барабанная сушилка 2000

го компонента газовой смеси. Так, например, 49,9·103 есть тепло­

вой эффект сгорания метана в кдж на кг СН4•

Если в справочных данных указана величина низшей теп-

лотворной способности отнесенная к 1 м3 газа, тогда перевод Q;

в Q; осуществляется по формуле (3.37.)

(3.37.),

а плотность газа при нормальных условиях определяется форму­

лой (3.38.)

L(S;)C ·М;	3	(3.38.)
Рн =	кг/н·м ,
22,4

где (S;)C - обобщенное обозначение содержания отдельных

компонентов газовой смеси в объемных долях.

Пример 3.24.

Рассчитать высшую теплотворную способность топлива,

массовый состав которого предстаВIlен следующим образом:

(СН4)Р =0,877; (~H~P =0,035; (СЭН8~Р =0,0206; (С4НЮ)Р =0,0102; (С5Н12)Р =0,042; (N~ =0,0426; (СО2) =0,0104.

Решение

Низшая теплотворная способность топлива будет равна:

Q; = 103 ·[49,9· 0,877 + 47,4 ·0,035 + 46,4·0,0206 +

+45,7·0,0102+ 45,3· 0,0042] = 47034--кДж~-

кгсух.1ТОПЛ

Высшая теплотворная способность топлива:

Q; =47034 + 2514·2,092 =52293 кДж/кг сух. ТОПЛ.

Пример 3.25.

Рассчитать низшую теплотворную способность топлива, со­

став которого представлен в примере 3.21., если низшая тепло­

творная способность газа по справочным данным составляет

36300 кДж/н,м3.

Решение

Плотность газовой смеси

29

www.mitht.ru/e-library

- 0,938 ·16 + 0,02·30 + 0,008·44 + 0,003·58 +

р-	224
	,

+ 0,001· 72 +0,026· 28 +0,004· 44 =0,764~

2~4

Н'М

Низшая теплотворная способность газа

Q~ = 36300 =47513	кдж
0,764	кгс.Г.

Пример 3.26.

В условиях примеров 3.21.+3.24. рассчитать энтальпию то­ почных газов на выходе из топочной камеры.

Решение

Рассчитаем прежде всего теплоемкость топлива по правилу

аддитивности. СТ = СА·а + Св·в + СС·С + ..., где СА, Св и т.д. - теп­

лоемкости компонентов смеси, а а,В,С и Т.д. - массовое содер­ жание их в смеси.

	По пособию Павлова К.Ф. [7] находим теплоемкости компо-
нентов		при	t = 20 ОС,		Р =0,1 МПа;		сси. =2,23 кДж/кг град.;
Се н	6	=1,73	кДж/кг град;		Се н	=1,87	кДж/кг град; Се и	=1,92
2					3	8	4	10
кДжfкг град;			Се н	= 1,72 кДжIкг град. Тогда теплоемкость газа на
			$	12

входе в топочную камеру будет равна

СТ = 2,23·0,877 + 1,73·0,035 + 1,87·0,0206 + 1,92·0,0102 +

+ 1,72·0,0042 = 2,08 кДж/кг град.

Полагая, что общий коэффициент полезного действия топ­ ки, учитывающий эффективность работы топки и потери тепла в

окружающую среду, равен 0,95; заимствуя значения Q: '/1, W' И

L	9n	(СтН	n	у из упомянутых выше примеров; и прини-
12т+n
мая tr =20 ОС, 10 =40 кДж/кг а.С.В., - получим по формуле (3.35.)
I т	- 2,08· 20 + 52293 . 0,95 + 19,96 . 40 -				2677
	-			-	кДжIкг С.т.Г.
		19,96 + 1- 0- 2,092

Пример 3.27.

В условиях примера 3.26. рассчитать влагосодержание то­ почных газов на выходе из топочной камеры и их энтальпию, если

30

www.mitht.ru/e-library

часть вторичного воздуха полается в камеру сгорания, а именно:

12'=20 кг a.c.B.lKr топл.

Решение

Определяем влагосодержание топочных газов на выходе из

топочной камеры по формуле (3.34.) с учетом условий примера.

1) 'Хо +1; 'Хо + L -~(СтНJР +W P
ХТ =	12т+n
1 +!' +1-W P- " ~-(C		н )Р
) 2	~ 12т+n \: т	n
=19,96·0,008 + 20·0,008 + О + 2,092 =О 06205			КГ ВЛ.
19,96+20+1-0-2,092		'	КГС.Т.Г.

Энтальпию топочных газов на выходе из камеры сгорания определяем по формуле (3.35.) с учетом условий примера.

1т =	СТ • tт + Q: .1'Jr +~) + z;}ro				=
	,	1- W	Р" 9n	1.	v'
	1)+Z2+		-~	-\СтНn)
			12m+n

=2,08· 20+52293· 0,95+(19,96+ 20).40 =1320	кдж
19,96+ 20 + 1-0- 2,092	КГС.Т.Г.

Температура топочных газов на выходе из топочной камеры

определяется по найденным значениям Хт И Ir с помощью диа­

граммы Рамзина.

Лрuмер 3.28.

Определить температуру топочных газов на выходе топоч­

ной камеры, если: хт =0,0621 кг вл.lкг С.Т.г.; Ir =1320 кДжIкг С.Т.г.

Решение

Точка пересечения линий хт =0,0621 и Ir =1320 в коорди­

натах I-X определяет температуру топочных газов на выходе из топочной камеры tr =955 ос.

Энтальпия смеси топочных газов со вторичным воздухом на

выходе из камеры смешения, при извеcrном значении темпера­

туры смеси, может быть определена с помощью диаграммы Рам­ зина путем поcrроения линии смешения (см. рис. 3.3.).

Удельный расход вторичного воздуха в камере смешения определяем по уравнению материального баланса камеры сме­ шения по влаге из расчета на 1 кг топлива (формула 3.28.). отку­

да

31

www.mitht.ru/e-library

1 =	(Хт	- Х1) кга.С.В.
2	gс.т.г. (Х1	-Хо) кг топлива'
где 90 т г определяется по формуле (3.39.).

g	с.т.г.	=1 +/: + 1- wP- ,,--'!!!----- (с		т	н )Р !_Г~_:TГ~		(3.39.)
		1 -	L...J 12т + n		n	КГ топл.

или по формуле (3.40.), если часть вторичного воздуха /2 подает­ ся в топочной камере.

g	=1 + l' +1- WР -	" _:!!,_-- (с	т	н	у КГС.т.Г. (3.40.)
с.т.г.	1 2	L...J 12т +n		n	КГ топл.

nример 3.29.

Определить энтальпию смеси топочных газов со вторичным воздухом камеры смешения, если Хт =0,0621 кг вл.lкг С.Т.г.;

IT = 1320 кДж/кг С.Т.г.; ха = 0,008; 10 = 40; t1 = 600 ос.

Решение

По диаграмме Рамзина определяем положения точек сме­ шивания потоков: т. Т И т. О. Соединяем эти точки прямой линией -линией смешения. Далее, проводим изотерму t1 =600 ос до

пересечения с линией смешения. Точку пересечения обозначим

символом «1». Энтальпия смеси будет равна 11 =779 кДж!кг С.Т.Г.

Пример 3.30.

Определить удельный расход вторичного воздуха в камере

смешения, если известно, что: Х1 =0,042 кг вл.lкг С.Т.г.; хт =0,0621

кг вл.lкг С.Т.г.; ха =0,008; WP =О;

L 9n (CmHJP = 2,092 кгвл./кгтопл.;

12т+n

/1 == 19,96; (2 = 20 кг а.С.вJкгтопл.

Решение

Удельный расход сухих топочных газов на выходе из то­

почной камеры
gc.Т.I". = 19,96 + 20 + 1 -		О -	2,092 = 38,87 кг C.T.rJKr топл.
Удельный расход вторичного воздуха в камере смешения
l? =	38,87· (0,0621- 0,042)
	(	)	= 22,98 кг а.С.В..Iкг топл.

-0,042 - 0,008

Вопросы построения реального процесса сушки в I-X коор­

динатах. определения действительных параметров топочных га­ зов на выходе из барабанной сушилки. определения потребного

32

www.mitht.ru/e-library

расхода сухих топочных газов в реальной сушилке. определение потребного расхода топлива в топочной камере. - решаются

таюке как и в случае сушки топочными газами, полученными в

результате сжигания твердого или жидкого топлива.

3.3. Расчет угла наклона барабана

Для продвижения материала в осевом направлении бара­

бан устанавливается под некоторым ~глом наклона к горизонту,

изменяющимся на практике от 10 до 4 [6]. Необходимый угол на­

клона барабана для данного числа оборотов может быть опреде­

лен из следующих соображений. Пренебрегая влиянием CKOPOCТ~ сушильного агента в барабане на поведение частиц высушивае­

мого материала, можно записать следующее выражение для ско­

рости перемещения материала в барабане.

n

WM =m·Dб ·tga·- (3.41.)

60

h

где т =-2... - коэффициент высоты подъема частиц материала,

Dб

зависящий от типа насадки (для периферийно-лопастой m =1,75; для распределительной m =0,333; для промежуточной

m =0,675); m· Dб • tga - дистанция, которую проходит каждая

частица материала за один оборот барабана. С другой стороны

скорость перемещения материала в барабане может быть найде­

на так:

~M = VM	(3.42.)
F·p

где VM - объемный расход материала, м3/с.; F - поперечное сече­ ние барабана, м2; р - доля сечения барабана, занятая материа­

лом. Приравнивая правые части уравнений (3.41.) и (3.42.) полу­

чимокончательно

	n	Vm
т· D ·tga· - = --
fi	60	F.p

лf)2

или С учетом того, что F ::: 6 имеем:

4

33

www.mitht.ru/e-library

76.4· VM

tga=---~~ (3.43.)

n· р·т·n;

Прuмер 3.31.

Сушильный барабан вращается со скоростью n = 4 об/мин.

Объемный расход материала равен 7,5 мЗ/час. Определить необ­

ходимый угол наклона барабана, если р= 0,15. а m =1,75.

Решение

Угол наклона барабана

tga= 76,4'VM =	764.:!~			=00187·а=107.
	'	3600
n·р·m·D3	4·015.133.223			'	,	,
б	,	,	,

3.4.Расчет МОЩНОСТИ, затрачиваемой на вращение барабана

Момент, необходимый для вращения барабана, установ­

ленного на роликах, складывается из четырех слагаемых: момен­

та трения качения бандажа по роликам; момент трения скольже­

ния на цапфах роликов в подшипниках; момент трения от сколь­ жения сыпучего материала по барабану при его вращении; мо­

мент, возникающий от действия силы тяжести материала вслед­

ствие непрерывного поднимания его на некоторую высоту. Про­

изведение суммы вышеназванных моментов на угловую скорость

вращения барабана и есть потребная мощность барабана. В уп­ рощенном виде такое произведение было представлено Л.Б. Ле­ винсоном [15] в виде формулы (3.44.)

		М·n	(3.44.)
		N =-- КГС м,
		716,2
где М:=	R.(G+25G)		соответственно, массе
	30	О кгс м, а G и Go
		.

барабана и материала в барабане.

Согласно последней формуле можно сделать вывод, что масса загруженного в барабан материала оказывает значительно большее влияние на мощность, чем масса самого барабана.

Практика расчетов показывает, что формула Левинсона да­ ет завышенные значения мощности по сравнению с действитель­ ной (каталожной), и кроме того эта формула не учитывает влия-

34

www.mitht.ru/e-library

нения барабана равен 0,15.

ние внутреннего устройства барабана на потребляемую мощ­ ность. Формула, приведенная ниже, лишена указанных недостат­ ков и позволяет произвести расчет потребной мощности на вра­

щение барабана с точностью достаточной для технических рас­

четов

N=О,184·Dб ·Go·K·n кВт,

(3.45.)

где Go- масса загруженного материала в кг ; Dб - диаметр бара­ бана в м.; n - число оборотов барабана, об/мин.; К - поправочный

коэффициент, учитывающий внутреннее устройство барабана:
для гладкого барабана К =1;
для барабана с распределительными насадками к =1,5 -
1,6;
для барабана с перевалочными насадками К =0,3 - 0,4.
Мощность электродвигателя назначают с учетом к.п.д. при-
вода
Nэ = 1,1+ 1,3N.	(3.46.)

Пример 3.32.

В сушильном барабане диаметром Dб = 2,2 м и длиной

/6 = 12 м высушивается материал, средняя плотность (по длине

барабана) которого составляет 1500 кг/мЗ• Коэффициент запол­

Барабан снабжен лопастными насад­

ками. Число оборотов вращения барабана равно n =4,32 об/мин. Определить мощность, необходимую для вращения бара­

бана и мощность электродвигателя, если порозность высушивае­

мого материала может быть принята равной 0,46 а коэффициент полезного действия привода 0,85.

Решение

Определяем массу материала в барабане

G =лD;./			.р.р .(1-"" )=0785.222.12.015.1500.06=
о	4	б	Т	"0	,	,	,	,

=6155 кг

Потребная мощность барабана

N =О,184·Dб ·Go·K·n = 0,184·2,2·6,155·1,6·4,32 =

=17,22 кВт

Мощность электродвигателя

N = - N = 20,27 кВт.
э	0,85
	35

www.mitht.ru/e-library

Мощность двигателя по каталогу составляет 26 кВт [6].

Nэ "':::: NKam.

3.5. Бандажи и опорные ролики

Бандажи служат для передачи давления от веса всех вра­ щающихся частей аппарата на опорные ролики. Бандажи пред­ ставляют собой кольца прямоугольного, квадратного или КОРОб­ чатого сечения [15]. Иногда бандажи небольших, легких аппара­ тов выгибаются из рельса.

Бандажи изготавливаются из качественных углеродистых

сталей для того, чтобы обеспечить долговечность, т.К. смена

бандажей тяжелых барабанов чрезвычайно трудна.

Существуют различные способы крепления бандажей к ба­

рабану. Здесь мы остановим свое внимание на одном из них,

практикуемым на заводе «Прогресс» (г. Бердичев), а именно: на свободном креплении бандажей. В этом случае бандаж надева­ ется на 12+24 чугунных башмака, повернутых головками в разные стороны для предупреждения аксиального смещения бандажа. Под башмаки подкладываются усиливающая и две - три регули­ рующие подкладки. Подбором толщины регулирующих подкладок достигается совмещение центров барабана и бандажа.

Свободная посадка бандажей на барабаны предусматрива­

ет температурные зазоры для предупреждения возникновения

краевых напряжений, особенно опасных во время разогрева ап­ парата. Благодаря тому, что внутренний диаметр бандажа боль­

ше внешнего диаметра барабана (с учетом башмаков), последний во время работы катится по бандажам. В результате бандажи

раскатываются, их внутренний диаметр и зазор между барабаном

(башмаками) и бандажем все время увеличиваются, что является существенным недостатком такого способа крепления бандажей.

Ролики опорных станций принимают на себя нагрузку от всех вращающихся частей барабана. Изготавливаются они из материала менее прочного, чем бандаж, Т.К. смена изношенных

роликов более проста, да и сами ролики дешевле бандажей.

3.5.1. Проверочный расчет бандажей

Зная диаметр барабана и нагрузку, можно выбрать конст­

рукцию и размеры бандажа (например, по заводским нормалям

завода «Прогресс»). Выбранный бандаж следует проверить на

контактную прочность и изгиб.

36

www.mitht.ru/e-library

Для двух цилиндров с параллельно расположенными ося­ ми, изготовленными из одних материалов (стальной бандаж стальной ролик), максимальное напряжение может быть рассчи­

тано по формуле (3.47.).
(Ушах =О, 418~Р. E(R + r) , Н/см,	(3.47.)

R·r

где Р обозначает нагрузку, приходящуюся на единицу длины кон­ такта, Н/СМ, R и г - наружные радиусы соответственно бандажа и

опорного ролика, см.

Величина нагрузки Р может быть рассчитана по формуле

(3.48.)

р =	G·g ,Н/см	(3.48.)
	2·b·costp
где G - масса снаряженного и нагруженного барабана,		кг, Ь -
ширина бандажа, см.,	<р - половина центрального угла	между
опорными роликами, 9	=9,81 м/с2, 2 - число бандажей.

Известно [18], что расчетное напряжение в опасной точке,

которая лежит на некоторой глубине контактирующих тел, по энергетической теории прочности составляет примерно 60~ от максимального напряжения, Т.е. а' ~ 0,6С1тах. На поверхности со­ прикосновения расчетное напряжение по той же теории прочно­ сти равно 40~ от того же максимального напряжения, Т.е.

C1..~O,4crmax·

Найденные таким образом расчетные напряжения следует сравнить с пределом текучести материала бандажа, чтобы судить

о возможности (невозможности) остаточных деформации банда­

жа.

Пример 3.33.

Произвести поверочный расчет на контактную прочность бандажа сушильного барабана, если известно, что: масса снаря­

женного барабана с высушиваемым материалом равна G =39385

кг; число бандажей - 2; ширина бандажа Ь =180 мм; радиус бан­

дажа R =1370 мм; радиус опорного ролика r =400 мм; централь­

ный угол между опорными роликами 2<р =600; модуль упругости

материала бандажа и ролика одинаков и равен Е =2·105МПа;

предел текучести материала бандажа С1О.2 = 3ЗОМПа.

37

www.mitht.ru/e-library

Решение

Нагрузка, приходящаяся на единицу длины контакта «бан­

даж - ролик»

р =~.~_. = 39385·9.81 =12393 Н/СМ. 2·b,cosqJ 2·18·cos30

Максимальное контактное напряжение
(j	=0418!P.E.(R+r) =0418 ir-12-З-9З-.--2-.1-07-'-17-7 =
IШ"	, V	Я·Г	''J	137 ·40
=З7400НJсм =374 МIIa.
Расчетное		напряжение	в	опасной	точке

0"' ::::: 0,00111&. =0,6·374 =224,4 МПа

Расчетное напряжение на поверхности соприкосновения бандажа и ролика 0''':::::О,40"тах = 0,4·374=149,6 МПа.

Сопоставление расчетных напряжений С пределом текуче­

сти материала бандажа: 0" < 0-0,2; 0-"< 0-0,2.

Вывод: остаточные деформации отсутствуют.

После проверки бандажа на контактное напряжение, следу­

ет его проверка на изгиб. Максимальный изrибающий момент

возникает в бандаже в сечениях, находящихся против опор. Ве­ личина изгибающего момента зависит от действующих сил, вида насадки, радиуса бандажа и угла между роликами 2q>. Если угол между роликами равен 60, то можно принять, что:

Мrшx =A·Q·R	(3.49.)
iде Q - нагрузка, действующая на бандаж, в Н; R -	внутренний

радиус бандажа в мм.; А - коэффициент, зависящий от характера

нагрузки и вида соединения бандажа с барабаном: а). Для жест­ кого соединения бандажа с барабаном А = 0,07; б). Для бандажа

свободно опирающегося на башмаки А =0,08; с). Для бандажа,

закрепленного на барабане в конечном числе точек А =0,09. Далее находят максимальное изгибающее напряжение по

формуле (3.50).

		Мrrш;.	(3.50.)
(j	шах	=---
		~V'

где и: - момент сопротивления, равный для прямоугольного се­

Bh 2

чения --о

6

38

www.mitht.ru/e-library