Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta
Ústav lesnické a dřevařské techniky
Kontrolní výpočet odsávání na pile Javořice Bakalářská práce
Brno 2008
Martin Papoušek
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Kontrolní výpočet odsávání na pile Javořice zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.
V Brně, dne 25. dubna 2008
Poděkování Zde bych rád poděkoval především vedoucímu své bakalářské práce panu profesoru Miroslavu Rouskovi za cenné konzultační hodiny a za pomoc při získávání podkladů a potřebné literatury, které vedly k vzniku této práce. Poděkování patří i všem ostatním, kteří mě při tvorbě podporovali.
Abstrakt
Martin Papoušek: Kontrolní výpočet odsávání na pile Javořice
Předmětem této práce je kontrolní výpočet správného nadimenzování nové odsávací větve na pile Javořice a.s. Ptení a rozbor řešení problémů, týkajících se zanášení a následného zablokování potrubí odsávání na této pile. Výsledkem jsou pak kontrolní výpočty, jeden řešen pomocí metody tlakových ztrát a druhý počítán pomocí klasické pneumatické dopravy.Oba výpočty jsou poté doplněny o výpočet výkonu ventilátorů. V závěru je vypočteno maximální množství odpadu, který je schopno odsávání při současném nadimenzování odsát, aniž by došlo k jeho zablokování a následným problémům při čištění..
Klíčová slova: odsávání, potrubí, kontrolní výpočet
Martin Papoušek: Cross check calculation of suction on Javořice sawmill
This thesis focus on the checkout calculation of the correct dimensioning of the new branch of Javořice Inc. Ptení sawmill and analysis of problems concerning silting and consequent tamping of the suction on the mentioned sawmill. Theis outcomes in calculations, one made through pressure lost method and the other one solved through classic pneumatic transport. Both calculation are followed with fan performance calculation. Finally maximal amount of waste, which can be transported by suction while current dimensioning avoiding the tamping and consequent problematic celaning, is calculated.
Key words: suction, pipework, checkout calculation
Obsah 1. ÚVOD ………………………………………………….....................1 2. CÍL PRÁCE ………………………………………………...............2 3. LITERÁRNÍ ČÁST ………………………………………...............3 3.1 Základní pojmy ……………………………………………..3 3.2 Druhy proudění tekutin ……………………………………8 3.3 Odpory proti proudění a tlakové ztráty ………………....10 3.3.1 Délkové odpory ………………………………………11 3.3.2 Místní odpory ………………………………………..13 3.4 Pneumatická doprava …………………………………….16 3.5 Zásady výpočtu odsávání …………………………………20 3.6 Výpočet odsávacích systému ……………………………...23 4. MATERIÁL A NORMY ………………………………………….25 4.1 Dokumentace a výpočet na pile Javořice a.s. Ptení ..........25 5.VÝSLEDKY PRÁCE ……………………………………………...28 5.1 Výpočtové tabulky a použité vzorce ………………..........28 5.2 Výpočtová metoda dle tlakových ztrát ……………..........31 5.3 Výpočtová metoda dle pneumatické dopravy …………...32 6. DISKUSE ……………………………………………………..........34 7. ZÁVĚR ……………………………………………………….........37 8. SUMMARY …………………………………………………..........39 9. POUŽITÁ LITERATURA ………………………………….........40
1.Úvod: Největším problémem při opracování dřeva řeznými nástroji v dřevozpracujícím průmyslu je tuhý odpad (piliny,prach,třísky), který je potřeba od strojů odvádět a poté ho buď dále využívat, nebo likvidovat. Tento problém je v dnešní době řešen pomocí odsávacích zařízení. Princip těchto zařízení spočívá v tom, že odpad je unášen proudem vzduchu od stroje, poté jde do odlučovacího zařízení, kde se oddělí vzduch od odpadu. Ovšem i u odsávacího zařízení jsou potřeba brát na zřetel některé podmínky, které by mohli ovlivnit správný chod a to např. druh materiálu, teplota okolního vzduchu, vlhkost vzduchu, odpory jednotlivých částí odsávání. Při návrhu a výpočtu těchto zařízení pak vznikají chyby v důsledku složitého chování vzduchu uvnitř potrubí. Podle množství odpadu pak rozlišujeme klasické odsávací zařízení, pro které je typické menší množství odpadu a dále pak tzv. pneumatickou dopravu, kde je množství odpadu větší. Při provozu odsávacího zařízení se pak vyskytují problémy, jako je např. ucpávání potrubí. Jelikož většina podniků, převážně pily provozují směnný provoz, je tyto problémy nutno vyřešit, protože pak klesá produktivita a podnik ztrácí na zisku. Tato práce je zaměřena na pomoc při řešení problému odsávání na pile Javořice a.s. Ptení.
2.Cíl práce: Cílem práce bylo přepočítat nadimenzování nové odsávací větve na pile Javořice a.s. Ptení, která zde byla zhotovena kvůli přetrvávajícím problémům s ucpáváním odsávaní. Byla provedena analýza problému a cílem je kontrolní výpočet výkonu ventilátorů na této větvi. Velkým problémem jsou výkyvy počasí, kterými jsou změny teplot a vlhkosti. Když se k tomu přidá ještě velká rychlost dopravního vzduchu uvnitř potrubí, která dosahuje až 30 m/s, je problém na světě. Po setkání s vedoucím údržby panem Ing. Antonínem Valtrem nám bylo řečeno, že k ucpávání dochází zřejmě vlivem vlhkosti dopravovaných pilin v místech, kde potrubí opouští halu, pak
přichází do
styku s venkovním vzduchem. To zejména v zimním období při teplotách od 0 °C do 4°C. Avšak řešení tohoto problému není obsahem této práce. Obsahem práce je kontrolní výpočet nadimenzování nové větve, která zde byla kvůli problému s ucpávaním vybudována firmou GELSO spol. s.r.o. se sídlem v Okříškách 328 (okres Třebíč).
2
3. Literární část: 3.1 Základní pojmy Dynamika proudového vlákna Proudění tekutin je všeobecně prostorový (trojrozměrný jev), který je funkcí více proměnných. Jeho průběh a přesné matematické vyjádření je velmi složité. Zatímco v statistice tekutin jsou výsledky teorie shodné se skutečností, v dynamice se podařilo exaktní řešení analyticky jen v ojedinělých případech laminárního proudění. Protože v technice se musíme dostat aspoň přibližně k výsledkům odpovídajícím skutečnému stavu, používají se některé zjednodušené metody, které umožňují řešit úlohy s dostatečnou přesností při únosném rozsahu práce. Nejčastěji zjednodušujeme proudění tekutin tím, že ho považujeme za jednorozměrné. Tímto způsobem řešení linearizujeme, protože proudění tekutiny můžeme řešit podle známých zásad mechaniky jako pohyb hmotného bodu po určité dráze. Při tomto předpokladu všechny částice tekutiny se v prostoru pohybují ve směru proudu a jejich dráhy tvoří proudové čáry – proudnice. Svazek proudnic nazýváme proudová trubice. Obsah proudové trubice nazýváme proudovým vláknem. Plocha kolmá na proudnice je průtoková plocha. Při řešení proudění v potrubí rozdělujeme proud na množství trubic s nekonečně malým průměrem, jejichž objemy se však nesmí smíchat. Tento postup řešení se nazývá metoda proudového vlákna. Pro tekutinu, která proudí potrubím malého průřezu, můžeme předpokládat, že dráha všech jejich částí je daná tvarem potrubí. Při experimentálních měřeních základních parametrů tekutin přístroji, které se nepohybují, musíme počítat i s dynamickým účinkem proudu. Proto např. při měření teploty pevným teploměrem, na který narážejí částice tekutiny, dostaneme údaj o něco vyšší než je skutečná hodnota. Mnohem větší rozdíly vznikají při měření tlaku. Měřící přístroj, který by se pohyboval stejnou rychlostí jako kapalina, by ukazoval statický tlak p, jako jsme o něm hovořili předtím. Pokud by se měřící přístroj nepohyboval, zachytává i dynamický účinek proudu a udává větší (celkový) tlak. Rozdíl celkového tlaku a statického tlaku, vyvolaný dynamickým účinkem proudící tekutiny, je dynamický tlak. (LONGAUER, 1991). Hlavní vztahy v dynamice tekutin jsou odvozené převážně ze základních zákonů fyziky a mechaniky tuhých těles, jako např.:
3
a)
zákon zachování hmotnosti, z kterého je odvozená rovnice kontinuity, podle něj se hmotnost tekutiny při přemísťování nemění. Tento zákon tvoří základ kinematiky proudění, která se obecně zabývá rychlostními poměry v tekutině bez ohledu na působení sil.
b)
Zákon o zachování energie, použitím kterého se odvodí základní pohybová BERNULLIHO rovnice.
Rovnice kontinuity Podle zákona o zachování hmotnosti pro nestlačitelnou tekutinu platí, že hmotnost tekutiny, která do daného objemu za určitý čas vteče, musí za stejný čas vytéct. Z toho plyne, že součin plochy S a rychlosti v je průtok Q, který je v jednoduchém nerozvětveném potrubí stálý po celé délce potrubí. Sv = konst
(1)
Průřezem protéká za sekundu objem tekutiny Q, který nazýváme časový objem – průtok. Proudění v uvedeném průřezu je ustálené. Časový objem je možno pak vyjádřit vztahem: Q = Sv [ m3 .s-1 ],
kde S v
(2)
plocha průřezu proudu [m2] střední rychlost [m.s-1]
Tekutina, která teče v potrubí , bude mít v celém objemu stejného průřezu stejnou rychlost. Rychlost proudění se bude měnit v závislosti na průřezu. Ze zákona zachování hmotnosti vyplývá, že objem tekutiny, která proteče ta stejný časový úsek t jakýmkoliv průřezem je stejný:
S1v1t = S2v2t (3)
Obecný tvar rovnice je pak:
S1v1 = S2v2 = Sv = konst = 0
(4)
4
Pokud tedy známe z rovnice kontinuity objem, který za jednotku času proteče zvoleným průřezem, známe i rychlost proudu:
v=
Q [m.s-1], S
(5)
stejně tak když známe průtok a rychlost spočítáme plochu: S=
Q 2 [m ]. v
(6)
Bernoulliho rovnice Bernoulliho rovnice (autorem je akademik Petrohradské akademie věd
D.
Bernoulli kolem r. 1738) se popisuje zákon zachování energie a vyplývá z ní, že součet kinetické, tlakové a specifické polohové energie tekutiny je v každém místě proudu stálý. Tlakový tvar této rovnice má tuto podobu:
1 2 ρv + p + hρg = konst. [Pa]. 2 Tato
rovnice
však
(7) platí
pro
ideální
kapalinu(
neviskózní,nestlačitelnou,homogenní, bez plynu,nepodléhající změně skupenství) a pro ustálené proudění. Pro proudění reálných tekutin je třeba rovnici upravit a to o odpory, které při proudění vznikají. Tyto odpory spotřebují část energie potřebné na jejich překonání, která se přemění v tepelnou energii. Tato přeměna energie je nevratná, proto ji považujeme za ztrátovou energii. Ztrátová energie hst je vlastně práce třecí síly, která přísluší jednotkové hmotnosti.
gh1 +
p1
ρ
+
Rovnice má pak následující tvar:
v12 p v2 = gh2 + 2 + 2 + ghst [m2s-2] 2 ρ 2
(8)
Reynoldsovo číslo Reynoldsovo číslo je bezrozměrné číslo, které má dvě základní funkce: a) jeho hodnota charakterizuje daný proud a příslušný režim proudění b) určuje podmínky podobnosti dvou proudů
5
V mnohých případech ztrátové koeficienty nebo ekvivalentní délky místních odporů závisí na hodnotě REYNOLDSOVA čísla. Reynoldsovo číslo Re Re =
vl
γ
,
(9)
je dané podílem součinu charakteristické rychlosti v a charakteristického lineárního rozměru proudu l a kinematické viskozity γ . Vyjadřuje poměr setrvačných a třecích sil. Dva jevy, na které působí převážně síly vnitřního tření, si jsou podobné, když mají hodnotu Re stejnou. Jeho hodnota v potrubí kruhového průřezu je dána vztahem:
Re = kde
υdρ υd 1,274Q = = µ v dv
(10)
v – rychlost proudění [m.s-1], d – průměr potrubí [m],
ν - kinematická viskozita tekutiny [m2.s-1], ρ - hustota tekutiny [kg.m3], µ - dynamická viskozita tekutiny [kg.s-1.m-1].
Součinitel tření λ Součinitel tření λ při proudění samotného vzduchu závisí obecně na Reynoldsově
čísle Re a na relativní drsnosti potrubí ε . Protože potrubí pneumatického dopravního zařízení se již po velmi krátké době provozu dokonale vyhladí, měly by se diagramu odečítat hodnoty součinitele pro hydraulicky hladké trubky. Experimentálně bylo zjištěno, že v praktických podmínkách pneumatické dopravy dřevěného odpadu má součinitel tření λ hodnoty v průměru o 48,5 % vyšší. K rychlému odhadu proto slouží následující tabulka, z níž lze lineární interpolací získat i různé mezihodnoty. (LONGAUER, 1991).
6
Gasterstaedtův součinitel k Snad nejvíce nejasností při výpočtech pneumatické dopravy je spojeno právě s tímto součinitelem. Od roku 1924, kdy jej Gasterstaedt zavedl ve své práci, bylo úsilí
řady badatelů zaměřeno na jeho teoretické odvození nebo alespoň empirické vyjádření – s nepříliš velkým úspěchem. V současné době je prokázáno, že Gasterstaedtův součinitel závisí na druhu dopravovaného materiálu, klesá s růstem rychlosti dopravního vzduchu a roste se zvětšováním průměru dopravního potrubí. Doporučuje-li se tedy pro určitý druh dopravovaného materiálu jedna hodnota součinitele, platí to jen pro určitou rychlost dopravního vzduchu. Je výhodné, rovná-li se tato rychlost minimální rychlosti, při níž lze materiál dopravovat. Rychlosti nižší, při nichž Gasterstaedtův součinitel prudce vzrůstá, nejsou pro dopravu vhodné, při rychlostech vyšších představují nižší hodnoty tohoto součinitele určitou zálohu, zvyšující bezpečnost výpočtu (LONGAUER,1991). Doporučené hodnoty vyplývají z následující tabulky:
7
Ztrátový součinitel ξ místního odporu Nejběžnějším místním odporem v potrubí pneumatického dopravního zařízení je oblouk. Ztrátové součinitele oblouků jsou dobře prozkoumány a uvádějí se v četných vzduchotechnických publikacích, například v knize Dzjadziově, odkud je převzata následující tabulka, z které lze popřípadě mezihodnoty stanovit lineární interpolací.
3.2 Druhy proudění tekutin Proudění rozdělujeme podle fyzikálních vlastností tekutin nebo podle kinetických vlastností proudu. V ideálních tekutinách se předpokládá, že rychlost je ve všech bodech průřezu stejná a má směr proudového vlákna. Při proudění ideální kapaliny se nebere v úvahu vliv vnitřního tření. Při proudění reálných tekutin má vnitřní tření zásadní význam. Vlivem tření vzniká nerovnoměrné rozdělení rychlosti v průřezu. Podle druhu pohybu, který částice vykonávají, se může jednat o pohyb přímočarý nebo křivočarý. Toto proudění charakterizujeme jako nevířivé. Když se k posuvnému pohybu přidá ještě otáčení částic kolem osy, jde o vířivé proudění. Podle této charakteristiky pak rozeznáváme dva druhy proudění: laminární a turbulentní. Laminární a turbulentní proudění má vlastní zákony, kterými se řídí odpor proti proudění tekutin.
8
Při laminárním proudění( viz obr. a) přechází mezi sousedními vrstvami jen molekuly, tj. mikroskopické částice, zatímco makroskopické částice se po sobě rovnoběžně posouvají a nenaráží na sebe, nemíchají se s částicemi sousedních vrstev. Mezi těmito vrstvami vzniká tangenciální napětí. Přidáním barvy do proudového svazku v skleněné trubici při laminárním proudění zůstane barevné vlákno neporušeno. U laminárního proudění pak můžeme součinitel tření zjistit ze vzorce :
λ=
64 Re
(11)
kde λ je funkcí Reynoldsova čísla, λ = f(Re). Tomu pak odpovídají hodnoty v následující tabulce:
Turbulentní proudění( viz. obr. b) tvoří drobné víry axiálních a radiálních vln, při kterých přechází u jedné vrstvy do druhé nejen molekuly, ale i makroskopické částice, které mají proměnné složky rychlosti, kolmé na směr jejich hlavního pohybu. Vykonávají nejen základní pohyb, ale i pohyby všemi možnými směry. Tento jev označujeme jako míšení. Přidané barvivo do skleněné trubice nevytváří vlákno, ale rozptyluje se po celém průřezu trubice. Turbulentní proudění vzniká tehdy, když střední rychlost proudění v potrubí je větší než rychlost odpovídající kritické hodnotě Reynoldsova čísla. Vytváří se v potrubích s většími průměry a při větších rychlostech proudění. Tento druh proudění se vyskytuje v technické praxi nejčastěji. Dráhy jednotlivých částic proudící tekutiny se neustále, vzájemně kříží. V sledovaném průtokovém průřezu není možno zjistit průběh rychlosti jako při laminárním proudění. Můžeme pouze odhadnout průměrné složení rychlosti. Střední hodnota rychlosti bývá v = 0,75-0,9 vmax.
9
Druh proudění určuje velikost tlakových ztrát, které vznikají při proudění tekutin v zařízeních na jejich dopravu nebo ve výkonnostních tekutinových mechanismech. Druh proudění dále ovlivňuje prostup tepla a řízení tepelných procesů. Například při laminárním proudění se prostup tepla uskutečňuje vedením, zatímco při turbulentním proudění konvekcí. Mezi laminárním a turbulentním prouděním existuje oblast přechodového proudění. Oblast je charakterizovaná prouděním nestabilního charakteru se znaky laminárního i turbulentního proudění. Rychlostem, při kterých se vlastnosti proudu podstatně mění, odpovídá kritická hodnota REYNOLSOVA ČÍSLA. Ze zkušeností je zřejmé, že rychlost proudění není jediným parametrem pro určení druhu proudění. Druh proudění závisí na průměru potrubí a fyzikálních vlastnostech tekutin. Laminární režim proudění v kruhových hladkých kovových potrubích je stabilní pro hodnotu REYNOLDSOVA ČÍSLA Re v intervalu < 2200 až 2300. Turbulentní proudění začíná od hodnoty Re > 2200 až 2300. V potrubích s drsným povrchem nastává turbulentní proudění při menších kritických rychlostech proudění tekutin, tj. při menších hodnotách Re. Průtok reálných tekutin je možno počítat podobně jako pro tekutinu ideální, ale s použitím rovnice kontinuity a BERNOULLIHO rovnice pro reálnou tekutinu. Vliv vnitřního tření vyvolá rozptyl energie a nerovnoměrné rozložení rychlosti v průřezu proudu. Rozložení rychlosti v průřezu proudu závisí na režimu proudění. V určité vzdálenosti za vtokem do potrubí se rychlosti ustálí, t.j. vytvoří se vyvinutý rychlostní profil. Podle pokusů NIKURADZEHO je délka stabilizačního úseku pro laminární proudění dána hodnotou x = 0,03dRe, pro turbulentní proudění pak x = 40d. Vývoj rychlostního profilu pak zachycuje následující obrázek:
3.3 Odpory proti proudění a tlakové ztráty Proudění reálných tekutin se odlišuje od proudění ideálních tekutin tím, že v nich nastává vlivem odporových sil přeměna energie. Část této energie se přemění na
10
tepelnou energii, která se rozptýlí. Ve směru proudění tekutiny ubývá mechanická energie tekutiny.Ubývání tlaku v zařízení nazýváme tlaková ztráta. Mechanismus působení odporových sil je velmi složitý a zatím se nepodařilo najít metodu, která by umožňovala přesný výpočet ztrátové energie. V technických výpočtech se proto používají empirické a poloempirické závislosti. Teoretické řešení je možné jen pro některé jednoduché případy technické praxe. Proto praktické použití Bernoulliho rovnice zahrnuje i určení tlakové ztráty, kterou jsme vyjádřili ztrátovou výškou hst. Ztráty energie potřebné na překonání odporů proti proudění můžou být rovnoměrně rozdělené po délce zařízení, kterým proudí tekutina konstantní rychlostí. Vznikají v důsledku vzájemného tření částic tekutiny a jejího tření o povrch zařízení. Tyto odpory nazýváme délkové a závisí na délce potrubí (htr). Druhou důležitou skupinu ztrát energie způsobují odpory, které vznikají při náhlé změně velikosti anebo směru rychlosti a jsou vždy vyvolané místními vlivy (místní odpory hm ). Délkové a místní odpory působí nezávisle na sobě. Celková ztrátová výška vyjádřená ztrátou energie (odpory) je daná součtem ztrát způsobených každým odporem zvlášť.
hst = htr + hm
(12)
Výpočet ztrát při proudění tekutin potrubím nebo jiným zařízením se stává důležitým, protože v těchto soustavách se stále zvětšují rychlosti.
3.3.1 Délkové odpory Ztráta třením má opodstatnění zejména při ustáleném proudění dlouhým potrubím konstantního průměru, ale i v krátkých potrubích při malých průměrech, kde i tato hodnota není zanedbatelná. Názorně ji vysvětlíme na vodorovném potrubí v stabilizovaném úseku proudu, kde je rychlostní profil ustálený. K potrubí jsou připojené piezometrické trubice, v kterých nastává pokles hladiny ve směru proudění. Mezi průřezy 1 – 1 a 2 – 2 tento pokles výšky (htr) představuje pokles statického tlaku
11
∆p tr = p1 − p 2 = ρghtr
(13)
Z rozdílu tlaku vzniká síla, která musí být v rovnováze s třecí silou na délce l.
Obr.Tlakové ztráty při proudění reálné tekutiny
Dynamický tlak se měnit nemůže, protože se nemění rychlost proudění. Pokles tlaku způsobuje tření kapaliny o stěny potrubí a vnitřní tření, proto závisí od vlastností stěn potrubí a viskozity kapaliny. Velikost odporu třením vypočítáme z rovnováhy sil, které působí na kapalinu mezi průřezy 1 – 1 a 2 – 2. Stejná kapalina ve směru proudění se neprojeví, protože potrubí je vodorovné. V nakloněném potrubí by se projevila její složka ve směru osy potrubí. Na průřez 1 – 1 působí síla p1S ve směru proudění a na průřez 2 – 2 síla p2S v opačném směru. Ve vodorovném směru působí ještě třecí síla T. Pro rovnováhu platí:
p1 S - p2 S – T = 0
(14)
12
Třecí síla
T = S(p1 - p2) = Sρghtr
(15)
Z toho pak
T = ρghtr S
(16)
představuje tlak ekvivalentní síle vyvolané třením.
3.3.2 Místní odpory K tlakovým ztrátám třením při proudění tekutin potrubím se řadí i tlakové ztráty v místních odporech. Místní odpor tvoří každá část potrubí, která způsobuje ztrátu energie větší jako stejně dlouhý úsek přímého potrubí při stejných podmínkách. Prakticky je to každá geometrická změna průřezu potrubí nebo změna směru proudu. Hodnota ztráty v místním odporu záleží na druhu odporu, jeho geometrii, drsnosti stěn, tvaru rychlostního pole před odporem a Reynoldsova čísla. Vliv Reynoldsova čísla se projevuje při jeho malých hodnotách. Při větších hodnotách tohoto čísla považujeme součinitel místního odporu za konstantní. Tlakové ztráty můžou být způsobené: 1) vtokem do potrubí 2) výtokem z potrubí 3) mřížemi 4) v průtokoměrech 5) změnou směru 6) rozvětvením potrubí 7) spojením proudu 8) nedokonalým spojením jednotlivých částí potrubí 9) změnou drsnosti potrubí
Problematika místních ztrát je poměrně složitá, protože je třeba brát v úvahu energii, která představuje pohyb v průměru už ustálený a energii turbulence. Kromě toho musíme počítat s každou místní ztrátou, zejména ve spojitosti s přilehlým potrubím. Místní ztráty se počítají pomocí ztrátových součinitelů místních odporů ξ ,
13
které mají ztrátovou výšku vyjádřenou jako násobek rychlostní výšky anebo určením ekvivalentní délky daného zařízení (tvarovky, ventily atd.).
Při turbulentním proudění se vyjadřuje ztrátová výška jako část rychlostní výšky WEISBACHOVÝM výrazem
v2 hm = ζ 2g
(m)
(17)
v2 ρ ( Pa ) 2
(18)
anebo je vyjádřená jako tlaková ztráta
pm = ζ
Hodnotu můžeme pro danou rychlost v a ztrátový součinitel ζ
odečítat
z následujícího diagramu:
14
Výzkum proudění v zakřivených a jiných speciálních potrubích má z vědeckého, zejména však z praktického hlediska velký význam. Hydraulické a pneumatické soustavy mají poměrně velkou délku a velký počet místních odporů. To znamená, že správné určení místních ztrát je základní podmínkou spolehlivosti hydraulické a pneumatické soustavy. Při větším počtu místních odporů s krátkými rovnými úseky se rychlostní profil mezi místními odpory neustálí a nastává vzájemné ovlivňování. Výsledná ztráta potom neodpovídá sumě částkových ztrát a může být větší anebo menší. Určit vliv tohoto jevu je možné experimentálně. Údaje výrobců v katalozích nebo údaje z literatury se obvykle neshodují. Vypočítané hodnoty tlakových ztrát jsou o mnoho větší než skutečné. Výrobci armatur udávají až o 50% větší hodnoty ztrátového součinitele.
15
Rozmanitost tvarů drsností armatur je tak velká, že v případě, kdy velmi záleží na přesnosti výpočtu, se doporučuje zjistit skutečnou ztrátu experimentálně. Ztrátový součinitel závisí nejen na tvaru, ale i na vnitřním vyhotovení příslušné armatury. Pro místní ztráty platí empirické vzorce a diagramy, získané na základě experimentálních výsledků, jen při určitých podmínkách. Měli by se používat pro podmínky, pro které byli určené. Podobně jako ztráty třením, závisí i místní ztráty na tom, je–li proudění laminární nebo turbulentní. (LONGAUER, 1991).
3.4 Pneumatická doprava V technické praxi velmi často využíváme tekutiny jako nosný prvek na přepravu pevných látek. Vzduch je v tomto případě jen přepravným prostředkem, který unáší přepravovanou látku z jednoho místa, kde se pevná látka přidává, na jiné místo, kde se tekutina musí odloučit. Tato přeprava je důležitá součást dopravy ve vnitřních objektech. Přítomnost cizích předmětů ve vzduchu ovlivňuje velikost celkové ztráty. Kromě vlastností potrubí tu působí také vlastnosti přepravovaných látek. Jde především o směšovací poměr µ , tj. poměr hmotnosti materiálu k hmotnosti vzduchu za časovou jednotku. Pneumatická doprava v potrubí může být podtlaková, přetlaková nebo smíšená. Pro pneumatickou dopravu dřevěného odpadu se používají všechny tři systémy. U podtlakové (sací) dopravy je zdroj dopravního vzduchu umístěn za odlučovačem na konci dopravní trasy. Potrubím, připojeným k jeho sacímu otvoru, se nasává dopravní vzduch, unášející s sebou dopravovaný materiál. V potrubí je tedy podtlak. Výhodou takového uspořádání je především možnost dopravovat materiál z několika míst odběru na jedno místo určení, snadnost vkládání materiálu do proudu dopravního vzduchu a nemožnost úniku ebeny. Škodlivých výparů z potrubí podél dopravní trasy. Nevýhodou je to, že dosažitelný tlakový spád na dopravu má omezenou hodnotu a že je nutné dimenzovat odlučovač na maximální působící podtlak. U přetlakové dopravy je zdroj dopravního vzduchu umístěn před podávačem na začátku dopravní trasy. Potrubím, připojeným k jeho výtlačnému otvoru, se vytlačuje dopravní vzduch, který pak s sebou unáší dopravovaný materiál. V potrubí je tedy přetlak. K výhodám přetlakové dopravy patří především možnost dopravovat materiál z jednoho místa odběru na několik míst určení a možnost dosahovat značného tlakového 16
spádu na dopravu. Hlavní nevýhodou je nutnost zvláštního zařízení – podavače, který zajistí vkládání dopravovaného materiálu do proudu dopravního vzduchu. U smíšené dopravy je zdroj dopravního vzduchu umístěn uprostřed dopravní trasy. V části potrubí, připojené k výtlačnému otvoru zdroje, je přetlak. Smíšená doprava spojuje některé výhody podtlakové i přetlakové dopravy: možnost dopravovat materiál z několika míst odběru na několik míst určení, snadnost vkládání dopravovaného materiálu do proudu vzduchu v podtlakové části zařízení a možnost dosáhnout značného tlakového spádu na dopravu. Hlavní nevýhodou je nutnost zajistit přestup dopravovaného materiálu z podtlakové časti do přetlakové. Poměrně snadno to lze vyřešit transportním ventilátorem, jinak je nutno použít složitější přestupníky, například odlučovače s rotačním podavačem. Odlučovací stanice, do níž je zavedeno odsávání od výrobních strojů a z níž je odpad dále dopravován pneumaticky, je vlastně také takovým přestupníkem. Podle výše využívaného tlaku dopravního vzduchu se pneumatická doprava dělí na nízkotlakou, středotlakou a vysokotlakou. Hranice mezi těmito skupinami nejsou v literatuře uváděny jednotně. Nevyplývají totiž z žádných přesných teoretických úvah, ale jsou stanoveny více méně subjektivně dohodou. Zpravidla se za nízkotlakou považuje doprava s tlakovým spádem do 16 kPa, za středotlakou doprava s tlakovým spádem do 80 kPa a za vysokotlakou doprava s tlakovým spádem vyšším. V dřevozpracujícím průmyslu se uplatňuje nízkotlaká a středotlaká pneumatická doprava. Pro široké uplatnění pneumatické dopravy v dřevozpracujícím průmyslu svědčí
řada předností před jinými způsoby dopravy. K největším přednostem patří: 1)
možnost vodorovné, svislé i šikmé dopravy jediným zařízením na značnou vzdálenost, řádově 102 až 103 m;
2)
vynikající
přizpůsobivost
k terénu,
vnitřnímu
uspořádání
budov,
použitému technologickému zařízení apod.; 3)
možnost kombinace dopravy s jinými technologickými procesy, jako aspirací výrobního zařízení apod.;
4)
hygiena dopravního procesu: materiál se pohybuje uvnitř potrubí, takže ovzduší není znečišťováno prachem;
5)
kompaktnost zařízení, minimální nároky na plochu a prostor, malá hmotnost;
17
dopravník nemá prakticky pohyblivé části ( s výjimkou ventilátoru a
6)
popřípadě podávače); nižší pořizovací náklady a nižší provozní náklady na obsluhu, technickou
7)
údržbu a opravy.
Současně má však pneumatická doprava závažný nedostatek, a to vyšší měrnou spotřebu energie v porovnání s mechanickými dopravníky. Orientačně lze počítat s měrnou spotřebou v kWh na tunu přepravovaného materiálu a metr dopravní vzdálenosti.
Základními parametry, na nichž závisí provozuschopnost, výkonnost i hospodárnost pneumatické dopravy, jsou rychlost a tlak dopravního vzduchu. Důležitou souhrnnou charakteristikou, zahrnující jak vlastnosti částic materiálu, tak i proudu dopravního vzduchu, je rychlost vznosu částice. Rozumí se jí rychlost, kdy částice ve svislém potrubí neklesá ani nestupá, ale vznáší se jako v beztížném stavu. Proud vzduchu působí na vznášející se částici silou
W = Sψ
kde
ρ v vs2 2
(N)
(19)
W je aerodynamická síla (N), S – plocha průřezu částice, vystavená proudu vzduchu (m2),
ψ - odporový součinitel částice (1), ρ v - měrná hmotnost dopravního vzduchu (kg.m-3), vs – rychlost vznosu částice (m.s-1).
Z rovnosti W = G
Sψ
(N)
ρ v vs2 2
= mg
(20)
vyplývá pro rychlost vznosu vzorec
18
vs =
kde
2mg Sψρ v
(m.s-1)
(21)
G je tíha částice (N), m – hmotnost částice (kg), g – tíhové zrychlení zemské (m.s-2).
Pro výpočet tlakové ztráty při pneumatické dopravě využíváme principu aditivnosti tlakových spádů. Podle něho je tlakový při pneumatické dopravě směsi materiálu se vzduchem roven součtu tlakového spádu při proudění samotného vzduchu za týchž podmínek a přídavného tlakového spádu, vyvolaného přítomností dopravovaného materiálu. Při praktickém výpočtu se pak oba tlakové spády dále člení na jednotlivé složky podle povahy překonávaných sil:
kde
∆p je tlakový spád (Pa),
µ - hmotnostní směšovací poměr dopravní (1), λ - součinitel tření při proudění samostatného vzduchu (1), L – délka dopravní trasy (m), H – převýšení dopravní trasy (m), k – Gasterstaedtův součinitel (1),
ξ - ztrátový součinitel místního odporu (1), β - součinitel, respektující polohu oblouku (1).
19
Úhrnný tlakový spád při pneumatické dopravě materiálu je tedy
4
4
1
1
∆p = ∑ ∆pvi + ∑ ∆pmi
(Pa)
(21)
(HEJMA, J.; BUDÍNSKÝ, K.; VÁVRA, A.; DRKAL, F. (1981))
3.5 Zásady výpočtu odsávání Postup výpočtu sítí vzduchovodů pro odsávání (odprašování strojů) a pro větrání je odlišný. U vzduchovodů pro větrání požadujeme rovnoměrné rozdělení proudu vzduchu a pokud možno konstantní výtok vzdušiny vyústkami. Z této podmínky plyne požadavek na sledování hodnoty statického tlaku a jejího usměrňování volbou rychlosti vzdušiny v potrubí (snížením rychlosti v úseku potrubí se mění dynamický tlak ve statický a naopak). U kruhových sítí pro odsávání od strojů je hlavním kritériem rychlost vzdušiny v potrubí, která zajišťuje dopravu odsávaného odpadu. Je třeba si uvědomit, že pouze dostatečná rychlost v potrubí zamezí usazování odpadu v potrubí a jeho ucpávání. Výpočet větvených sítí pro odsávání je možno provést dle následující metody: Postup spočívá v postupném vyřešení sedmi hlavních úkolů. 1) Určení trasy vzduchovodu 2) Odhad hlavní větve 3) Volba vhodných rychlostí ve větvích Rozdělení sítě na výpočtové úseky 4) 5) Dimenzování průřezů potrubí ze zvolených rychlostí za současného výpočtu tlakových ztrát. 6) Zkusmé dimenzování odboček a kontrola průběhu tlakových ztrát Sečtení tlakových ztrát hlavních úseků potrubí a výpočet příkonu ventilátoru 7)
20
Obr. Trasa vzduchovodu a tlakové poměry uvnitř
ad 1) Trasa vzduchovodu je obvykle dána stavební dispozicí pracoviště a vychází z určení umístění ventilátoru, strojovny, vyústek nebo sacích zákrytů a stanovení množství vzduchu dopravovaného jednotlivými úseky potrubní sítě – u větrání a odsávacích rychlostí u počátečních úseků sítě – u odprašování. ad 2) Odhad hlavní větve potrubí, to je ty na sebe navazující úseky potrubí mezi ventilátorem a koncem potrubí, která bude mít ze všech možných kombinací největší tlakovou ztrátu. Má-li potrubní část sací i výtlačnou, je vhodné uvažovat každou zvlášť a celkovou ztrátu určit jako součet obou částí. ad 3) Volba vhodných rychlostí v hlavní i vedlejších větvích v rozmezí doporučených hodnot tak, aby se tyto hodnoty od konců potrubí směrem k ventilátoru zvyšovaly. Na sací straně ve směru proudění, na výtlaku proti směru proudění. Respektovat je nutné normalizovanou řadu průřezů potrubí.
21
ad 4) Rozdělení sítě na výpočtové úseky, které se přehledně očíslují. Za jeden úsek se považuje taková souvislá část potrubí s konstantní rychlostí včetně místních odporů, jejichž suma x je vztažena k téže rychlosti, jako je v uvažovaném úseku. Obvykle se tvoří rozhraní úseků odbočkami nebo přechody. Očíslování je vhodné provést ve směru proudění vzduchu ad 5) Podle zvolených rychlostí se dimenzují průřezy potrubí za současného výpočtu tlakových ztrát. Nejprve se zvolené rychlosti uvažují jako předběžné. Určí se z nich přibližně průřez potrubí, vybere se nejbližší vhodný rozměr z typizované řady potrubí a na ten se zpětně přepočte skutečná rychlost vzduchu. Výpočet tlakových ztrát se provede až pro opravenou rychlost. Při výpočtu se přihlíží k místní situaci (někdy ovlivní výpočtové změny rozměry potrubí) a výběru prvků jako jsou vyústky, filtry a podobně. ad 6) Zkusmé dimenzování odboček a kontrola tlakové ztráty každé z nich. Cílem je, aby jejich hodnoty od konce potrubí do uzlu byly stejné. Např. z tohoto obrázku vyplývá, že v uzlu 1- 4 tlaková ztráta v úseku 1 musí být stejná jako součet tlakových ztrát úseků 2, 3 a 4.
Není-li tomu tak, je nutné upravit tlakovou ztrátu odboček natolik, aby se dosáhlo potřebné shody. Z uvedeného vyplývá, že úsek s nižším tlakem se považuje za vedlejší větev a úsek s vyšším tlakem se považuje za hlavní větev. V dalším výpočtu se pak
22
počítá pouze s hlavní větví a vedlejší větve se neuvažují (ROUSEK, M.; VESELÝ, J. (2000)).
3.6 Výpočet odsávacích systémů Proudění vzduchu ve vzduchotechnickém potrubí se chová podle obecných zákonů proudění a je téměř vždy turbulentní. Při proudění dochází v důsledku tření a změn rychlosti vzduchu k tlakovým ztrátám a k přeměně mechanické energie na tepelnou, to vše na úkor poklesu tlaku. Podle charakteru proudění se rozeznávají ztráty a) tlakové ztráty v přímém potrubí ( vnitřní tření a tření o stěny rovného potrubí ) b) tlakové ztráty místní na vřazených odporech ( změny rychlosti v tvarových kusech a v jejich blízkosti ).
Tlaková ztráta v přímém potrubí se vypočte ze vztahu
∆pλ = λ
kde
1 ρ 2 v d 2
( Pa )
l (m)
je délka potrubí
λ (-)
součinitel odporu potrubí
(23)
ρ ( kg.m-3 ) hustota vzduchu d(m)
průměr potrubí
v ( m.s-1 )
rychlost proudění
Dynamický tlak vypočteme ze vzorce
pd =
ρ 2
v2
( Pa )
(24)
Tlaková ztráta na místním odporu se vypočte ze vzorce
∆pξ = ξ
ρ 2
v2
( Pa )
(25)
23
Výpočet tlakové ztráty v hranatém potrubí se provádí podle upraveného vzorce. Hranatý průřez je nutné vyjádřit ekvivalentním průměrem kruhového potrubí, které má stejný tlakový spád jako původní hranaté potrubí. Tato náhrada se uskutečňuje za předpokladu stejných rychlostí v hranatém a náhradním potrubí vzorcem d rv =
2ab a+b
(m)
(26)
Celková tlaková ztráta potrubí je pak rovna součtu všech tlakových ztrát třením a místních tlakových ztrát, přičemž je vhodné pro výpočet rozdělit potrubí na úseky o stejné rychlosti. Tlaková ztráta je potom dána výrazem
k
∆p zcelk . = ∑ λ n 1
kde
ln ρ 2 m ρ 2 vn + ∑ ξ n vn 1 d 2 2
(27)
m – počet tvarových kusů, k – počet rovných úseků.
Pokud pak máme celkovou tlakovou ztrátu ∆pc a známe průtok vzduchu Q, můžeme vypočítat příkon ventilátoru podle vzorce: N = ∆pc Q
( W ).
(28)
(ROUSEK, M.; VESELÝ, J. (2000).
24
4 Materiál a normy: 4.1 Dokumentace a výpočet na pile Javořice a.s. Ptení Jelikož nám bylo poskytnuto nahlédnutí do výkresové dokumentace a později nám bylo poskytnuto schéma nově vybudované větve měli jsme ušetřenou práci se zjišťováním parametrů potrubí a ventilátorů. Dodavatelem zařízení byla firma GELSO, spol. s. r. o., která je známým výrobcem odsávacích zařízení dřevního odpadu. Odsávání dodané firmou GELSO Okříšky je vyrobeno z ocelového černého plechu skupiny 2. Povrchová úprava je provedena základní a vrchní syntetickou barvou, zpravidla modrou nebo zelenou. Při výrobě bylo vycházeno z těchto oborových a podnikových norem: Ventilátory – PN 12 3237, PM 12 3395 Odlučovače – PN 12 4211, TPJ 68-12-72, PA 12 4228 Potrubí – ON 12 0312 Kolena – ON 12 0328 Klapky – PJ 12 0611 Šoupata – PJ 12 0653 Tlum. vložky – TPE 13 0251 Podl. Koše – TKB 5323 Lapače TK – PJ 12 0355
Spojování dílů bylo provedeno přírubami z uhlové (ploché) oceli za použití ocelových šroubů a matic. Jako těsnící hmoty bylo použito laminátového (osinkového) provazce. V každém spoji pak bylo zapotřebí vždy alespoň na jednom šroubu vějířové podložky pro vodivé spojení celého systému. Pro odsávání byly zvoleny dva středotlaké ventilátory: -
první ventilátor – VOST 1250/5L, jeho výkon je 55 kW, množství dopravovaného vzduchu Q1 = 9,5 m3 / hod, N = 900 ot./min, Pcv = 2600 Pa
-
druhý ventilátor – VOST 1250/4P, jeho výkon taktéž 55 kW, množství dopravovaného vzduchu Q1 = 9,5 m3 / hod, N = 900 ot./min, Pcv = 2600 Pa
25
Typ ventilátoru je vidět na následujícím obrázku:
Dle celkového výkonu odsávání byl pak vybrán firmou odpovídající odlučovač a to typ SPIN 2000. Z následujícího grafu je pak možné vyčíst závislost množství vzdušiny a celkového tlaku použitých ventilátorů. Firma GELSO vyrábí několik druhů ventilátorů a to podle průměru od 400 až do průměru 1250.
26
Obr. Charakteristiky ventilátorů
27
5.Výsledky práce
5.1 Výpočtové tabulky Tabulka 1A
28
Tabulka 1B
29
Použité vzorce: d2 S =π [m2], 4
plocha průřezu
pd =
dynamický tlak
kde
1 2 ρv [Pa], 2
průtok vzduchu
Q(V) = Sv
[m3.s-1]
tlaková ztráta přímého potrubí
∆pλ = λ
l pd d
tlaková ztráta vřazeného odporu
∆ p
tlaková ztráta
∆p z = ∆pλ + ∆pξ
[Pa]
celková tlaková ztráta
∆pc = ∑ ∆p z
[Pa]
výkon
P = Q ∆pc
[W]
hmotnost dopravovaného vzduchu
m =Qρ
[kg.s-1]
směšovací poměr
z=M/m
[-]
tlaková ztráta po úpravě
∆pu = ∆pc(1 + k * z) [Pa]
příkon
N=
d [m]
průměr kruhového potrubí,
ρ [kg.m-3]
hustota vzduchu,
v [m.s-1]
rychlost vzduchu,
λ [-]
součinitel odporu potrubí,
l [m]
délka přímého potrubí,
ξ
= ξp
Q∆pu e
d
[Pa]
[Pa]
[W]
30
ξ [-]
součinitel vřazeného odporu,
k [-]
Gasterstaedtův součinitel,
e [-]
účinnost elektromotoru,
M [kg.s-1]
hmotnostní průtok dopravovaných třísek.
5.2 Výpočtová metoda dle tlakových ztrát: Jelikož v dokumentaci od odsávání byly uvedeny i hodnoty rychlostí vzdušiny uvnitř potrubí, bylo potrubí rozděleno na jednotlivé části a metodou tlakových ztrát byly vypočteny tlakové ztráty pro jednotlivé části potrubí. Ty se poté sečetly a z celkové ztráty se stanovil příkon ventilátorů. Celková ztráta byla pak dána součtem jednotlivých tlakových ztrát z předchozích dvou tabulek.
∆p zcelk . = 340 + 326 + 1775 + 462 ∆p zcelk . = 2903 Pa
Z toho pak výkon vypočteme: P = ∆p zcelk .Q P = 27,6 kW
Vezmeme-li v úvahu účinnost ventilátoru 0,5 a navíc ještě rezervu na rozběh 30% pak:
N = 27,6 / 0,5 = 55,2 kW; z toho 30 % je 16,6 kW,
Celkový příkon N je pak 55,2 + 16,6 = 71.8 kW.
31
5.3 Výpočtová metoda dle pneumatické dopravy:
hmotnostní průtok dopravovaných třísek
M = 2,6kg/s
hustota dopravního vzduchu
R = 1,2 kg/m3
objem dopravovaného vzduchu
Q = 8,89 m3/s
ventilátor
V = 9,5 m3/s Pc = 2903 Pa
hmotnost vzduchu
m = 9,5 * 1,2 = 11,4kg/s
směšovací poměr
z = M / m = 2,6 / 11,4 = 0,333
Celkovou tlakovou ztrátu celého potrubí pro čistý vzduch jsme určili již v předchozí metodě a činí:
∆p = 2903 Pa
Hodnotu Gasterdstaedtova součinitele jsme určili z tabulek k = 0,9 a potom pro z = 0,333 je celková ztráta:
∆pc = ∆p(1 + k * z) = 2903*(1 + 0,9 * 0,33) = 3765 Pa. Příkon elektromotoru potom bude: N = (V * ∆pc) / (1000 * e) = (9,5* 3765) / (1000 * 0,5) = 71,5 kW, kde e = 0,5 je účinnost ventilátoru.
Připočteme-li k tomuto výsledku ještě 30% rezervu na rozběh, pak: Nc = 92,5 kW
Na závěr je ještě uveden výpočet maximálního množství materiálu, který je schopno počítané odsávání odebrat, aniž by došlo k jeho zablokování.
hmotnostní průtok dopravovaných třísek
M = 5,016kg/s
hustota dopravního vzduchu
R = 1,2 kg/m3
objem dopravovaného vzduchu
Q = 8,89 m3/s
ventilátor
V = 9,5 m3/s Pc = 2903 Pa
hmotnost vzduchu
m = 9,5 * 1,2 = 11,4kg/s 32
směšovací poměr
z = M / m = 5,016 / 11,4 = 0,440
Celkovou tlakovou ztrátu celého potrubí pro čistý vzduch jsme určili již v předchozí metodě a činí: ∆p = 2903 Pa
Hodnotu Gasterdstaedtova součinitele jsme určili z tabulek k = 0,9 a potom pro z = 0,440 je celková ztráta:
∆pc = ∆p(1 + k * z) = 2903*(1 + 0,9 * 0,440) = 4052 Pa. Příkon elektromotoru potom bude: N = (V * ∆pc) / (1000 * e) = (9,5* 4052) / (1000 * 0,5) = 76,98 kW, kde e = 0,5 je účinnost ventilátoru.
Připočteme-li k tomuto výsledku ještě 30% rezervu na rozběh, pak: Nc = 110 kW
33
6. Diskuse Tato práce je rozborem problémů, týkajících se odsávání odpadního materiálu, které vznikly a neustále vznikají v provozu na pile Javořice a.s Ptení. Naším cílem byl kontrolní propočet nově vybudované odsávací větve, která zde byla vybudována již kvůli zmíněnému ucpávání. Po konzultaci s vedoucím údržby panem Ing. Valtrem nám byly poskytnuty informace o tomto zařízení a byla nám poskytnuto schéma této nové větve, které je pak součástí přílohy. Při výpočtech se vycházelo z oddílu Literární část. Nejdříve byla použita výpočtová metoda dle tlakových ztrát. Ze zmíněného schématu bylo potrubí rozděleno na jednotlivé kusy a pak pro každý kus byla spočítána tlaková ztráta. Výpočty vychází z kapitoly 4.2. a tabulek 1A a 1B. Celková ztráta pak vycházela 2903 Pa. Z této tlakové ztráty pak vychází výkon ventilátorů 27,6 kW – tento výkon je potřeba na překonání tření vzduchu o stěny potrubí. Bereme-li v úvahu rezervu na rozběh, která je 30%, vzroste výkon na 37,9 kW a přepočtem-li k tomu ještě účinnost ventilátorů 0,5 vychází celkový příkon 71,8 kW . Tudíž se zde ukázalo, že z hlediska nadimenzování je výkon dodaných ventilátorů dostatečný. Problémem je to, že tento postup nezohledňuje vliv odsávaného materiálu na tlakové ztráty. Tento vliv však zahrnuje výpočetní postup, která byl orientačně spočítán a samotný postup je pak uvedený v publikaci HAJZOK, L. (1986). Druhou použitou výpočtovou metodu byla pneumatická doprava, kde je už zohledněno množství odsávaného materiálu. Počítali se s množstvím 2,6 kg.s-1 , pro které vychází dle výpočtu celkový příkon 71,5 kW. V této hodnotě je již započtena účinnost ventilátoru 0,5. Připočteme-li ještě 30% na rozběh, konečná hodnota příkonu je pak 92,5 kW. Zde můžeme v porovnání s metodou tlakových ztrát vidět, jaký vliv má z hlediska výkonu množství odsávaného odpadu. U výpočtu pneumatiky je pak ještě spočítáno maximální množství materiálu, který je schopno odsávání deklarovaného výkonu odebrat, aniž by se ucpalo. U obou metod jsou určité odchylky od skutečnosti a to vlivem toho, že některá bezrozměrná čísla = součinitele, byla vyčtena z dostupné literatury, jelikož jejich přesné určení je možné pouze experimentálně. To ale nemění nic na tom, že i tyto hodnoty jsou pro náš vypočet dostatečně přesné. Ovšem existují i jiné problémy, které je potřeba řešit.
34
Některé z těchto problémů byly již podchyceny. Byla instalována čidla hlídající průchodnost potrubí. Problémem je však, že k zablokování dojde tak rychle, že čidlo hlásí už úplně zablokované potrubí a to je bohužel pozdě. Největšími problémy vznikají v zimním období, kdy teplota vzduchu kolísá v rozmezí od 0 °C do 4°C. Vlivem vlhkosti pilin, rychlosti v odsávacím potrubí a již zmíněné okolní teploty zřejmě dochází k srážení vlhkosti na vnitřní straně potrubí, která se pak mění na led a spolu s pilinami tvoří směs, která se neustále kousek po kousku přichytává na stěny potrubí a v jednom okamžiku pak dojde zcela k zablokování odsávací větve. Dalším problémem je významná veličina, kterou je vlhkost dřeva. Ta je hodně rozdílná pro dřevo sušené, čerstvě pokácené apod. Pokud pak vezmu v úvahu maximální množství odpadu, které je odsávání schopno odebrat a vím že tohle číslo platí pro řezanou kulatinu s relativně malou vlhkostí, dokáže si člověk představit, co udělá s odsáváním řezaná kulatina s dvojnásobnou i trojnásobnou vlhkostí. Pak je jasné, že odpad uvnitř potrubí má klidně i dvakrát větší hmotnost a odsávání se ucpe. Problémem je i to, pokud se zcela zahltí odbočka od hlavní větve k jednomu stoji a pak se po určité době uvolní a zpětně je tato „zátka“ vržena do centrální větve a opět může dojít k zablokování. Dalším příkladem je i to, že všechny odsávací trasy ústí do odlučovače umístěného mimo halu. Toto zařízení má za úkol oddělit vzdušinu od odsávaného materiálu. Tento materiál pak spadává do šnekového dopravníku, který je umístěn pod odlučovačem a poté je odváděn do skladu pilin. Pokud dojde k poruše tohoto šnekového dopravníku, je odlučovač po chvíli zaplněn odsávaným materiálem a potrubí se ucpe. Všechny tyto uvedené problémy již nastaly, ovšem jejich řešení stojí za popřemýšlení, ale není součástí této práce, poněvadž je časově náročné. V souvislosti s maximálním množstvím odpadu v potrubí daném okamžiku se jeví jako řešení postup, kdy by se podle pořezu určilo množství řezů a odpovídající množství pilin v daný den za časový úsek, v kterém došlo k zablokování odsávání a porovnalo se dnem a s časovým úsekem v den kdy zablokování nenastalo. Z této závislosti by se pak dala vyřešit optimalizace pořezu a předešlo by se tak jednomu z možných problémů s ucpáváním odsávání. Tohle všechno je možné díky centrálnímu počítači, který na pile v Javořicích mají. Tento stroj je schopen sledovat v reálném čase množství výřezů,
čepový průměr, mezery mezi jednotlivými výřezy, řezané délky, který stroj co řeže, jednotlivé časy operací, druhy zakázek a všechny potřebné údaje. V podstatě jde o to, že by se z informací o výřezech vypočítalo množství pilin v den kdy se odsávání zablokovalo a to samé by se vypočítalo pro den, kdy odsávání běželo bez problémů a 35
z toho by se potom vyvodilo řešení s optimalizací pořezu a dalo by se zabránit tomuto problému.
36
7. Závěr Z výsledků práce vyplývá, že nadimenzování námi počítané větve je dostatečné. Naměřené hodnoty rychlostí uvnitř potrubí jsou pro vznos odpadního materiálu více než dostatečné. Jelikož byly při výpočtech u některých parametrů
zvoleny hodnoty
z tabulek z dostupné literatury, protože jejich skutečné určení je možné pouze experimentálně, mohou se vyskytovat určité odchylky. To ovšem nemění nic na tom, že všechna měření a výpočty jsou pro nás dostatečně přesné. Problémem jsou
však
faktory, které uvádím v závěru a které by bylo vhodné řešit a předcházet tím časovým a finančním ztrátám, způsobenými zastavením provozu. V souvislosti s problematikou pořezu se jeví jako řešení výpočet množství pilin pomocí centrálního počítače na této pile. Z mého pohledu se jedná o zajímavou problematiku, která je však časově náročná a určitě si zaslouží řešení do budoucna.
Na závěr uvádím souhrn všech problémů, které by bylo v souvislosti s ucpáváním potřeba řešit: 1) závislost teploty vzduchu vnějšího prostředí na vlhkosti odsávaného materiálu a rychlosti uvnitř potrubí 2) zablokování vedlejších větví a následný vliv na centrální větev 3) rozdílná vlhkost dřeva u jednotlivých zakázek a jejich vliv na chod odsávání 4) problémy s ucpáváním při rutinním čištění a vliv na chod odsávání
Doporučuji se zamyslet nad tím, jestli by do budoucna nebyl vhodný jiný způsob dopravy odpadního materiálu od strojů. Jde o to, že pokud má pila rok od roku v plánu zvyšovat pořez v průměru o 100 000 m3 dřeva, není dimenzování současného odsávání na takovéto zvyšování stavěné a každé předělávání a instalování nových odsávacích větví je neúměrně drahé. Potom by se jako vhodné řešení jevilo použití hrablových dopravníků, jejichž provoz co se energie týče je ve srovnání se současným způsobem i 5 levnější. Navíc jsou schopny odebrat daleko větší množství odpadního materiálu. Ovšem u hrablových dopravníků by se musel vyřešit problém s prašností a zajištěním
37
hlídaní funkčnosti (např. pomocí kamer nebo čidel), aby při náhlém přerušení provozu nenastal kolaps.
38
8. Summary My thesis is focused on the calculation and check out of the correct dimensioning of the suction at the new branch of Javořice Inc. Ptení sawmill, which was built due to frequent poblems with suction device blockage. After gaining documentation of the company, that built the new suction branch, checkout calculation was made. Firstly through the method of pressure lost. This method works this way: pressure lost is calculated for each part separatelly and in the end all the losts are added and fan performance is calculated. According to this calculation I found out that the producer of the suction has dimensioned fans and pipeweork correctly. The second method used by this problematics is calculation of the classic pneumatic transport. Calculation lays in calculation of the pressure lost, which is consequently put in several formulas, that contains several non-dimensional coeficients. I gained these coeficients from relevant literature and surveys and are output of research. However, are these figures less, but for our purposes sufficiently accurate, therefore are some outputs biased, nevertheless they prove, that fans and pipework of this device are dimensioned sufficiently. In the end I calculated maximal amount of the sucked material, which can be transported from machines to separators without being tamped. So it it was found out, that dimensioning is correct, but problems concernig suction have to be taken into account. These problems are described in detail in my thesis.
39
9. Použitá literatura 1) HAJZOK, L. (1986): Vzduchotechnické zariadenia drevopriemyslu, ALFA Bratislava. 2) HEJMA, J.; BUDÍNSKÝ, K.; VÁVRA, A.; DRKAL, F. (1981): Vzduchotechnika v dřevozpracujícím průmyslu, SNTL – Nakladatelství technické literatury Praha. 3) LONGAUER, J. (1991): Hydraulika a vzduchotechnika v drevospracujúcom priemysle, ALFA Bratislava, ISBN 80-05-00835-X 4) ROUSEK, M.; VESELÝ, J. (2000): Tekutinové mechanismy a vzduchotechnika část Vzduchotechnika – cvičení, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, ISBN 80-7157-298-5. 5) ROUSEK, M. (1999): Tekutinové mechanismy a vzduchotechnika, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, ISBN 80-7157-198-9.
40
