Все пневмотранспортные системы — независимо от типа (всасывающая или нагнетающая) — состоят из следующих основных компонентов: питающее устройство (вращающиеся затворы), материалопроводы (прямые участки и отводы), воздуходувные устройства (вентиляторы или воздуходувки) и питающие и приемные бункера.
Питающее устройство
Основное требование к питателю во всасывающей пневмотранспортной системе состоит в том, что он должен обеспечивать подачу продукта с надежной производительностью из питающего бункера, находящегося под одним давлением, в пневмотранспортную линию под другим давлением. Разработаны и внедрены многие питающие устройства, удовлетворяющие этому требованию. Наиболее распространенным является шлюзовой питатель.
Шлюзовой питатель в основном состоит из лопастного ротора с карманами, вращающегося в стационарном чугунном корпусе. Корпус имеет уплотнения, обеспечивающие герметичность. Через входное отверстие, расположенное над ротором, продукт из питающего бункера постоянно поступает в карманы ротора. Затем продукт перемещается ротором, вращающимся с помощью электродвигателя, к выпускному отверстию, откуда он поступает в материалопровод. Особое преимущество шлюзового питателя состоит в том, что он может выполнять вторую функцию, дозируя продукт в материалопровод, хотя и является воздушным шлюзом, необходимым для успешной эксплуатации системы. Имеются различные типы шлюзовых питателей.
Типичной проблемой шлюзовых затворов является утечка воздуха, которая препятствует истечению продукта в карманы ротора и тем самым снижает производительность. Так как зазоры между ротором и корпусом и давление в системе влияют на утечку, производительность также зависит от скорости ротора и характеристик транспортируемого продукта. Недостаток знаний об этой утечке на этапе проектирования может, очевидно, привести к неправильному выбору вентиляторов и воздуходувок. Воздуходувное устройство завышенной мощности будет давать увеличенную скорость смеси воздух — продукт, что означает повышенный износ компонентов системы и дробление продукта. При заниженной мощности скорость воздуха может быть недостаточной для сохранения продукта во взвешенном состоянии, что, возможно, приведет к завалу в материалопроводе. Дальнейшим ограничением шлюзовых затворов является то, что они не особенно пригодны для абразивных продуктов, хотя они могут производиться с взаимозаменяемыми износостойкими лопатками ротора и облицовкой корпуса.
Материалопроводы
Материалопровод сам по себе может изменяться с точки зрения размера, длины и геометрии. Диаметр материалопроводов должен иметь размер, обеспечивающий требуемую скорость транспортирования. Расстояние транспортирования зависит от характеристики воздуходувной машины. Геометрия или трасса материалопровода обычно включает прямые транспортерные участки и отводы. Один из наиболее критических участков материалопровода — непосредственно после точки, в которой продукты подаются в материалопровод, так как частицы фактически имеют нулевую скорость.
Воздуходувные машины
Выбор воздуходувной машины — одно из наиболее важных решений при проектировании пневмотранспортной системы.
Необходимо рассматривать два фактора: давление и объемный расход.
Давление, которое развивает воздуходувная машина, зависит в основном от падения давления по длине материалопровода и падения давления в фильтре. Величина давления в значительной степени зависит от длины транспортирования, количества и свойств транспортируемого продукта. Оценка падения давления представляется наиболее трудной и сложной при проектировании пневмотранспортной системы. Во многих случаях используют экспериментальные данные.
Объемный расход, который должна обеспечить воздуходувная машина, зависит от сочетания необходимой скорости и размера используемой трубы. В большинстве случаев производительность воздуходувной машины рассчитывают исходя из количества подаваемого воздуха и давления в конце материалопровода.
К воздуходувным машинам, применяемым при пневмотранспортировании, относят ряд машин — от вентиляторов и воздуходувок, обеспечивающих высокие объемные расходы при относительно низких давлениях, до поршневых компрессоров, обычно с возвратно-поступательным движением поршня, или винтовых воздуходувок, способных развивать высокие давления, требующиеся для транспортирования в плотной фазе. В следующих разделах показаны основные характеристики некоторых воздуходувных машин, используемых для пневмотранспортирования.
1. Вентиляторы обеспечивают высокий объемный расход при низком давлении и обычно используются при транспортировании продукта с так называемой низкой концентрацией. Вентиляторы, используемые при пневмотранспортировании, обычно радиальные, с плоскими лопатками. Хотя вентиляторы широко применяются в системах транспортирования с низкой концентрацией, где случаи завала материалопровода редки, они обладают тем недостатком, что расход воздуха сильно зависит от падения давления в линии. Вентиляторы можно использовать во всасывающих, нагнетающих или комбинированных всасывающе-нагнетающих системах. Легкие и рыхлые продукты иногда транспортируют через вентилятор. Но этого делать не рекомендуется, так как пыльные продукты способны накапливаться и прилипать к лопаткам ротора.
2. Воздуходувки ротационного типа имеют преимущество в компактности и небольшой массе. Простая и эффективная воздуходувка широко используется в пневмотранспортных системах, где эксплуатационное давление не превышает одного бара. Эта машина также может использоваться для всасывающих систем. Роторы, которые обычно имеют два выступа в форме восьмерок, установлены на параллельных валах внутри прочного корпуса из чугуна и вращаются в различных направлениях. Чугунные роторы работают с точно определенным зазором, который сохраняется постоянно между ними и наружным корпусом. Роторы установлены на валах, приводимых в движение с одной стороны с помощью зубчатого зацепления, помещенного в корпус из чугуна с масляной ванной. При вращении роторов в зазор между ними и корпусом всасывается воздух, который захватывается при прохождении вершины ротора через приемное отверстие, и выводится из корпуса при прохождении каждого ротора через выходное отверстие. Это процесс, который повторяется дважды за каждый оборот ротора, дает относительно бестолчковый поток воздуха, идеальный для пневматического транспортирования. Используя входную или выходную часть этой воздуходувной машины, можно приспособить ее к всасывающей или нагнетающей системе. Хотя воздуходувка ротационного типа Root является поршневой машиной, сжатия воздуха внутри самой машины не происходит. Так как пылевидные продукты имеют тенденцию накапливаться и прилипать к роторам, то важна система борьбы с пылью.
3. Компрессоры со скользящими лопатками наиболее приемлемы для систем среднего и высокого давления. Они обычно дают более равномерный поток воздуха при более высоком давлении, чем воздуходувка ротационного типа. Значительно более высокие эксплуатационные давления можно получить от двухступенчатых машин.
4. Винтовые компрессоры являются относительно новыми машинами и предназначены для работы при среднем и высоком давлении. Этот тип воздуходувной машины состоит в основном из двух взаимно зацепленных роторов, установленных на параллельных валах внутри корпуса. Входное и выходное отверстия расположены на противоположных концах. Воздух, входящий в одну из полостей первого ротора, проходит в выступ второго ротора, при повороте роторов сжимается и направляется к выходному отверстию.
Вариантом описанного винтового компрессора является «моновинт Циммермана».
Поршневые компрессоры — наиболее широко используемые машины для подачи воздуха в системы пневмотранспортирования среднего и высокого давления. Поршневые компрессоры поставляются как одноцилиндровые или многоцилиндровые машины, позволяющие получить одну или много ступеней сжатия. Нежелательная пульсация воздуха может быть устранена выбором многоступенчатого цилиндрического компрессора. Возможно получение свободного от масла воздуха без дополнительного оборудования для его очистки.
5. Новой тенденцией в пневматическом транспортировании гранулированных продуктов является использование регулируемых турбовоздуходувок, которые обладают рядом преимуществ, а именно:
очень высокая эффективность в широком регулируемом диапазоне, минимальное потребление электроэнергии, точно сбалансированная подача воздуха без примеси масла;
соразмерный расход воздуха и потребление энергии (путем изменения шага лопаток диффузора расход можно регулировать в пределах 45—100% расчетной величины) и низкие уровни шума и вибрации благодаря тщательной балансировке (статической и динамической) всех вращающихся частей (на стороне выхода воздуха не требуются глушители или звукопоглощающие материалы).
Отделители
Отделители (разгрузители) предназначены для отделения частиц материала от транспортирующего воздуха. Имеются следующие типы отделителей. Первичные отделители, или циклоны, представляют собой устройства, в которых продукт отделяется от транспортирующего воздуха с помощью центробежной силы. Хотя конструкция этого типа отделителя проста и он практически не требует ремонта, эффективность этого типа отделителя ограниченна.
Вторичные отделители, или матерчатые фильтры, используют для выделения оставшейся пыли и тонких частиц продукта из потока воздуха после его прохождения через циклон. Матерчатые фильтры обеспечивают высокую эффективность очистки.