Определение основных параметров пропарочной камеры.

При конструктивном расчете пропарочной камеры основное внимание следует уделить определению параметров, обеспечивающих продолжительность пребывания щепы одного потока установки в пределах 3-5 мин.

Приняв продолжительность пребывания щепы в камере τ, можем написать соотношение

= 0,785( - ) l , (1.1)

= , (1.2)

где - производительность одного потока тракта подачи щепы; ; τ – продолжительность пребывания щепы в камере, мин; - внутренний диаметр корпуса камеры, м; d – наружный диаметр вала; d = 426 мм; для изготовления применяют трубы стальные бесшовные горячекатаные длиной 12,5 м; - полезная длина винта, равная расстоянию между осевыми линиями подводящего и отводящего щепу патрубков корпуса, = 5,5 ÷ 10,5 м; - коэффициент заполнения поперечного сечения камеры при оптимальной производительности тракта подачи щепы и частоте вращения винта; предварительно следует принимать = 0,60 с последующим уточнением.

Винт располагают в корпусе как центрично, так и эксцентрично. Центричное расположение более целесообразно, так как с повышением коэффициента заполнения камеры обратный пересып щепы через витки винта незначителен и не меняется, а при эксцентричном расположении он значительно увеличивается. При центричном расположении винта диаметр его составит

мм, (1.3)

а при эксцентричном расположении, на основании анализа существующих конструкций пропарочных камер

= 0,78 . (1.4)

Шаг винта можно определить из выражения

s = 0,435 . (1.5)

Полезное поперечное сечение соответственно камеры и витков можно определить (рис.)

= 𝜋( - ); (1.6)

= 𝜋( - ). (1.7)

Площадь сегмента, хорда которого проходит касательно к окружности вала винта, находим по формуле

– sin ); (1.8)

– sin ), (1.9)

где , - соответственно площадь сегмента корпуса и витков винта.

При заполнении камеры щепой до соприкосновения с валом углы заполнения камеры и витков определяются:

(1.10); . (1.11)

Полезную площадь камеры и витков, находящуюся между верхней и нижней хордами на расстоянии 2 r, находим:

(1.12); . (1.13)

При оптимальной производительности пропарочной камеры с целью предотвращения забивания ее щепой необходимо уровень щепы в камере держать на уровне верхней хорды, проходящей касательно к валу. В этих условиях оптимальный коэффициент заполнения камеры и винта щепой соответственно составит:

(1.14); . (1.15).

Оптимальным заполнениям , соответствуют углы заполнения щепой камеры и витков:

(1.16);

где - эксцентриситет – это смещение осей камеры и винта; - расстояние от уровня щепы A – A до оси камеры; - расстояние от уровня щепы до оси винта; «- » - показывает, что уровень щепы ниже соответствующей оси. Оптимальную частоту вращения винта можно определить, исходя из производительности

V = 47( - ) s·n· . (1.18)

Подставив значение s из формулы () в формулу (), находим

n = 4,98 · . (1.19)

При проверочных расчетах пропарочной камеры, если известны l, n, s, и оптимальная производительность пребывания щепы в камере τ:

τ = l /(ns). (1.20)

Объем щепы, находящейся в камере за время τ,

τ, (1.21)

поперечное сечение потока щепы, перемещаемой винтом вдоль камеры,

, (1.22)

коэффициент заполнения камеры и витков щепой

/(0,785 ) (10.23); /(0,785 ) (1.24)

Если и , то их значения определяются по формулам (1.8) и (1.9), а если и , то значения , , , и др. следует определять графоаналитическим способом.

Размеры подводящего и отводящего патрубков пропарочной камеры примерно одинаковы и равны размерам отводящего патрубка корпуса питателя низкого давления.

После определения основных параметров пропарочной камеры следует проверить коэффициент заполнения камеры и витков при оптимальной частоте вращения, которая обеспечивает продолжительность пребывания щепы в камере в пределах 3 – 5 мин и расход свежего пара на пропарку.

Пример 1. Определить основные параметры пропарочной камеры для установки, при продолжительности пропарки щепы 5 и 3 мин.

Дано: , принимаем центричное положение винта по отношению корпуса l = 10500 мм, d = 426 мм, = 0,60. При продолжительности пропарки τ = 5 мин по формуле (1.2) находим

= = 1,66 м,

по формулам (1.3) - (1.5) = 1,66 – 0,070 = 1,59 м; s = 0,7 м. Размеры подводящего и отводящего патрубков камеры соответствуют размерам отводящего патрубка щепы питателя низкого давления.

По формулам (1.6) – (1.15)

= 3,14 · (;

= 3,14 · ( 1,85 ;

= 2 arccos 0,213 /0,83= 150.2°;

= 2 arccos 0,213 /0,795 =148,9°;

= · ( - sin 145,1°) = 0,71 ;

= · ( - sin 143,9°) = 0,64 ;

= 2 – 2 · 0,71– 0,1431 = 0,4 ;

= 1,85 – 2 · 0,64 – 0,1431 = 0,4 ;

= = 0,37;

= = 0,37;

По формуле (1.19), n = 4,89 · · = 5,7 . Аналогично при τ = 3 мин.

Пример 2. Произвести проверочный расчет пропарочной камеры по эффективному ее использованию. Данные расчета: производительность установки 300 т.в.с. целлюлозы в сутки, тракт подачи щепы двухпоточный

z = 2; = 1800 мм; l = 7500 мм, d = 426 мм, n = 9 .

V = = = 75 /ч, а по формулам (1.4) и (1.5), = 0,78 · 1,800 = 1,405 м; s = 0,61 м. По формуле (1.20), τ =7,50/(9 · 0,61)= =1,37 мин, а по формуле (1.21), V = (75/60) · 1,37 = 1,7 ,согласно формуле (1.22) = 2,57/7,5 = 0,226 .На основании формул (1.23) и (1.24) имеем =0,226 /(0,785 · ) = 0,45; = 0,226/(0,785 · ) = 0,15.

Данный проверочный расчет показывает, что пропарочная камера используется неэффективно, так как (получается) высокая частота вращения винта и низкий коэффициент заполнения камеры щепой. В этих условиях глубокой пропарки щепы не происходит, так как продолжительность процесса пропарки щепы в 3,6 – 2,2 раза меньше оптимального (5-3 мин). Для обеспечения продолжительности пребывания щепы в камере не меньше 3 мин требуется установить расчетную частоту вращения винта.

Согласно формуле (1.20) τ = 7,5/(3· 0,61) = 4,1 мин. В результате снижения частоты вращения объем щепы, находящейся в камере в течение 3 мин, составит = (75/60) · 3 = 3,75 , а поперечное сечение потока щепы, перемещаемого винтом вдоль камеры, будет = 3,75/7,5 = 0,5 ; = 0,5 < = 0,891 , коэффициент заполнения камеры составит = 0,5/(0,785 · ) = 0,2, а коэффициент заполнения витков достигает = 0,5/(0,785 · ) = 0,3.

Чтобы определить уровень щепы по отношению к оси вала, найдем по формуле (1.7) = 3,14 · = 1,547 , а по формулам (1.11) и (1.9) получим = 2 arccos 0,213/0,702 = 144,59°.

– sin 144,59°) = 0,478 .

По формуле (1.13) определим = 1,547 – 2 · 0,478 – 0,1431 = 0,445 . + = 0,923 > = 0,753 , следовательно, уровень щепы ниже верхней хорды, касательной к валу. + /2 = 0,701 < = 0,753 . Это показывает, что уровень щепы выше оси вала на высоту h, h ≈ (0,753 – 0,701)/(1,405 – 0,426) = 0,055 или на 55 мм.

Определим углы заполнения щепой витков и камеры при эксцентриситете между осями камеры и вала = - = 0,198 м. Уровень щепы в витках достигает = + h = 0,757 м, а в камере = - ( – h) = 0,757; = 161,72°. Для витков, согласно формуле (1.17), = 189°. Полученные результаты расчета показывают, что для данной оптимальной производительности установки значения отдельных параметров должны строго учитываться и поддерживаться в определенных значениях.

При конструктивном расчете пропарочной камеры после определения основных параметров корпуса и винта можно предварительно принять диаметр цапфы в местах сальникового уплотнения с последующим уточнением: = 150 ÷ 200 мм, длина сальникового уплотнения (набивки) = 160 ÷ 180 мм. Расчет фланцевого соединения можно производить по известным методам с учетом изгибающего момента, возникающего от кронштейна крышки. Кроме того, при расчете крышки и ее фланцевого соединения на прочность следует учитывать осевое усилие, возникающее при работе винта.