4.3. Струйные аппараты для пневмотранспорта

зернистых материалов и жидкости

В зависимости от принципа действия пневмотранспортной установки (ПУ) СА устанавливается в начале, в конце, а в некоторых случаях и в середине пневмотрассы [14, 25, 30]. В установках нагнетательного действия возможны различные варианты применения эжектора (см. рис. 5.1).

Так, например, СА, изображенные на рис. 4.4 а и 4.14 б представляют собой устройства, обеспечивающие необходимые параметры пневмотранспортного потока а именно, — давление и расход газа. Причем в обоих случаях возможен подсос атмосферного воздуха. Из рис. 4.4 б следует, что применение эжектора с кольцевым соплом весьма актуально в ПУ всасывающе-нагнетательного действия, причем крупность материала не имеет принципиального значения. На рис. 4.4 в СА играет роль тягового эжектора. В этом качестве СА широко используется при разработке различных пневмонасосов [25], а также при проектировании всасывающих сопел (см. п. 2 и рис. 3.2).

Рис. 4.4. Применение СА для пневмотранспорта зернистых материалов (а, б, в, г) и жидкости (д): а) в ПУ нагнетательного действия; б) в ПУ всасывающе-нагнетательного действия; в), г), д) в качестве тягового эжектора, питателя и струйного однофазного насоса соответственно; 1— СА с центральным соплом; 2 — загрузочное устройство; 3 — СА с кольцевым соплом; 4 — фильтр; 5 — промежуточная емкость; 6 — шахта; 7 — задвижка; 8 — транспортный трубопровод; 9 — обратный клапан; 10 — противовес; 11 — сопло; 12 — пористое днище; 13 — всасывающий трубопровод; 14 — колодец

СА, изображенные на рис. 5.1, а и 5.1, б, следует отнести к аппаратам с большой степенью расширения ( ) и достаточно высокой степенью сжатия ( ), т. е. рабочая и инжектируемая среды являются упругими. В СА, изображенных на рис. 4.4 г и 4.4 д, в качестве рабочей среды также используется упругая среда — газ, а инжектируемой средой является неупругая среда — сыпучее твердое тело или жидкость. Степень расширения рабочего потока может быть как сверхкритической ( ), так и докритической ( и одновременно ). Степень сжатия, напротив, мала ( ), т. к. инжектируемая среда представляет собой смесь сыпучего твердого материала и газа (чаще воздуха) или жидкости.

СА на рис. 4.4 г представляет собой питатель, в который материал, подлежащий транспортировке, подается непосредственно в приемную камеру, а далее увлекается струей воздуха, выходящей с большой скоростью из рабочего сопла. Общее сопротивление ПУ не должно превышать (0,2…0,4) · 10⁵ Па.

СА, принципиальная схема которого представлена на рис. 4.4 д, применяется для перекачки жидкости из резервуаров и колодцев и других целей.

Поскольку уравнения, характеризующие состояние упругой (1) и неупругой (2) сред, имеют вид

и , (4.3)

то, очевидно, условию неупругости (несжимаемости) соответствует показатель адиабаты k.

При расчете любого СА широко используются газодинамические функции, связывающие термодинамические параметры потока (температуру, давление, плотность и др.) с его приведенной скоростью , представляющей собой отношение скорости газа при его адиабатном течении w к критической скорости а_*: т. е.

. (4.4)

Поскольку для упругой среды

, (4.5)

, (4.6)

то

. (4.7)

может изменяться от 0 до при Т = 0, т. е. при истечении потока в абсолютный вакуум.

В свою очередь, для условно несжимаемой среды будем иметь

, (4.8)

, (4.9)

. (4.10)

По смыслу выражения (4.9) критическая скорость неупругой среды равна скорости истечения этой среды в абсолютный вакуум, когда внешнее давление р = 0.

Наиболее часто используются следующие функции:

- функция П() — относительное давление, т. е. отношение давления р адиабатно движущегося газа в данном сечении к давлению торможения р_о;

- функция () — относительная плотность, т. е. отношение плотности ρ адиабатно движущегося потока в данном сечении к его плотности ρ_о в заторможенном состоянии;

- функция q() — относительная массовая скорость, т. е. отношение массовой скорости w адиабатно движущегося потока в данном сечении к массовой скорости этого потока _*а_* в критическом сечении, определяемая как

. (4.11)

Взаимосвязь основных газодинамических функций для упругой и неупругой сред приведена в табл. 4.1.

Исходные данные для расчета:

- G_н (G_р или G_с) — расход газа в инжектируемом (рабочем или смешанном) потоке, кг/с или u;

- p_p p_н (p_н или р_с) — статические давления рабочего, (инжектируемого или (смешанного) потоков, Па;

- T_p, T_н — температуры рабочего и инжектируемого потоков, К;

- _р (_н (или _с) — плотности рабочего, (инжектируемого (или смешанного) потоков, кг/м³;

- k_p = k_н = k — показатель адиабаты;

- R_р = R_н = R — удельная газовая постоянная, Дж/(кг·К);

Основные задачи расчета СА:

1. Определение максимально достижимого коэффициента инжекции или максимально достижимого давления сжатия при заданных параметрах рабочего (от компрессора) (р_р, Т_р) и инжектируемого (р_н, Т_н) потоков перед СА и заданном либо давлении сжатия р_с, либо коэффициенте инжекции u;

2. Определение геометрических размеров СА;

3. Расчет поля рабочих характеристик СА.

Решение первой задачи существенно зависит от степени расширения и сжатия, что связано с возникновением так называемого предельного режима работы. В наибольшей мере это относится к СА с большой степенью расширения и умеренной степенью сжатия . К таким аппаратам относятся, согласно [5], газо (паро)-струйные компрессоры.

Таблица 4.1