遠距離高壓輸送木片裝置壓力損失計算方法的研究

2011-08-02 05:55:50蔡漢忠歐陽富

森林工程 2011年4期

蔡漢忠，歐陽富

(北華大學林學院，吉林，132013)

0 前言

氣力輸送是氣固兩相流的管道輸送，使用范圍不斷擴大，發展異常迅速，木材工業絕大部分氣力輸送為低壓 (0.00～0.05MPa)和稀相流 (質量混合比μ＜10)的管道輸送。而今要設計一臺遠距離高壓輸送木片的氣力輸送系統 (其壓力P在0.1～0.7MPa范圍內)，采用新的當量長度計算方法時已含蓋水平直管段、垂直提升管段和所有彎頭管道的壓力損失，根據連續方程的質量守恒和等溫狀態方程氣體壓力與密度成正比的原理，就可求出高壓管道的壓力損失。當然高壓氣力輸送能耗大，管道磨損相應增大。但高壓氣力輸送的特點是物料占的比重較大，在一些特殊情況下，遠距離輸送還是可以采用的。另外傳統的當量孔口法，查線圖的當量孔口面積的誤差約 (8% ～12%)，計算準確性是打折扣的。對于高壓差輸送木片，系統中壓力變化大，空氣密度變化明顯，引起氣體的膨脹，沿著氣體前進方向速度越來越大，所以應按可壓縮流體處理。但工程上應用氣流速度還不是很大，可以充分進行熱交換，可以用等溫過程附加阻力或附加壓損的原理來處理計算問題。計算該問題需要42個公式，而且計算特別復雜［2］。改用當量長度計算后可以減少公式28個。從而給計算帶來方便快捷的效果。

如圖1所示提供了高壓輸送木片的簡圖，其中A為羅茨鼓風機，B為旋轉供料器，B為管道物料運輸的起點，C為管道物料輸送的終點，AB管長4m，水平距離Lx1=520 m，傾斜管長L=22m，上水平管長Lx2=6m，C離上水平管距離為1 m，L與水平線成60°角。

設計時要求這臺氣力輸送裝置每小時輸送木片10t，木片的規格尺寸35×30×6mm，所運送木片的密度ρ=550kg/m3，管道內的固氣質量混合比μ=2。下面就設計計算程序進行討論。

1 按低濃度、懸浮稀相流的設計步驟進行計算

(1)確定質量混合比μ(且μ=2)和實際混合比 μ0。

式中:Mp為木片質量，Mp=10×1000=10000kg;MC為空氣質量，MC=5000kg。

圖1 高壓輸送木片簡圖Fig.1Diagramof woodchipstransportinginhighpressure

(2)確定實際混合比μ0。

(3)確定輸送空氣的體積流量QC，還必須考慮固氣速度比φ==0.65。

(4)確定公式(3)中的氣流輸送速度VC，且有φ==0.65。

水平直管段內所要求的最小氣流速度［1］。

式中:μ 為質量混合比，μ=2ρ木片=550kg/m3，b 為木片的形狀系數，r為儲備系數r=1.0～1.2，取r=1.0。

氣力輸送木片的沉降速度與木片的懸浮速度是大小相等和方向相反的速度，木材工業計算木材碎料懸浮速度的公式為:

式中:a為木片斷面的形狀系數，取a=0.9，h為木片的厚度=6mm，ρ木片=550kg/m3。

ρ氣(標準)=1.2kg/m3。

圖1管道BC的卸料點C的最小氣流速度VC，其計算公式為:

當已知管內氣流速度VC后，即可計算出每小時流過管道的空氣質量為:

實際濃度μ0用質量濃度式μ×代入。

(5)確定輸送管道的內徑。

將μ0、D代入(2)式驗證QC=60×VC×=60×33.8×0.785×0.2592

=106.8m3/min=6410m3/h，取QC=6420m3/h。

2 計算BC、AB管段的壓力損失

(1)計算BC高壓管段的壓力損失

在BC高壓管段終點 (卸料點)C處，是與大氣相通的出口，其大氣靜壓力PC靜設其等于標準大氣壓，PC=101325Pa=101.325kPa(標準條件溫度t=0℃，壓力為760mmHg柱)，已知C點處的體積流量QC=6420m3/h，根據資料 (2)108頁公式得到，固氣二相流的壓損比ε=(1+K×μ)，對于垂直管段ε值按下式計算

兩個ε值取大值1.60。

BC管起點在供料器下面的B點，利用高壓氣力輸送的壓力損失計算公式［4］，在B點的靜壓力為

式中:PC為管道的終點壓力，PC=101.325kPa，λc為空氣與管壁的摩擦系數，其值與管徑大小速度快慢有關，且有 λc=0.0175×D－0.21×V－0.075=0.018。

VC=33.8m/s，ε=1.6，氣體常數R=3287J/kg·k，T為開爾文溫度293°。

當量長度

式中:L當為輸送管的當量長度;LX水平管段長度LX=520+6=526，m;kZ為垂直管的高度系數;kZ=1+0.08μ=1+0.08×2=1.16，或kZ=1.3 ～1.5，本計算取kZ=1.3;h為垂直提升高度，h=22×cos30°－1=19.05 －1=18.05，m;δ為與混合比μ相關的彎頭系數，δ=70+2μ=70+2×2=74，并與kZ相關，如圖2所示;n為為角度Σθ的彎頭數，n=(θ1+ θ2+ … + θn)/90°，本例 n=(120°+120°+90°)/90°=330°/90°=2.67;D 為管徑 D=0.259m。

將以上數據代入公式(9)得:

L當=526+1.3×18.05+75×0.259×3.67=526+23.5+71=620m。