Пневмо- и гидротранспорт

Область практического применения законов движения двухфазных систем в промышленности строительных материалов достаточно широка. Это и методы классифицирования сырья в жидкой и воздушной средах, сушка и обжиг материалов во взвешенном состоянии, обеспыливание газов, пневмо- и гидротранспорт.

Пневмо- и гидротранспорт в последние годы получил широкое распространение. Пневмотранспорт используют, например, на высокомеханизированных предприятиях сборного железобетона для разгрузки цемента из вагонов, транспортировки его в силосные склады и оттуда в расходные бункера; на заводах полимерных строительных материалов для транспортировки полистирола; на деревообрабатывающих предприятиях – для транспортировки опилок.

На предприятиях нерудной промышленности гидротранспорт песка и песчано-гравийной смеси – наиболее эффективный способ их транспортировки. На некоторых предприятиях сборного железобетона, на крупных стройках с большим объемом бетонных работ применяется гидротранспорт бетонных и растворных смесей.

Из приведенных примеров следует, что инженеру-технологу, работающему в любой области производства строительных материалов, знание основ пневмо- и гидротранспорта необходимо в его практической деятельности.

Оба рассматриваемых вида транспортировки подчиняются единым законам гидромеханики, однако каждый из них имеет свою специфику, объясняющую свойствами транспортирующей среды.

4.7.1. Пневмотранспорт

Для характеристики пневмотранспорта большое значение имеет направление транспортирования, концентрация твердой фазы и размер транспортируемых частиц, давление в системе. По направлению транспортирование может быть вертикальным, горизонтальным и наклонным.

Сыпучий материал можно транспортировать в системах с высокой, средней и низкой объемной концентрацией твердого компонента.

Низкая концентрации твердой составляющей потока (примерно до 0,03…0,04 м³/м³) не оказывает заметного влияния на скорость витания частиц, поэтому ее с достаточной для инженерных расчетов точностью можно определять без учета коэффициента стеснения Е_ст, т.е. по формулам

или .

Смеси, имеющие объемную концентрацию твердой фазы от 0,03…0,04 до 0,1…0,12 м³/м³, обычно относят к потокам средней концентрации, а выше 0,1…0,12 м³/м³ – к потокам высокой концентрации. В обоих этих случаях скорость витания рассчитывают по формуле

,

где v_вит.ст – скорость витания в стесненных условиях; Е_ст – коэффициент стеснения, зависящий от объемной концентрации частиц в потоке.

При этом коэффициент стеснения Е_ст устанавливают опытным путем или определяют по эмпирическим формулам.

По размеру транспортируемых частиц потоки подразделяют на пылевидные с диаметром частиц менее 1 мм и кусковые (гранулированные) с размером частиц более 1 мм.

Пневмотранспорт может быть нагнетательным и всасывающим. Движущей силой нагнетательного потока является избыточное давление, создаваемое в начале транспортной схемы. При всасывающем пневмотранспорте в конце транспортирования создается разряжение, и вся система находится в вакууме. При транспортировании пылевидных смесей последняя схема предпочтительнее, поскольку исключает пыление и загрязнение окружающей среды.

Для расчета пневмотранспорта необходимо знать: характеристику твердой фазы – размер частиц, их фракционный состав и плотность; газовой фазы – температуру, плотность, вязкость; количество твердого материала, которое нужно перемещать в единицу времени (грузоподъемность).

Помимо этих сведений, должны быть известны технологические особенности процесса, для которого предназначен пневмотранспорт. Если пневмотранспорт является частью технологической установки, то такие параметры, как температура и давление, а также физические и химические свойства твердой и газовой фаз, нужно учитывать при выборе способа пневмотранспорта при его расчете.

У большинства сыпучих материалов, перемещаемых пневмотранспортом, твердые частицы имеют неодинаковые размеры. Распределение их по размерам описывается дифференциальной или интегральной кривой распределения. Поэтому при полидисперсном материале часто ограничиваются расчетом скорости витания частиц с размером, равным среднему диаметру. Необходимо иметь в виду, что при высокой полидисперсности скорость витания для частиц разного размера может существенно отличаться от скорости витания, подсчитанной по среднему диаметру. Это следует учитывать при выборе скорости транспортирующего потока.

Как уже отмечалось, значения коэффициента лобового сопротивления с в формуле Ньютона зависят не только от критерия Рейнольдса, но и от фактора формы ψ = А_ш / А

,

где А_ш – поверхность шара, имеющего тот же объем, что и рассматриваемое тело поверхностью А. Фактор формы часто называют геометрическим коэффициентом формы. Форма частицы влияет на степень турбулизации потока. Чем больше геометрический коэффициент формы, тем при меньших числах Рейнольдса наступает турбулентный режим обтекания. Например, при ψ =1,2 переход к турбулентному режиму осуществляется при Re = 500, соответственно при ψ =1,5 – при Re = 400 и при ψ =2 – при Re = 350.

В табл. 4.1 приведены геометрические коэффициенты формы для некоторых материалов.

Таблица 4.1 – Геометрический коэффициент формы для частиц разных материалов

Материал	Плотность частицы, кг/м3	Преобладающая форма частиц	Геометрический коэффициент формы
Вспученный перлит Вермикулит: невспученный вспученный Кварцевый песок	1000 … 1200	Округлые и продолговатые с ноздреватой поверхностью Тонкие пластинки Пластинки Угловатые	1,3 … 1,5 1,9 … 2,0 1,4 … 1,6 1,15 … 1,2

Из приведенных данных следует, что частицы, имеющие одинаковую поверхность, но различный геометрический коэффициент формы (например, вермикулит и кварцевый песок), будут иметь различную скорость витания υ_вит. Для частиц, по форме резко отличающихся от шарообразных, выражать эквивалентный диаметр в виде диаметров сфер, эквивалентных по поверхности (или объему), может оказаться недостаточным. Так, применительно к частицам древесины (опилки) установлено, что наиболее близок к реальному эквивалентный диаметр шара, аэродинамически подобного частице неправильной формы. Аэродинамическое подобие в этом случае устанавливают по равенству скоростей витания частицы шарообразной и неправильной формы. Аэродинамические коэффициенты для частиц различной формы:
к_ф = 1 – для шаровидных частиц; к_ф = 1,1 для округленных частиц; к_ф = 1,53 – для угловатых частиц; к_ф = 1,76 – для продолговатых частиц; к_ф = 3,8 – для пластинчатых частиц.

Таким образом, в понятие "размер частиц", являющееся важнейшей характеристикой транспортируемой твердой фазы входит средний диаметр частиц и значения отклонений от него как в меньшую, так и в большую сторону, и геометрический, а иногда и аэродинамический коэффициенты формы.

Часто в технической литературе скорость, при которой твердая частица, находящаяся на дне горизонтальной трубы, начинает двигаться, называют скоростью троганья или скоростью веянья. Существуют две гипотезы, объясняющие возникновение подъемной силы, заставляющей твердую частицу двигаться.

Согласно первой, наличие подъемной силы объясняют срывом вихрей при обтекании частицы, находящейся в пристеночной области. Возникающая при этом в результате силы тяжести вертикальная составляющая скорости постепенно уменьшается, и частица вновь возвращается в пристеночную область, где она снова подвергается воздействию вихрей. Перемещение частицы вдоль трубы и происходит за счет таких скачкообразных движений.

Согласно второй, более поздней гипотезы, подъемная сила обусловливается вертикальными составляющими пульсационных скоростей.

В горизонтальном направлении можно транспортировать твердые частицы и при скоростях, меньших скорости их витания в вертикальном потоке. В этом случае движение зернистого материала по трубопроводу происходит вследствие перекатывания и волочения твердых частиц. Для этого необходимо преодолеть силы трения между частицей и стенкой. Поскольку сила трения есть произведение массы частицы на коэффициент трения, который меньше единицы, то для перекатывания и волочения частиц в горизонтальном направлении сила воздействия потока на них может быть меньше их массы. Однако скорость, необходимая для начала горизонтального движения частиц без перекатывания, всегда выше, чем скорость витания в вертикальном потоке.

Наклонные потоки занимают промежуточное положение.

Существенной характеристикой пневмотранспорта является его коэффициент полезного действия. Он представляет собой отношение полезной работы к работе, затраченной на сжатие транспортирующего потока. В данном случае полезная работа определяется как произведение веса твердой фазы на длину транспортирования. Для пневмотранспорта с низкой концентрацией твердой фазы характерны высокие скорости потока при невысоких потерях давления. Потоки с высокой концентрацией твердой фазы характеризуются, наоборот, низкими скоростями и сравнительно высокими перепадами давления.

Теоретически доказано, что максимальная эффективность вертикального пневмотранспорта достигается при низкой объемной концентрации твердой фазы, либо при концентрации, приближающейся к плотности материала в рыхлонасыпанном состоянии. По опытным данным КПД пневмотранспорта с низкой концентрацией твердого компонента составляет 8…10%, с высокой – 12…15, а иногда и до 20…22%.

При вертикальном пневмотранспорте сыпучего гранулированного крупнозернистого материала (более 1…2 мм) с невысокой концентрацией твердой фазы обычно считают, что при установившемся режиме (на средних участках транспортной схемы) средняя скорость транспортирующего потока равна сумме скоростей движения частиц и их витания

.

При пылевидных потоках со средними и высокими концентрациями твердой фазы по практическим данным разность v – v_тв в 3…4 раза больше скорости витания v_вит.

При достаточно высоких концентрациях твердой фазы, когда расстояния между частицами малы, может случиться так, что часть частиц попадает в гидродинамический след других, летящих впереди. При этом лобовое сопротивление снижается, и частицы выпадают из потока – происходит “завал” транспортируемой смеси. Завал также может произойти и при невысоких концентрациях пылевидного материала, склонного к агломерации. В этом случае скорость потока бывает недостаточна для создания восходящего движения достаточно больших агломератов. В этом случае разность между скоростями потока и частиц равна скорости витания одиночной частицы.

Имеется ряд эмпирических формул для определения скоростей потока, при которых происходит завал v_зав. Общая функциональная зависимость связывает v_зав с массовой концентрацией твердой фазы в потоке m, скоростью движения частиц v_тв и скоростью их витания v_вит.

При горизонтальном пневмотранспорте в верхней половине пневмопровода скорость газа выше, а концентрация твердой фазы ниже, чем на дне трубопровода. При определенных режимах частицы материала в нижней части могут быть неподвижными, и горизонтальное транспортирование будет протекать лишь в верхней половине пневмопровода (рис. 4.13).

Рисунок 4.13 – Эпюры скоростей v газового потока и концентрации х

твердой фазы при горизонтальном пневмотранспорте

Соотношение между скоростями газа и твердого компонента зависит от режима движения. Минимальная скорость газового потока, при которой твердые частицы транспортируются в горизонтальном направлении, не оседая на дно трубопровода, называется критической υ_кр. Она зависит от плотностей транспортирующего потока ρ_ж и твердой фазы ρ_тв, диаметра частиц d, массовой концентрации твердой фазы m, диаметра D и длины трубопровода L. Функциональная зависимость имеет вид

.

Для пневмотранспорта критическая скорость может быть найдена по эмпирической формуле:

,

где D – диаметр трубопровода; d – диаметр частиц; ρ_тв, ρ_ж – соответственно плотность твердой фазы и транспортирующего потока; m – весовая (расходная x) концентрация твердой фазы, т.е. отношение весового расхода дискретного компонента к весовому расходу смеси.

Установлена связь между скоростью горизонтального транспортирующего потока и соотношением между ней и скоростью витания частиц в вертикальном потоке. Чем ниже скорость витания частиц в вертикальном потоке, тем больше отношение скоростей транспортирующего воздуха и витания частиц. Эту зависимость объясняют попаданием мелких частиц в область пограничного слоя. Для перевода их во взвешенное состояние необходимо создать вихри для срыва пограничного слоя и подъема частиц со дна, что требует увеличения средней скорости потока. Частицы, размер которых больше толщины пограничного слоя, ощущают гидродинамическое воздействие потока даже при сравнительно низких его скоростях.

На входном участке вертикального и горизонтального пневмопровода режим движения неустановившийся; такой участок называют разгонным. Часто при высоких скоростях транспортирующего потока сечение верхней части пневмоподъемника увеличивают для снижения скорости выхода твердых частиц из подъемного стояка; такой участок называют тормозным.

На основном участке со стационарным движением перепад давления определяется касательными напряжениями между потоком пневмовзвеси и стенками трубопровода. В случае вертикального пневмотранспорта к этому добавляется статический напор, определяемый весом твердого материала, находящегося в подъемном стояке. Статический напор самого транспортирующего потока по равнению со статическим напором твердой фазы пренебрежимо мал и обычно в инженерных расчетах не учитывается. На разгонном и тормозном участках к этим потерям добавляется динамическая потеря напора, определяемая изменением скорости несущего потока. Тогда общая потеря напора в пневмопроводе может быть представлена следующими уравнениями:

для вертикального пневмотранспорта

для горизонтального пневмотранспорта

,

где индексы ”r”,”ст”,”т”,”д” и “н” означают соответственно газ, статический вес твердой фазы, твердый материал, динамический напор, и сопротивление на участке с неустановившимся движением.

Подробный инженерный расчет пневмотранспорта достаточно сложен и приводится в специальной литературе.

На рис. 4.14 приведена принципиальная схема пневмотранспорта цемента на заводах сборного железобетона.

1 – вакуум-разгрузчик цемента; 2 – течка; 3, 10 – приемный бункер; 4, 11 – камерный питатель;

5, 12 – пневмопровод; 6 – осадительные устройства; 7, 9 – аэрожелоб; 8 – силосные банки

Рисунок 4.14 – Принципиальная схема пневмотранспорта цемента на заводах ЖБИ

Поступивший на завод в специальных вагонах цемент разгружается вакуум-разгрузчиком 1 и направляется по течке 2 в бункер 3, откуда двухкамерным питателем 4 по трубопроводу 5 через систему осадительных устройств 6 цемент аэрожелобом 7 распределяется в силосные банки 8. Около 20% площади наклонных днищ силосов оборудованы аэрационными коробами, предназначенными как для облегчения разгрузки, так и для гомогенизации различных партий вяжущего, поступившего на завод. Через течки по аэрожелобу 9 цемент попадает в бункер 10, откуда питателем 11 по пневмопроводу 12 подается в бетоносмесительный узел завода.

Расход сжатого воздуха в системе зависит от вида питателя (камерные, пневмовинтовые и др.), расстояния транспортирования и колеблется в пределах 0,025…0,04/кг материала при давлениях 0,12…0,6 МПа.

Применение пневмотранспорта цемента экономически целесообразно при подаче на высоту более 20 м. При меньшей высоте подъема устанавливают обычные ковшовые элеваторы.

Пневмотранспорт пылевидных материалов в аэрогравитационных желобах основан на способности псевдоожиженного материала перетекать непрерывным потоком в определенном направлении. Желоб состоит из двух отсеков, разделенных горизонтальной пористой перегородкой. В нижний отсек поступает газовый поток, нагнетаемый вентилятором, и через пористую перегородку проникает вверх в транспортный отсек, ожижая находящийся там материал. Желобу придается небольшой уклон в сторону движения псевдоожиженного материала. Перфорированные перегородки изготовляют из керамических пористых плит, стекло-и хлопчатобумажных тканей, металлических перфорированных сит и т. д.

Производительность пневможелобов прямо пропорциональна уклону и растет с увеличением скорости транспортирующего потока. Применительно к пневмотранспорту цемента для определения скорости его движения применяют известную в гидравлике формулу Шези:

,

где К – эмпирический коэффициент; Р – смоченный период; i – уклон желоба.

Производительность желобов, выпускаемых отечественной промышленностью, составляет 25…160 т/ч при длине10…40 м и мощностях электропривода 0,6…4,5 кВт. Давление, необходимое для транспортирования, зависит от длины желоба и составляет 2350…2900 Па.

4.7.2. Гидротранспорт

Применительно к гидротранспорту твердый материал по гранулометрическому составу подразделяют на кусковой размером частиц более 2…3 мм, грубодисперсный – о,15…2 мм и тонкодисперсный – менее 0,15…0,2 мм. Механизм взаимодействия твердых частиц крупнозернистого материала и взвесенесущего жидкостного потока идентичен пневмотранспортному потоку.

Однако между ними имеется и существенное различие: при гидротранспорте разница в плотностях транспортирующего потока и транспортируемого материала значительно меньше, чем при пневмотранспорте; велико различие транспортирующих сред и по вязкости. Оба эти обстоятельства существенно влияют на скоростные характеристики потока и потери напора (а, следовательно, и энергозатраты) в транспортных системах. Так, гидротранспорт возможен при значительно меньших скоростях потока, чем пневмотранспорт.

По мере уменьшения размера твердых частиц и повышения их концентрации движение обуславливается не только законами гидродинамики, но и физико-химическими процессами на границах раздела твердой и жидкой фаз, в том числе и образованием структурных связей. Структурные связи начинают возникать при наличии в гидросмеси твердых частиц менее 75…100 мкм. Создание таких связей в значительной степени зависит от молекулярного сродства между твердой и жидкой фазами и молекулярного (ионного) взаимодействия на границах фаз, определяемого этим сродством.

В технической литературе по гидротранспорту тонкодисперсные гидросмеси часто называют структурированными жидкостями. Течение их подчиняется законам течения неньютоновских жидкостей.

Структурные гидросмеси могут быть стабильными и нестабильными. Первые способны к длительному хранению в неподвижном состоянии без расслаивания. Существенным свойством являются низкая скорость осаждения твердой фазы. Стабильность гидросмесей в потоке выше, чем в состоянии покоя. Во время движения даже нестабильные гидросмеси приобретают стабильность. Последнее достигается двумя способами: соответствующим подбором зернового состава твердой фазы и доставкой специально подобранных поверхностно-активных веществ. Таким образом, структурные и динамические характеристики потока определяются зерновым составом твердой фазы и физико-химическим сродством жидкости и твердого материала.

В полидисперсных смесях могут появляться свойства тонко- и грубодисперсных смесей в зависимости от относительного содержания этих фракций в смеси и физико-химического сродства твердой и жидкой фаз.

При введении в поток чистой жидкости твердой фазы симметричное скоростное поле нарушается. Вдоль вертикального диаметра горизонтального гидропровода максимум скорости при определенных условиях перемещается с геометрической оси в верхнюю половину трубы (рис 4.15, а).

(а) – мелкозернистая взвесь;

(б) – крупнозернистая взвесь

Рисунок 4.15 – Положение

гидродинамической оси (1) по отношению к геометрической

оси (2) и величина гидродинамического радиуса (R'₁, R'₂, …, R'_n) при изменении скорости

взвесенесущего потока

Асимметрия скоростного поля увеличивается при уменьшении скорости потока, увеличение плотности и концентрации твердой фазы. По мере увеличения этой асимметрии все большая часть твердого материала сосредотачивается в нижней половине трубы. Так как это вызывает возрастание сопротивления потоку в призонной области, то большая часть взвесенесущего потока проходит по верхней половине трубы. Линия 1 максимальной скорости потока, называемая гидродинамической осью, расположена выше геометрической оси трубы 2 и приближается к оси по мере увеличения средней скорости потока. Расстояние от нижней стенки горизонтального трубопровода до гидродинамической оси иногда называют гидродинамическим радиусом R′. Это понятие не следует путать с гидравлическим радиусом R_r, который есть отношение площади живого сечения потока к смоченному периметру проводного канала.

При организации гидротранспорта необходимо учитывать, какой материал транспортируется – мелкозернистый или грубодисперсный и кусковой. Классификация материала по крупности оказывается недостаточной при рассмотрении поля скоростей потока. Исследованиями установлено, что начиная с некоторого диаметра частиц изменение скорости потока не вызывает увеличения ни гидродинамического радиуса R′, ни гидравлического сопротивления ∆ р. Применительно к гидротранспорту это положение принято считать границей разделения твердой фазы на мелкозернистую и грубозернистую. Понятия “мелкозернистый” и “грубозернистый” являются относительными и зависят от соотношения между диаметрами частиц и трубопровода. Согласно экспериментальным данным, крупнозернистыми считаются взвеси с размером твердой фазы более 1 мм в трубопроводе диаметром 25 мм, более 2 мм при D = 50 мм, более 5…7 мм при D = 100 мм и более 6…8 мм при D = 200 мм.

При транспортировании грубозернистой смеси также наблюдается асимметрия скоростного поля по вертикальному диаметру потока (рис. 4.15, б). Однако в отличие от мелкозернистых смесей она остается неизменной при изменении скорости (). Характер кривых, характеризующих скоростные поля мелкозернистой взвеси, также различен. Градиент скорости dv/dy мелкозернистой взвеси, так же как и однородной жидкости, возрастает по мере приближения к стенкам трубы. В потоках крупнозернистого материала градиент скорости по мере приближения к низу трубы сначала увеличивается, а на некотором расстоянии от дна уменьшается (перегиб кривой профиля скорости ниже гидродинамической оси на рис. 4.15, б).

При горизонтальном гидротранспорте в нижней половине поперечного сечения трубы концентрация твердого материала выше, чем в верхней. При скорости ниже определенного предела часть материала может оседать на дно трубопровода. Различают две критические скорости потока гидросмеси – скорость сальтации () и минимальную скорость гидротранспортирования (). Под принимают скорость потока, при которой часть твердых частиц периодически останавливается, а затем вновь начинает скользить по дну трубы; – это средняя скорость потока гидросмеси, при которой не образуется слоя твердых частиц, скользящих по дну трубы в направлении движения потока. Отсюда следует, что >. Обе критические скорости зависят от физических свойств жидкости и твердой фазы, диаметра трубопровода и концентрации твердого материала.

При вертикальном гидротранспорте твердые частицы распределяются по поперечному сечению трубы неравномерно. Установлено, что при ламинарном режиме восходящего потока частицы подвержены радиальным перемещениям (эффект Сегре-Зильберберга). Неравномерность концентраций твердой фазы зависит от этих перемещений и определяется соотношением твердой и жидкой фаз, направлением движения потока и его скоростью.

Таким образом, структура потока при вертикальном гидротранспорте характеризуется наличием ядра потока из концентрированной жидкости, которое, как установлено исследованиями, формируется на определенном расстоянии от входа гидросмеси в гидроподъемник. Участок, на котором оно формируется, называют участком стабилизации. Следовательно, характеристиками структуры потока являются длина участка стабилизации и отношение радиуса ядра потока R₀ (не путать с ядром потока чистой жидкости) к радиусу трубы R. Отношение R₀ / R зависит от скорости потока и становится минимальным при нижней критической скорости жидкости , равной скорости витания частиц. По мере увеличения скорости радиус ядра растет и при верхней критической скорости , характеризующейся равномерным распределением твердой фазы по сечению потока, становится равным единице. На влияет диаметр трубы: при уменьшении диаметра верхняя критическая скорость увеличивается. Экспериментально установлено, что эффект Сегре-Зильберберга проявляется только при ламинарном движении и при R_е > 2300 исчезает.

Затрата энергии при гидротранспорте (так же, как и при пневмотранспорте), определяющая экономику процесса, зависит от потери напора. Потеря напора на перемещение чистой жидкости увеличивается, согласно формуле Дарси-Вейсбаха, пропорционально квадрату скорости потока

,

где λ – коэффициент гидравлического трения; l – длина трубы; D – диаметр трубы.

В то же время повышение скорости способствует более равномерному распределению твердых частиц в потоке, а также предотвращает их оседание на дно трубы и взаимные столкновения при горизонтальном гидротранспорте. В связи с этим уменьшается затрата энергии на перемещение твердых частиц в общей потере напора. Таким образом, по мере увеличения скорости транспортирования основная энергия затрачивается на перемещение жидкости, что снижает коэффициент полезного действия системы.

По мере уменьшения скорости общая потеря напора снижается с одновременным увеличением доли потерь на перемещение твердой фазы. После достижения минимума, при котором большая часть частиц осела на дно, потеря напора вновь начинает расти (случай, мало интересный для практики гидротранспорта).

Наиболее экономично осуществлять транспортирование гидровзвеси при скорости потока, близкой к минимальной. При этом общая потеря напора невелика, и затраты на перемещение твердого материала максимальны. С практической точки зрения, такая система организации гидротранспорта рациональна, когда технолога не очень интересует изменение состава смеси в процессе транспортирования. Практические расчеты гидротранспорта приводятся в специальной литературе.

Изложенное выше справедливо для взвесей малой и средней концентрации, в частности при транспортировании песчаных и гравийно-песчаных смесей.

Трубопроводный транспорт бетонных и растворных смесей имеет свою специфику. Подача бетонной смеси от бетоносмесительного отделения к постам укладки по трубам на расстояния до 250 м практикуется, например, на заводах с кассетной технологией. Она имеет ряд преимуществ: при подаче по трубам нет потерь бетона, создаются благоприятные санитарно-гигиенические условия труда, трубопроводы занимают мало места.

Вместе с тем трубопроводный транспорт имеет и свои недостатки: пластичные смеси с осадкой конуса 8 см и выше подвержены расслаиванию; жесткие смеси требуют повышенного расхода сжатого воздуха, установки для их транспортирования менее надежны и нередко выходят из строя.

Различают два способа подачи бетонной смеси: порционный и непрерывный. При порционном способе бетонная смесь загружается в камерный питатель и давлением воздуха транспортируется по бетоноводу до места укладки. Разновидностью этого способа является разделение в трубопроводе каждой порции бетона воздушными прослойками (рис. 4.16).

1 – лопасти смесителя; 2 – выходное отверстие; 3 – бетоновод; 4, 5 – воздуховоды

Рисунок 4.16 – Принципиальная схема порционной транспортировки бетонной смеси

При такой порционной транспортировке бетонной смеси, в отличие от транспортирования единичной порции без ее разделения на более мелкие, резко сокращается расход воздуха. Разделение порции бетонной смеси, поступающей в трубопровод, производится следующим образом: лопасти смесителя 1 при вращении перекрывают выходное отверстие нагнетательного резервуара 2, на короткое время препятствуя поступлению смеси в бетоновод 3. Сжатый воздух в нагнетательный резервуар и бетоновод подается постоянно по воздуховодам 4 и 5.

При непрерывном способе подачи порция бетонной смеси из питателя воздухом вытесняется в бетоновод, освобождая питатель для следующей порции. Каждая выдавливаемая порция смеси продвигает по бетоноводу предыдущую. При этом, естественно, давление воздуха должно быть значительно выше, чем при порционном способе, так как необходимо продвинуть всю массу бетона, находящегося в бетоноводе.

Поскольку сопротивление движению зависит от пластично-вязких характеристик бетонной смеси, такой способ транспортировки практически возможен только для очень подвижных (литых) смесей, да и то на значительно меньшие расстояния. По данным проведенных исследований, предельная длина сплошного стержня бетонной смеси L _пр, которую можно протолкнуть по трубопроводу,

,

где D – диаметр трубопровода; p – давление сжатого воздуха; τ – предельное напряжение сопротивления сдвигу бетонной смеси по стенке трубы.

Расчеты показывают, что для смесей с расходом цемента около 300 кг на 1 м³ бетона и В/Ц = 0,6 транспортировка смеси при давлении 0,6 МПа (обычное давление при порционной подаче) по трубопроводу диаметром D = 100 мм возможна не далее 5 м. Поскольку на производстве транспортировать смесь приходится на большие расстояния, то такой способ при малых давлениях для таких смесей непригоден.