 735 мм рт.

ρ_b = 0,98х10⁵/(287.06х293)=1.165 kg/m³;

Если давление около вентилятора в среднем составляет Ps = 8000 Па, плотность воздуха там составляет:

ρ_v = (98-8)х10³/(287.06х293)= 1.07 kg/m³.

Далее увеличим давление в вентиляторе на 10 кРа и уменьшим его на столько же: Если давление около вентилятора в среднем Ps = 9000 Па, плотность воздуха равна:

ρ_v = (98-9)х10³/(287.06х293)= 1.058 kg/m³.

Если давление около вентилятора в среднем составляет Ps = 7000 Па, плотность воздуха составляет:

ρ_v = (98-7)х10³/(287.06х293)= 1.082 kg/m³.

Теперь, согласно (5), если скорость воздуха в начале трубы ϑ_1 = 25 м / с, определяем скорость около вентилятора:

 m/s.

Рассчитаем относительное изменение скоростей:

k_v =  100 =  8.88 %

Попробуем на единицу увеличить и уменьшить скорость воздуха:

пусть скорость воздуха в начале трубы будет ,

в таком случае:

 m/s.

Рассчитаем относительное изменение скоростей:

k_v =  100 =  8.875 %

пусть скорость воздуха в начале трубы будет

в таком случае:

 m/s.

Рассчитаем относительное изменение скоростей:

k_v =  100 =  8.885 %

На рис. 2 представлены графики, построенные по полученным результатам. Согласно им, плотность воздуха уменьшается по мере увеличения манометрического давления (уровня вакуума) от начала воздуховода к вентилятору. Вероятно, поэтому термин «среда с разреженным воздухом» был придуман для среды с низким давлением. Повышение давления перед вентилятором здесь приводит к дальнейшему снижению плотности воздуха, а уменьшение - к небольшому увеличению плотности воздуха. В этом случае влияние падения давления на изменение плотности сильнее, чем увеличение давления. Когда пневмосистема полностью герметична, изменение плотности воздуха также приводит к изменению расхода воздуха. Результаты показывают, что по мере увеличения давления воздуха, движущегося по трубе, его скорость относительно увеличивается. Это связано с тем, что в среде с высоким давлением (здесь уровень вакуума) сила, притягивающая молекулы воздуха к источнику вакуума (вентилятору), увеличивается, что приводит к увеличению скорости воздуха и, наоборот, снижению давления в трубка. Также увеличение начальной скорости приводит к увеличению разницы скоростей, а уменьшение - к уменьшению. Исследования показали, что относительное изменение плотности воздуха из-за изменения плотности составляет в среднем 8-9%. Однако опыт показывает, что скорость воздуха значительно увеличивается от начала трубы к вентилятору.

Рисунок 2. Изменение плотности и скорости воздуха по длине трубы

Практика показывает, что пневматические трубы в основном изготавливаются из стали. При изготовлении трубы стальную банку закругляют, а два конца сваривают. Чтобы обеспечить поток воздуха на большие расстояния, трубы соединяются друг с другом, образуя длинные следы.

Трубы свариваются между собой и скрепляются с помощью резьбовых соединений (болтов-гаек). Также существуют временные (временные) способы соединения труб. В этом случае одна сторона трубы подготавливается как конический конец, и при удлинении трубы первый конец трубы вставляется в большую сторону второй. Независимо от типа соединения сложно поддерживать герметичность соединения. На это есть несколько причин:

1. Низкое качество сварки в стыке. В результате на стыках остаются дырки разного размера.

2. Трубы изнашиваются при длительной эксплуатации, стенки становятся тоньше, и особенно точки поворота становятся перфорированными.

3. В результате неправильной эксплуатации (из-за удара твердыми острыми предметами, раздавливания под воздействием тяжелых предметов, изгиба) в трубе образуются отверстия и трещины, а также форма трубы искажается, оставляя открытые пространства при соединении друг с другом.

4. При соединении труб с резьбовыми соединениями стыки остаются открытыми из-за высыхания, поломки, просыпания уплотнительного материала (обычно используется резина).

5. При временном соединении труб остаются трещины на стыках из-за несовместимости их формы и размеров.

В результате длительных наблюдений обнаружено, что даже при нормальной работе пневмотранспортного оборудования наблюдается поглощение воздуха по всей длине трубы и 3% воздуха поглощается через каждые 10 метров трубы. Если количество воздухопоглощения, определенное измерением, больше, необходимо проверить герметичность трубы и аэродинамических элементов, установленных между ней и точками соединения, и закрыть все обнаруженные отверстия и трещины. Однако недавние измерения показывают, что количество воздуха, всасываемого по длине труб на хлопкоочистительных заводах в стране, в несколько раз превышает допустимое количество. Предприятия не обращают внимания на избыточный расход воздуха и энергии при транспортировке хлопка из-за устаревания аэродинамических систем, отсутствия ремонта и обслуживания и других организационных проблем.

На основании аналитических исследований выявлены направления совершенстования работы пневмотранспортного оборудования на хлопкоочистительных предприятиях.

Заключение.

Можно сделать вывод, что при проектировании аэродинамической и авиатранспортной техники в условиях Узбекистана целесообразно принять плотность покоящегося воздуха r = 1,17 кг / м3, плотность внутри всасывающей части авиатранспортной техники - r = 1,13 ÷ 1,07 кг / м3. В качестве альтернативы, как было замечено ранее, плотность воздуха на выходе из воздуховода близка к стационарной плотности воздуха (r = 1,17 кг / м3), в то время как плотность около вентилятора низкая (1,07 кг / м3). Не вдаваясь в теорию, можно сказать, что плотность прямо пропорциональна давлению воздуха, плотность воздуха внутри оборудования для воздушного транспорта увеличивается линейно от вентилятора к выходному отверстию воздуховода и, наоборот, уменьшается в соответствии с линейной диаграммой направленности от воздуховода. горловина воздуховода к вентилятору. Изменение плотности воздуха вызывает изменение его скорости. В результате изменения плотности воздуха его скорость увеличивается от головки к вентилятору и, наоборот, уменьшается от вентилятора к головке трубы. По оценкам, изменение составляет 4 ÷ 9% [9,10].

Список литературы:

1. «Ўзпахтасаноат» АБ, “Пахтани дастлабки қайта ишлаш” (Первичная обработка хлопка),Т.,«Мехнат», 2002г.
2. Саримсаков О. Пахтани пневмотранспортга узатиш ва ҳаво ёрдамида ташиш жараёнини такомиллаштириш. Монография. «Наврўз» нашриёти, Наманган, 2019й.
3. Саримсаков О. Д.Турғунов, А.Исакжанов. Пахта хомашёсини пневмо-транспортга узатиш жараёнини амалий ўрганиш// НамМТИ илмий-техника журнали, №3-4, 2018, 37-41 c
4. Abbazov I., O. Sarimsakov, M.Khodjiev, B.Mardonov. Waste Produced at Cotton Waste Factories. // American Joural ASCIT Communications. 2018; 5(2): pp.22-28
5. Kholmirzaev F., Azimov S. Abdurahimov K., Sarimsakov O. Investigation of the Loss of Air Pressure in the Pipeline of the Сotton Pneumatic Conveying.// Saudi Journal of Engineering and Technology// Dubai, United Arab Emirates. February 2019; 4(2): pp.23-27
6. Sarimsakov O. The possibility of reducing cotton consumption in cotton. // American Journal of Science and technologi.// 2016; 4 (6): pp.68-72. http: www.aascit.journal / ajst.
7. Sarimsakov O., Gaybnazarov E. About energy consumption in pneumatic conveying of raw cotton. American Journal of Energy and Power Engineering.vol.3, No.4,2016, pp.26-29. Published: March 2, 2017.
8. Sarimsakov O. , C. Xusanov, R. Muradov. The Change in Air Pressure Along the Length of the Pipeline Installation for Pneumatic Conveying of Raw Cotton.// J. Engineering and Technology// www.aascit.org/journal/et. 2016; 3(5): pp.89-92
9. Мурадов Р., Саримсаков О., Хусанов С. Внутризаводская пневмотранспортировка хлопка-сырца: состояние, проблемы и перспективы. Журнал «Механика муаммолари», 2014
10. Саримсаков О. Хусанов С. Абдуллаев Ш. ―Пневмотранспорт  қувури ичида ҳавонинг ҳаракатини ўрганиш‖ НамМТИ республика конференцияси тезислари. Наманган, 2015й.,121-124 б