Analiza procesu rozdrabniania i transportu kory i odpadów drzewnych w wirniku wentylatora-rębaka

z e s z y t y n a u k o w i: p o l i t e c h n i k i ś l ą s k i e j S eria; E N E R G E T Y K A z. 88

1984 7."r"kofSgr

Kazimierz P I E Ń K O W S K I , W i esław Z A Ł U S K A Z akład Ciepłownictwa, Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechnika Białostocka

A N A L I Ż A P R O C E S U R O Z D R A B N I A N I A I T R A N S P O R T U K O R Y I O D P A D Ó W D R Z E W N Y C H W W I R N I K U W E N T Y L A T O R A - R Ę B A K A

Streszczenie; W opracowaniu przedstawiono modele procy wenty lato ra- -rqbaka oraz d o k o n a n o wizualizacji procesów rozdrabniania i transportu od­

p a d ó w przez wirnik. N a tej podstawie przyjęto koncepcję projektową urzą­

dzenia.

1. W s t ę p

W przemyśle d r z e w n y m i celulozowo-papierniczym powstaje* d u ż e ilości kory I o d p a d ó w drzewnych, utylizacja których jest p o w a ż n y m problemem organizacyjnym i technicznym. Tylko nieznaczna część tych o d padów jest w y k o r z y s t y w a n a na c e ­ le energetyczne lub kompostowanie [l]. Związane to jest z d u ż ą uciążliwością pro­

c e s u transportu, załadunku i wyładunku o d p a d ó w d r z e w n y c h i kory f wynikającą z ich niejednorodnej struktury, wielkości, kształtu i ciężaru.

Transport p n eumatyczny o d p a d ó w d r z e w n y c h i kory wykaz u j e wiele niewątpliwych zalet w porównaniu z transportem m e c h a n i c z n y m lub s a m o c h o d o w y m [2] , jednak w y m a g a odpowiednich urządzeń rozdrabniających oraz sieci transportu pneumatycz­

nego. W celu podniesienia sprawności energetycznej transportu pneumatycznego,od­

p a d y te s ą rozdrabniane^ c o jest jednocześnie korzystne w procesach ich utylizacji.

Analizując pracę układu transportu pneumatycznego ustalono możliwość jego m o d e r ­ nizacji, proponując urządzenie jednocześnie rozdrabniające i transportujące o d p a d y w miejsce dotychczas stosow a n y c h d w ó c h urządzeń; rębaka i wentylatora transpor­

towego. W p r o p o n o w a n y m rozwiązaniu obracający się wirnik wentylatora transporto­

w e g o przejmuje rolę elementów rozdrabniających rębaka. Dotychczas p r o d u k o w a n e wentylatory transportowe nie m o g ą być stosowane w m o d e r n i z o w a n y c h instalacjach transportu pneuma t y c z n e g o o d p a d ó w drzewnych. Związane jest to z niedostateczną wytrzymałością ich konstrukcji oraz nieprzystosowaniem do intensywnego procesu rozdrabniania. Nie p r o w a d z o n o b a d a ń obejmujących problemy rozdrabniania i tmrs*

portu przez wentylatory transportowe tak dużych i niejednorodnych ciałt jakimi są te odpady.

W niniejszej pracy r o z w a ż o n o możliwość b u d o w y urządzenia n a z w a n e g o wenty­

latorem-rę bakiem, łączącego c e c h y rębaka i wentylatora transportowego^ a przezna­

c z o n e g o do rozdrabniania i transportu pneumatycznego kory i o d p a d ó w drzewnych.*

48 K. Pieńkowski, W. Załuska

Z b u d o w a n o modele rozdrabniania i transportu kory i o d p a d ó w d r z e w n y c h przez wentylator-rębak oraz p r z e prowadzono wizualizację tych procesów. P o w y ż s z e bada­

nia umożliwiły przyjęcie koncepcji projektowej. Ponadto określono wielkości wyjś­

ciowe niezbędne w dalszym etapie prac zmierzającym do opracowania oryginalnej konstrukcji wentylatora-rębaka.

2. P r oces rozdrabniania i transportu o d p a d ó w przez wirnik wentylatora-rębaka

Powiązanie p r o c e s ó w rozdrabniania i transportu kory i o d p a d ó w d r z e w n y c h w jednym urządzeniu w y m a g a rozwiązania wielu problemów, takich jak:

- Opracowanie konstrukcji wiążącej zadanie kruszenia i przemieszczania odpadów.

- Uzyskanie w y m a g a n y c h parametrów pracy wentylatora przy maksymalnie wysokiej sprawności przepływowej czynnika d w u f a z o w e g o i jednocześnie wysokiej s p r a w ­ ności rozdrabniania odpadów.

- Rozdrabnianie d u ż y c h i niejednorodnych k a w a ł k ó w na mniejsze i bardziej jedno­

rodne cząstki optymalne dla transportu pneumatycznego.

- Powiązanie wydajności kruszenia ze sprawnością p r z e p ł y w o w ą wentylatora.

- Zapewnienie odpowiedniej wytrzymałości konstrukcji wentylatora-rębaka w czasie d y namicznego procesu rozdrabniania odpadów.

- Zabezpieczenie konstrukcji przed intensywnym p r o c e s e m erozji występującym na powierzchniach roboczych wentylatora.

- Zabezpieczenie przed osiadaniem pyłów na wirniku wentylatora-rębaka.

2.1. K o n c e p c i e konstrukcyjne wentylatora-rębaka

Nietypowe zastosowanie wentylatora do rozdrabniania kory i o d p a d ó w d r z e w n y h oraz transportowania ich w strumieniu przetłaczanego powietrza z m u s z a do wnikli­

wej analizy z a c h o d z ą c y c h zjawisk. M o ż n a dość dokładnie określić parametry prze­

p ł y w o w e wentylatora przetłaczającego czysty gaz [3]. Nie p r o w a d z o n o jednak b a d a ń dotyczących w p ł y w u d u ż y c h i niejednorodnych ciał, jakimi s ą o d p a d y drzewne, na charakterystyki p r zepływowe wentylatorów transportowych. P roces rozdrabniania i transportu, tak d u ż y c h ciał, przez wentylator jest zjawiskiem bardzo złożonym i mało rozpoznanym. W związku z tym do przyjęcia optymalnego rozwiązania urzą­

dzenia, niezbędne jest opracowanie modeli łamania kory i o d p a d ó w d r z e w n y c h oraz ustalenie zależności w i ą ż ących ruch tych ciał w wentylatorze z jego parametrami funkcjonalnymi. Konstrukcja wentylatora-rębaka winna zapewnić przyjęte parametry przepływowe i jednocześnie rozdrabniać określoną ilość o d p a d ó w na odpowiednią frakcję, zapewniając e konomiczną pracę układu transportu pneumatycznego.

Z e względu na konieczność powiązania procesu rozdrabniania o d p a d ó w z transpor­

tem p n e u m a t y c z n y m rozpatrzono następujące koncepcje konstrukcyjne urządzenia.

Poszczególne koncepcje konstrukcyjne wentylatora-rębaka przedstawia rysunek 1.

Analiza procesu rozdrabniania™ 49

R ys. 1. K oncepcje konstrukcyjne wentylatora-roba­

ka: 1- kolektor zbiorczy, 2- wirnik, 3- elementy ła­

miące w stępne, 4- elementy łamiące wyjściowe, 5- noże tnące, 6- lej zasypowy

2,2. Wizualizacja rozdrabniania i transportu pneumatycznego o d padów

W celu ustalenia najlepszej wersji konstrukcyjnej n o w e g o urządzenia przepro­

w a d z o n o badania wizualizacyjne procesu rozdrabniania oraz transportu kory i od­

p a d ó w d r z e w n y c h na m o d e l o w y m wentylatorze-rębaku uzysk a n y m w wyniku adapta­

cji wentylatora W T - 2 5 .

P r o c e s y z a c h o d z ą c e w wirniku wentylatora oraz kanale zbiorczym rejestrowano k amerą typu P E N T A Z E T 1 26 wykonując 5000 zdjęć na sekundę. Zarejestrowany pro­

ces rozdrabniania kory i o d p a d ó w d r z e w n y c h ukazuje film wyświetlany w tempie zwolnionym 208 razy. Pilm ten zostanie przedstawiony na konierencji w czasie pre­

zentowania niniejszej pracy. Poszczególne fazy ruchu i rozdrabniania jednego ka­

wałka kory przedstawia rysunek 2.

50 |K. Pieńkowski, W. Załuska

j* 0.0063 ¿¿ 2.552 ł; 0,004/ cLs U23 £**j]

it-OOOSSS <,--1.736 i f 0.0104 *f-- 3208

'dOiiS *Tt

3.450

¿s'Ą04Si <886

Rys. 2. F a z y ruchu kory przez wirnik wentylatora n « 2930 [obr/min]

i » 5000 zdjąć na s e k u n d ą

3. Wyniki i wnioski

P o d c z a s b a d a ń m o d e l o w y c h i wizualizacyjnych ustalono, iż:

- Istnieje możliwość rozdrabniania i transportu d u ż y c h k a w a ł k ó w kory i drobnych o d p a d ó w drzewnych.

- Największa intensywność rozdrabniania występuje na krawędzi natarcia łopat.

- N a ściankach kolektora występuje niska intensywność kruszenia.

- Intensywność rozdrabniania rośnie w r a z ze w z r ostem średnicy zderzenia.

- Rozdrobnione kawałki charakteryzują się d u ż ą niejednorodnością.

- W kanale w l o towym występuje brodzenie i wirowanie k a w a ł k ó w kory.

Ponadto określono prędkość i tory przemieszczania się k a w a ł k ó w kory w kanale kolektora. Przemieszczanie się cząstek kory w przestrzeni kolektora przedstawia rysunek 3. Ustalone wartości prędkości i kąty spływu cząstek z łopatki wirnika za­

mieszczono w tabeli I.

Wizualizacja i badania m o d e l o w e przepływu o d p a d ó w umożliwiły o c e n ę przyję­

tych koncepcji konstrukcyjnych wentylatora-rębaka.

Analiza, procesu rozdrabniania...

A

T a b e l a I

N u m e r cząstki F a z a v i [m/s]

or [°]

W y m i a r y cząstki [mm]

a x b x c

1-2 29,56 35,5 x 10 x 25

2-3 82,13

3-4 33,42 u °

4-5 33,42

5-6 30,85

6-7 30,33

7-8 30,17

1-2 51,4

2-3 46,3

n 3-4 43,7 43 18 x 9 x L1.5

4-5 33,4

1-2 35,99

in ^2-3 41,14 53° 33.4 x 15,4 x 25

3-4 43,70

4-5 47,56

Ustalono co następuje;

1. Z r e z y g n o w a n o z najprostszej koncepcji kruszenia s a m y m i łopatami w .r. ,.v.i (schemat I, rys. 1.) ze względu na niską intensywność rozdrabniania, niejedno»- d- n ą frakcję rozdrobnionych cząstek oraz brodzenie i wirowanie ich w kanale wloto­

w y m .

2. Przyjęto do realizacji wersję rozdrabniania o d p a d o w między ło^tami i kie­

rownicami wlotowymi wentylatora (schemat II, rys. 1.). Przyjęte rozwiązanie z a p e w ­ nia d u ż ą intensywność kruszenia, nie występuje brodzenie o d p a d ó w o m z uzyskuje się bardziej jednorodne w y m i a r o w o rozdrobnione kawałki«

52 ¡K. Pieńkowski, W. Załuska

3. K o n c e p c j e przewidujące zastosowanie elementów łamiących wylotowych (schemat DI, IV, rys. 1) s ą możliwe do zastosowania przy dużej Uości gęsto roz­

mieszczonych tych elementów. J ednak istnieje w ó w c z a s realne niebezpieczeństwo zatykania kanałów przelotowych,co p o w o d o w a ć m o ż e d u ż e straty oraz dławienie przepływu.

4. K o n c e p c j a (schemat V, rys. l) jest zbliżona do typow y c h r ę b a k ó w i ze względu na złożoną konstrukcję z r e z y g n o w a n o z jej realizacji [4}.

W wyniku o c e n y pracy oraz obserwacji wizualnej z a c h o d z ą c y c h p r o c e s ó w w y ­ daje się, iż przyjęta koncepcja rozwojowa winna spełniać postawione zadanie.Przy- jęte rozwiązanie konstrukcyjne znacznie odbiega o d t y p owych wentylatorów trans­

portowych.

W nowej konstrukcji przyjęto:

- kierownice wlotowe o kształcie zabezpieczającym przed osiadaniem na nich c z ą ­ stek włóknistych,

- n o ż e kruszące,

- zmienioną konstrukcję wirnika d o s t o s o w a n ą d o intensywnego procesu rozdrabnia­

nia n a krawędzi natarcia oraz między nią a kierownicami wlotowymi, - w z m o c n i o n ą konstrukcję wentylatora,

- zwięks z o n y przekrój kanału wlotowego.

Przedstawione badania zostaną przyjęte d o opracowania konstrukcji wentylatora- -rębaka. W w yniku tych b a d a ń oraz prac projektowych, w 1984 roku planowane jest wykonanie projektu oraz prototypu wentylatora-rębaka.

Praca została w y k o n a n a w r a m a c h problemu w ę z ł o w e g o 10.1. pU*iZ walc zanie zagrożeń z a w o d o w y c h i ochrona człowieka w procesie pracy4’ k o o r d y n o w a n e g o przez O ś r o d e k B a d a w c z o - R o z w o j o w y Przemysłu U r z ą d z e ń Klima ty zacyjno-Wentyla- cyjnych i Odpylających "Barowent" w Katowicach [5].

L i t e r a t u r a

Jl] Praca zbiorowa: G o s p o d a r k a energetyczna w przemyśle celulozowo-papierni­

czym, W N T , W a r s z a w a 1974 r.

[2] K a w k a W.; P o d s t a w y konstrukcji m a s z y n i urządzeń do produkcji m a s włókni­

stych. Politechnika Ł ó d z k a 1977 r.

[3j Tuliszka E.: Sprężarki, d m u c h a w y i wientylatory. W N T , W a r s z a w a 1969 r.

[4] W a l s z c z i k o v N.M.: Rubitielnyje masziny. Izdatielstwo, Leśna ja promyszlennost, M o s k w a 1980 r.

[5] P r a c a zbiorowa: Wentylator-rębak do kruszenia i transportu kory oraz odpa­

d ó w drzewnych, etapy I-m, 1981-1983 r, opracowanie znajduje się w "Baro- we n c i e ” oraz w Bibliotece Politechniki Białostockiej.

Analiza procesu rozdrabniania.»

AHAJK3 IIPOIIECCA PA3,HP0EJEíEifl H TPAHCHOPTA KDRi A £EPKESKHKX CTEPCCCB B JIOIIACTHOM KOJISCy BEHTKMTOPA-PTHíEbHOrO CTAHKA

P e 3

B pa3paóoTKe npescTaMeHo Moaejia paćora ycTpoiicraa

Casiano

Ha 3

ocHosaHKH npaHHTO npoeKT KoaneimaH Ben

:

~

o ca - ry 5 :

”c r c

A N A N A L Y S I S O F T H E C O M M I N U T I O N A N D T R A N S P O R T P R O C E S S O P B A R K A N D W O O D W A S T E IN T H E R O T O R O P T H E S H O C K - I M P E L L E R P A N

S u m m a r y

In the paper the models of shock-impeller fans w e r e presented a n d transport a n d comminution process w e r e visualized. O n that b a s e the project conception of shock-impeller fan w a s assumed.