气力输送设计技术的发展和应用

2000年5期

水泥

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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 p a p er int roduces t he develo p ment and a pp lication of t hree desi g n techni q ues on ste pp ed

p i p eline , reliabilit y and com p uter aided desi g n software of p neumatic conve y in g s y stems. The aut hor intends to offer some usef ul hel p for desin g in g and selectin g p neumatic conve y in g s y stems of user. K e y Words

ste pp ed p i p eline ,reliabilit y ,desi g n software

0引言

、现代化

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〕

和散装化方向发展, 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δ=14mm 钢板做成45°道, 易变形弯曲。用Q 235, 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

以及其它

5, 6〕

设计技术探讨〔, 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。

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。

6) 二级减速机采用DC Y400—40专用减速机, 两

图7

立柱与横梁组合结构

年来该减速机未出现问题, 使用可靠。

(编辑

王艳丽

)

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水泥

分级管道

气力输送常出现能耗高、磨损快、物料颗粒易降

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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。

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, ; 过迟, 。

111

图1

单一管径和分级管道压力分布图

分级位置

。一是分级处的

管径增大后, 保证该处弗鲁德(Froude ) 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

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

设计实例

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

5〕使用短半径弯头或一端不通T 形管〔。

首先测出单一管内径为Φ100mm 沿线各测压点

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。

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

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。

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。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〕

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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

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

R =1-H 1H 1+H

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。

(1)

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 15R s =0163=63%

(2)

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, 。通过仔细设计选型, (见提高后系统可靠性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 15R 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

7〕

送的计算机辅助设计软件。美国富勒公司〔和国外其8,9〕它研究机构〔已设计出相应软件并投入实际应用。

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

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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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

法) 和沟通。这个系统软件的构成框图见图3。

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。

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、试验装置等) 能进行分类处理。

5) 6) 能够检查出输入数据是否正确, 并能兼容已存

图3

气力输送计算机辅助设计软件构成框图

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

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。

第一个子系统用来处理物料数据。这些数据遵循国家或行业标准(如物料代号、细度、颗粒形状、流动性等) 。另外这个子系统还收集了不在上述标准里的某些物料特性(如允许最小空气输送速度、可忍受最高温度等) 。

一旦确定了物料之间相似准则, 这个子系统能够分辨出那些相似于某一已知输送特性的物料。由于整个系统软件集成有处理已设计并运行气力输送装置数据的子系统, 所以当进行多种气力输送系统选型分析时, 所有已被输送过物料或那些相似于它们的物料数据都能够互相沟通。

对被检测物料而言, 利用相似准则不仅能确定物料之间是否存在相似现象, 还可大大减少所需提供的计算指令数量, 从而有利于气力输送设计者的分析和判断。按照目前国际上通行的物料相似准则, 如两种物料符合下列条件, 则它们相似:

1) 细度———颗粒尺寸最大差异不超过20%。2) 颗粒形状———必须相同

。

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

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3) 休止角———必须在邻近同一范围内。4) 输送特性(磨琢性、易燃易爆性、聚集性、吸水

3815m 均化库内, 为此笔者利用上述系统软件进行气

力输送系统工艺设计选型。向计算机输入必要的基础数据后, 通过一系列综合分析和选型比较, 最后决定选用富勒螺旋泵系统, 其计算结果见表3。

性、流态化等) ———必须相同。

5) 松散密度———必须属于下列同一组:1组:

6) 虽然颗粒形状、休止角及一两种物料输送特性

3

3333

存在不同, 但只要细度相同并且松散密度一致, 则两种物料仍然相似。

第二个子系统用来处理已设计并投入运行气力输送装置的数据, 它允许在不同情形下(装置类型、用户、安装位置和时间) 存储和读取信息。这些数据存储在不同的逻辑层面上, 它们被划分为普通数据(置代号、说明书、输送物料) 数据(、、施、检测仪表等) 。

这个子系统允许在设计和实际操作数据之间进行比较。这对检查设计结果是否正确及对辨别系统误差及其原因十分有用; 另外还有利于辨别所使用选型方法的最佳范围和校正系统参数的自动选取。

第三个子系统用来处理图纸的数据。它直接与下一级CAD 子系统相连。这意味着装置的图纸和相关数据能在不同情况下(图纸代号、工作/建议代号、用户、输送物料) 直接被搜索到, 并在适当位置可再次利用或修改这些图纸和相关数据。

第四个子系统用来处理计算程序的数据。它允许有关来自装置选型程序的信息之间互相沟通, 并进行下列搜索:程序名称、选择输送系统类型、可利用附加输送方法的类型。为了便于使用, 这个子系统直接与下一级选型子系统相连, 并为选型子系统设置了一个标准输入接口, 以便同一套数据被不同子系统使用

(即执行不同选型技术) 。这意味着当操作数据发生变

参考文献

12

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软件应用实例

1999年在广西某水泥厂700t /d 生产线技改工程

(编辑孙卫星

)

中, 需将原生料库生料用气力输送送入新建Φ15m ×

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