ある現場のニューマチック輸送システムにおける簡易計算方式の研究
輸送物:X細粉末
- 輸送物の仮比重:0.55 × 粒径0.12mm
- ブロワからロータリーフィーダー装置までの空気配管(クリーンエアー):直管60メートル、エルボ8箇所。
- ロータリーフィーダー装置から分配機まで:
- 水平輸送距離:Lh=60M
- 垂直輸送距離:Lv=33M
- 90度エルボの数:7箇所
- 45度エルボの数:1箇所
- 輸送物の分岐管:5箇所
- 輸送物の輸送量:Ws=10000Kg/Hr
- 空気輸送量(Wa):(Qa)=13. 現在のブロワ能力:20M3/min
- 空気の比重量 λa=1.2Kg/M3
- 輸送空気速度 Va=16~24M/S≒20M/S(粉粒體輸送技術:日刊工業新聞社出版;管路輸送裝置第240ページ)
- 混合比(μs):(Γ)= 10000÷60÷1.2÷20≒7(粉粒體の輸送、儲槽及供給:化學工業社出版;空氣輸送機の設計要領第39ページ)
- 輸送方式:吹き出し式
- 輸送管内径(ϕDa):√(4Qa÷60πVa)=0.146M≒151mm(6インチSCH40管)(粉粒體輸送技術:日刊工業新聞社出版;管路輸送裝置第241ページ)
- 輸送空気速度(M/s):約20M/S
- 輸送物供給方式:ロータリーフィーダー(エアロック)による間欠供給。
- 圧力損失(ΔP):P=Pair+Pac+Pm+Psep+Pex+Pb
- ΔPair:ブロワ出口からロータリーフィーダー装置までの空気配管内圧損
- ΔPac:加速損失
- ΔPm:輸送物の管内圧損
- ΔPsep:バッグフィルターの圧損(吹送式のため考慮しない)
- ΔPex:サイクロン集塵機の圧損(吹送式のため考慮しない)
- ΔPb:排気損失(バッグフィルターから補助送風機までの圧損)
- 簡易計算結果:
- Q=60VaπD2÷4=20.0898567 M3/min≒20M3/min
- ΔP=(1.2×0.025×202×99)÷(2×9.80665×0.151)≒410mmaq
- 混合比7で計算すると、410×7=2870mmaq
- 経験値より圧損を15~20%増加させると、2870×1.2=3444mmaq で十分輸送可能。
- ブロワの動力計算:
- 20×3500÷6120÷0.6÷0.74≒25.8Hp
- 25Hp~30Hpで運用可能。
圧損は一般的なエルボより小さいか?
通常、ニューマチック輸送の配管にはSCH40のシームレス鋼管が使用され、計算パラメータもこれを基準として設計される。
参考内径サイズ:
- 4”—102.3mm
- 5”—126.6mm
- 6”—151mm
- 8”—199.9mm
- 10”—248.8mm
- 12”—297.9mm
- 14”—333.4mm
- 16”—381mm
壓力損失の係数ζsbは曲率半径ρと内径Dに相対的な関係があります。 参照資料により以下のような標準値があります。
曲率半径/管形 | 壓力損失係数 |
ρ/D | ζsb |
2 | 1.5 |
4 | 0.75 |
6 | 0.5 |
17 | 0.38 |
一般に20Rのロングエルボの壓力損失係数值ζsbは0.50前後であり、此値は標準直管に曲率半径が生じた時の壓力損失を加えた値となります。
20Rロングエルボとスパイラル耐磨エルボの壓力損失の差異を確認した例を以下に示します。
では、どのように検証すればよいのでしょうか?以下に示すように、20Rロングエルボとスパイラル耐摩耗エルボの圧力損失の差異を確認できます。例えば、4インチの20Rロングエルボの場合、
風速設定於V=20M/S,混合比ή=1為基礎
例: 4″—102.3÷2×20=1023mm—20R長肘彎頭の曲率半径
—2×1023×π÷4=1607mm—90°彎管ζsb
—1067/102.3=15.708—参照資料により壓力損失係数は約0.40
例:6″—151÷2×20=1510mm
ρ=2×1510×π÷4=2372mm
ζsb—2372/151=15.708
したがって標準20Rロングエルボの壓力損失係数は0.40前後です。
4″ 20Rロングエルボの壓力損失計算: ∆Pn=(1.2×0.025×202×1.607)/(2×9.80665×0.1023)=9.6110mmaq ∆P206=9.6110×(1+0.40)=13.4555 mmaq
同様に6″ の∆P206は: ∆P206={(1.2×0.025×202×2.372)/(2×9.80665×0.151)}×(1+0.40)=13.4554 mmaq
スパイラル耐磨エルボSE圧損計算
4″—104.5mm, 5″—129.66mm,
6″—154.2mm, 8″—203.5mm,
10″—254.6mm, 12″—305.7mm,
14″—339.8mm, 16″—390.6mm
スパイラル耐磨エルボの流動距離
4″ :375+328+228=931mm
ζsb = 931/104.5=8.91
参照資料より壓力損失係数は<0.50以下。
∵スパイラル耐摩耗エルボの螺旋加圧(低圧損)は、螺旋の45°角を通過することで、係数が元の値の1/√2になります。
6″ :465+484+292=1241mm
ζsb =1241/154.2=8.05
参照資料より壓力損失係数は<0.50以下。
スパイラル耐磨エルボを20M/Sで計算すると:
4インチのスパイラル耐摩耗エルボの圧力損失は、1つのスパイラル耐摩耗エルボの内部チャンバーの通過距離が931mmとなります。
4″のスパイラル耐磨エルボの壓力損失: ∆Pn=1.2×0.025×202×0.931/2×9.80665×0.1045=5.451mmaq ∆Pse={(5.451×(1+0.5))}/√2=5.7817mmaq
6″ SEの流動距離は1241mm
同様の計算: ∆Pn=(1.2×0.025×202×1.241)/(2×9.80665×0.1542)=4.924mmaq
∆Pse={(4.924×(1+0.5))}/√2=5.223mmaq