气力输送管道的变径设计

气力输送管道的变径设计

气力输送管道的变径设计 李勇,高天宝

青岛科技大学,山东青岛266061 气力输送与变径管

在气力输送过程中,在压力能转化为物料动能实 现物料输送时,具有一定的压力损失.对单一管径的 管道,由于压力的降低(特别是长距离输送时)输送气 体的密度会减小而质量流量不变,其输送气速为: V一4Q/(7cRpa)(1)

式中:Qa——输送气体的质量流量; pa——输送气体在输送压力下的密度; R——输送管道半径.

从式(1)中可看出,当输送管道的截面积变大即管 径增加时,输送气速会减小,且与管径的平方成反比. 因此,采用变径管可在一定范围内降低气速,从而在一 定程度上减少了因输送速度过高带来的问题. 变径管道应用的范围非常广泛,不但可以应用于 长距离输送,还可以应用在高压输送,高真空输送,部 分密相输送l1]和稀相输送.对于变径管的设计主要包

括:管道变径位置的确定和管径大小的确定.设计的 主要参数为最小输送速度l2],最大输送速度(由物料的 磨蚀性及破碎率等因素决定)和压力损失. 2变径管参数的确定

如图1所示,在1级变径处,只有速度变小而压力 不变即P.和P相等.输送过程可以看成是等温过 程,气体状态方程可变为: V1,一V2(2)

其中h分别为图1中1和2位置的输送气体 体积流量,m./s.

由式(2)可得到1,2处的速度,,的关系: 1,/2一d22,/d(3)

其中d,d分别为第1段管道和第2段管道内 径.

第1级变径第2级变径第月级变径 图1分级管径示意

因为1次变径后,由于气速的降低和管径的增加, 整个系统的压降会有所下降,为了确保管道不发生堵

作者简介i李勇(1962一),男,内蒙古卓资人,硕士,青岛科技大学机电工程学院副教授,主要从事气力输送与橡胶机械技术的教学与研究. E-mail:sea—will@163.corn

塞,第2段管道的起始速度应该大于最小输送速度,即 要用最小输送速度乘上一个大于1的系数,该系数的 大小应该根据实际情况而定(主要与变径次数和物料 物性有关).确定了第2段管道的起始速度后就可以 根据式(3)求出第2段管道的管径.

由于管道管径的标准化,取与计算管径相近的管道 作为变径后的管道.如果标准管径比计算管径的尺寸 大,应考虑把变径点适当的向管道末端方向推移,防止 管道堵塞.用同样的方法可以得出各段管道的管径. 输送管道末端的表观气速最大,并且较容易得到, 因此把管道末端作为变径计算的切入点较合理.计算 出沿管道布置方向距离管道末端为处的表观气速, 用此速度与系统允许的最大输送气速比较,如果计算 的速度小于最大输送气速,说明需要变径的位置应该 在此计算点的后方离管道末端较近处(沿管道布置方 向);如果计算的速度大于最大输送气速,说明需要变 径的位置应该在此计算点的前方离管道末端较远处. 通过这种迭代计算可以求出其表观气速与系统最大输 送速度近似相等(稍大于系统最大输送速度)的点,此 点就是第1级变径的位置.对管道进行1级变径后, 重新进行整个管道的压降计算(由于1级变径后管径 及输送气速变化),然后根据输送气体的入口条件计算

出管道末端经过1级变径后的气速,再用确定第1级 变径位置的方法确定第2级管道变径的位置.以此类 推,直到整个管道中的气速都符合输送要求为止.一 般情况下,管道变径次数为(2～3)次.这种迭代计算 可以编成计算机程序,实现管道变径的设计. 为防止管道横截面积突变,使物料沉积发生堵塞, 变径角0应取为30.[.由于变径后气流速度会明显降 低,因此变径点应在弯管之后一定距离的位置(大于弯 管后的加速区),以保证物料有足够的动能经过弯管. 3输送参数分析

文献[4]介绍了变径管道的试验情况.试验装置 (图2)为:管道总长为115m.由9个弯头组成,试验用 物料为飞灰.变径前,管道内径为53mm,在总长度的 一

半处进行第1级变径,管道内径为69mm,在总长度 的3/4处进行第2级变径,管道内径为81mm. 图3(a)是不变径(管径为53ram)输送试验特性 曲线;图3(b)是1级变径(变径后管径为69mm)输送 试验特性曲线.从图3可以看出,当物料流量同为20 t/h,料气比均为100的情况下,如果不对管道进行变 回f热力发电?2007(9)i 管道末端

\\2缄变径 图2变径管道示意

径(管径采用53mm),则管道压损大约为0.22MPa; 如果对管道在总长度的一半处进行1级变径(变径后 管道内径为69mm),则管道压损大约为0.16MPa,变 径后压损减小了0.04MPa. 料气比 4O 一 三0 面 20 世 萎10

空气质量流量/kg’s空气质量流量/kg’s (a)单一管径(b)1级变径 图3管中飞灰的输送特性

可见,由于变径后压损的降低,会使管道中的气速 进一步降低,而且有可能低于最小输送速度.因此,下 一

级管道的初始速度设计值应稍大一些,或下一级的 管径要选取比计算值稍小一些的标准管径.设计结束