Современные информационные технологии/ Компьютерная инженерия

к.ф.-м.н. Дёмина И.А., к.ф.-м.н. Попова Г.В., Воротникова В.Н.

Восточно-Казахстанский государственный университет, Казахстан

Расчёт пневмотранспортной сети с применением компьютерного моделирования

На зерноперерабатывающих предприятиях используются как механические, так и пневматические системы транспортирования. В последнее время на мельницах пневматический вид транспорта в значительной степени вытеснил механический и с успехом используется для транспортирования муки, отрубей и продуктов измельчения зерна в размольном отделении, а в зерноочистительном отделении предпочтение отдаётся - механическому транспорту. Основным аргументом против применения пневматического транспорта в зерноочистительных отделениях мельниц служат его высокие энергозатраты. При этом не всегда учитываются многочисленные достоинства, открывшиеся в результате его развития и совершенствования, а при сравнении используются устаревшие представления о возможностях пневматического способа транспортирования [1].

Механический транспорт муки - нории, распределительные шнеки, питательные шнеки, течки, задвижки - это прямолинейное транспортирование с перегрузками муки. Компоновать такие системы чрезвычайно трудно и неэффективно. В частности, ограниченное перемещение транспортируемого продукта в пространстве, т.е. либо горизонтальное, либо вертикальное. Положительные свойства механических систем при транспортировании: простота устройства и эксплуатации, надёжность в работе, возможность транспортирования любых сыпучих продуктов и подача их на значительные расстояния (более 50м) и высоту (10-15м), высокая производительность. При кратковременном транспортировании муки в среде нагретого воздуха происходит эффект «созревания», что способствует заметному улучшению качества продукции и повышает выход.

Особенно негативная сторона механического транспорта - невозможность регулярной санитарной обработки норий и шнеков. Чтобы очистить башмак нории, ее надо разбирать, что практически невозможно. То есть нория является постоянным источником мучных вредителей. То же самое происходит и со шнеками. Помимо этого всегда существует опасность забивания шнеков мукой, трудности с его очисткой и невозможность обрыва перьев шнеков из-за пробок и попаданий. Кроме этого механический транспорт - это потенциальный источник металлической стружки и других металлических включений после ферромагнитной защиты на просеивателе [1].

Наряду с механическим транспортом на мукомольных заводах для перемещения зерна и продуктов его переработки используют пневматический транспорт. В подготовительном отделении мукомольного завода - нагнетающий пневмотранспорт, а в размольном отделении обычно используют разветвлённый всасывающий пневмотранспорт.

Пневмотранспортные установки представляют собой комплекс устройств, обеспечивающих перемещение сыпучих материалов с помощью сжатого воздуха или разряженного газа. Принцип работы пневматической установки заключается в том, что под влиянием разности давления, создаваемой в результате засасывания вентилятором воздуха в трубопровод извне, в начале и в конце воздушный поток с продуктами размола движется со скоростью 25 м/сек. При помощи циклонов и шлюзовых затворов перемещаемые продукты отделяются от воздушного потока.

Пневмотранспорт широко используют для перемещения сыпучих материалов в связи с их значительной производительностью и большим радиусом действия в самых стеснённых производственных условиях.

Применение пневматического транспорта продуктов размола сделало ненужной аспирацию технологических машин: воздушный поток обеспыливает и охлаждает их рабочие органы и продукты измельчения, а также удаляет влажный воздух из оборудования. В помещении мельницы стало просторнее, светлее и чище, так как отпала надобность в громоздких аспирационных трубопроводах, транспортных механизмах (нориях и шнеках). Температура продуктов при выходе из зоны измельчения вальцовых станков примерно на 12-15ºС снижается, что способствует улучшению севкости сит и уменьшению недосевов; отсутствие в так называемых "мертвых" пространствах норий машин возможности размножения мучных вредителей, так как большие скорости движения воздуха в сетях препятствуют залеганию продуктов на пути их перемещения; увеличение пожарной безопасности, так как многие случаи загораний и пожаров на мельницах являются следствием буксования норийных лент; практически неограниченная протяженность и сложность трассы. Пневмоустановки обладают высоким резервом производительности, поэтому в практике их эксплуатации практически не наблюдаются перебои даже при повышении нагрузки на 20...25%.

К недостаткам пневмотранспорта по сравнению с механическим транспортом относят повышенный расход электроэнергии на 1т вырабатываемой продукции. Высокая надежность пневмотранспортного оборудования и правильное ведение технологического процесса позволяют применять длинные горизонтальные трассы трубопроводов, собирать, транспортировать и разгружать промежуточные продукты размола в местах согласно требованиям технологии [2-4].

Расчет пневмотранспортной сети является сложной задачей, при решении которой могут возникнуть определенные проблемы. При помощи созданной программы можно осуществлять расчёт достаточно быстро, что позволит сократить время, а также дает возможность рассчитать различные варианты и выбрать наиболее оптимальный.

Целью работы является разработка программы расчёта всасывающей пневмотранспортной сети размольного отделения мукомольного завода, с применением структурированного, объектно-ориентированного языка программирования - Delphi.

Алгоритм расчёта пневмотранспортной установки

Расчёт пневмотранспортных установок (ПТУ) базируется на законах аэродинамики [2,3]. При расчёте внутрицеховых ПТУ, которые в большинстве своём относятся к установкам среднего давления (примерно 10000 Па) с колебаниями объёмной массы в пределах 10%, допускаются параметры воздуха соответствующие стандартному с плотностью ρ = 1,2 кг/м³, при температуре 20°С, относительной влажностью 65% и давлением 760 мм.рт.ст. [3].

Расчёт материалопроводов

-Определение производительности или нагрузок (G) на материалопроводы простой и разветвлённой пневмотранспортной сети;

-Определение скоростей витания транспортируемых продуктов (v_вит);

-Определение коэффициента массовой концентрации (μ);

-Определение расхода воздуха (Q_в) и диаметра воздуховода (d);

-Определение длины вертикального (l_в) и горизонтального продуктопроводов с наличием в них фасонных элементов, в том числе суммы коэффициентов местных сопротивлений ∑ξ в материалопроводах;

- Определение величины транспортирующей скорости воздушного потока в материалопроводах (V).

Расчёт потерь давления в пневмотранспорте

- Определение потерь давления в машине, соединённой с приёмным устройством и в самотечной трубе (Н_маш), Па;

- Определение потерь давления в приёмном устройстве (Н_пр), Па;

- Определение потерь давления на сообщение скорости (разгон) продукту и на восстановление скорости после отводов (∑Н_р), Па;

- Определение потерь давления от трения при движении аэросмеси в прямолинейных вертикальных и горизонтальных участках материалопроводов (∑Н_тр.в., ∑Н_тр.г.), Па;

- Определение суммы потерь давления в отводах (∑Н_отв.), Па;

- Определение потерь давления на подъём продукта по вертикали (Н_под), Па;

- Определение потерь давления в циклоне – разгрузителе (Н_ц.р.), Па;

- Определение потерь давления в сужающем устройстве (Н_с.у.), Па.

Программа для расчёта всасывающей установки пневмотранспортной сети

С помощью команд, находящихся в диалоговом окне (см. рисунок 1), можно вводить все данные для расчёта всасывающей пневмотранспортной сети [4,5].

Рисунок 1. Интерфейс программы для расчёта

Последовательно заполняют все графы диалогового окна. Нагрузка по балансу берётся из баланса помола. Определив расчётный диаметр материалопровода, можно не прибегая к справочной литературе выбрать стандартный диаметр, щёлкнув на пиктограмму стандартный диаметр.

При щелчке на пиктограмму коэффициент потерь выходит база данных коэффициентов, зависящих от длины участка за отводом, величины центрального угла и отношением радиуса отвода к диаметру материалопровода.

При щелчке на пиктограмму циклоны выходит база данных для наиболее применяемых циклонов, что удобно при подборе марки циклона. В диалоговом окне имеются всплывающие подсказки, указывающие на значения коэффициента концентрации, скорости воздушного потока, вида циклона, коэффициента сопротивления в отводе, коэффициента трения, коэффициента потерь на разгон, коэффициента сопротивления сопла, коэффициента сопротивления радиуса отвода и коэффициент сопротивления в зависимости от вида продукта при помоле. Все результаты вычислений выводятся в диалоговом окне. Программа была апробирована при выполнении курсовых и дипломных работ. В работе приводим расчёт всасываюшего пневмотранспортной сети размольного отделения завода на примере проекта мельзавода по производству пшеничной хлебопекарной муки двухсортного помола. На основании вышеизложенной методики заполняем диалоговое окно (см. рисунок 1) для расчёта I драной системы. На рисунке 2 приведены результаты расчёта I драной системы. Аналогичным образом рассчитываются все последующие системы.

Рисунок 2. Результаты расчёта I драной системы

Таким образом, расчёт пневмотранспортной сети является сложной задачей, при решении которой могут возникнуть определенные проблемы. При помощи созданной программы можно осуществлять расчёт достаточно быстро, что позволит сократить время, а также дает возможность рассчитать различные варианты и выбрать наиболее оптимальный [5].

Литература:

1 Золотарёв А.К. Сравнительные характеристики систем транспорта зерна на мукомольном заводе / А.К. Золотарёв, М.В. Свирень, А.В. Яковлев, В.П. Тарасов // 62-ая Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Наука и молодёжь», АлтГТУ им. И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2004. - 44 с.

2 Тарасов В.П. Элементы теории работы однотрубной пневмотранспортной установки / В. П. Тарасов // Известия ВУЗов. Пищевая технология. 2005. № 5-6. С. 82-85.

3 Пневматический транспорт на зерноперерабатывающих предприятиях / А.М. Дзядзио, А.С. Кеммер.- М.: Колос, 1987. – 295с.

4 Захарова О.А., Ковалёва А.Н., Дёмина И.А. Преимущества пневматического транспортирования сыпучих продуктов на мукомольных предприятий // Материалы XII Республиканской научно-технической конференции студентов, магистрантов и молодых учёных, 19-20 апреля 2012. – Усть-Каменогорск: изд. ВКГТУ им. Серикбаева. –С. 78-79.

5 Ковалёва А.Н., Дёмина И.А. Компьютерное моделирование расчёта пневмотранспортной сети размольного отделения мукомольного завода // Сборник материалов внутривузовской научно-практической конференции студентов «Инновационный вектор развития науки и образования». – Усть-Каменогорск: изд. ВКГУ. – 2012. – С. 36-37.