Перспективы развития систем пневматической транспортировки сыпучих материалов

Аннотация

Проанализировано современное состояние систем пневматической транспортировки сыпучих материалов. Рассмотрены четыре ключевые проблемы, влияющие на эффективность подобных систем: 1) абразивный износ элементов системы, 2) образование завалов материала в трубопроводах, 3) низкая энергетическая эффективность, 4) деградация транспортируемого материала. Установлено, что интенсивность абразивного износа определяется скоростью транспортирующего потока газа и массовой концентрацией транспортируемого материала. Показано, что образование завалов обусловлено уменьшением скорости потока ниже минимально необходимых значений, изменением свойств транспортируемого материала и нестабильностью работы системы. Приведены закономерности изменения потерь давления в зависимости от скорости воздушного потока и массовой концентрации материала. Систематизированы методы и перспективные технологии повышения эффективности систем пневматической транспортировки: переход на режим транспортировки в плотной фазе, применение износостойких материалов и специальных конструктивных элементов, использование ступенчатых систем с переменным диаметром трубопровода, внедрение систем мониторинга неисправностей и автоматического управления параметрами рабочего процесса. Результаты проведенного исследования могут быть использованы при проектировании, эксплуатации и модернизации промышленных систем пневматической транспортировки сыпучих материалов

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Демихов К.Е., Очков А.А., Скорняков В.М. Перспективы развития систем пневматической транспортировки сыпучих материалов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2026, № 2 (157), c. 85--101. EDN: MZKPOK

Литература

[1] Островский Г.М. Пневматический транспорт сыпучих материалов в химической промышленности. Л., Химия, 1984.

[2] Тарасов В.П., Тарасов А.В. Анализ особенностей нагнетающих систем пневмотранспорта с приводными питателями при их работе в переходных и неустановившихся режимах. Ползуновский вестник, 2022, № 3, c. 50--57. EDN: BRJDJI

[3] Mills D. Pneumatic conveying design guide. Oxford, Elsevier, 2004.

[4] De Freitas A.G., dos Santos R.B., Riascos L.A.M., et al. Experimental design and optimization of a novel solids feeder device in energy efficient pneumatic conveying systems. Energy Rep., 2023, vol. 9, pp. 387--400. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.05.270

[5] Abe M.C., Gelladuga G.A., Mendoza C.J., et al. Pneumatic conveying technology: recent advances and future outlook. Eng. Proc., 2023, vol. 56, no. 1, art. 205. DOI: https://doi.org/10.3390/ASEC2023-16267

[6] Klinzing G.E., Rizk F., Marcus R.D., et al. Pneumatic conveying of solids. Chapman & Hall, 1997.

[7] Путилов В.Я., Прохоров В.Б., Путилова И.В. Анализ абразивного износа трубопроводов при пневмотранспорте мелкодисперсных сыпучих материалов. Теплоэнергетика, 2003, № 1, с. 61--67. EDN: PFYYPB

[8] Duarte C.A.R., de Souza F.J., de Vasconcelos Salvo R., et al. The role of inter-particle collisions on elbow erosion. Int. J. Multiph. Flow, 2017, vol. 89, pp. 1--22. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2016.10.001

[9] Verma R., Agarwal V.K., Pandey R.K., et al. Erosive wear reduction for safe and reliable pneumatic conveying systems: review and future directions. Life Cycle Reliab. Saf. Eng., 2018, vol. 7, no. 3, pp. 193--214. DOI: https://doi.org/10.1007/s41872-018-0055-7

[10] Zhou J.W., Liu Y., Liu S.Y., et al. Effects of particle shape and swirling intensity on elbow erosion in dilute-phase pneumatic conveying. Wear, 2017, vol. 380, pp. 66--77. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2017.03.009

[11] Macchini R., Bradley M.S.A., Deng T. Influence of particle size, density, particle concentration on bend erosive wear in pneumatic conveyors. Wear, 2013, vol. 303, no. 1-2, pp. 21--29. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2013.02.014

[12] Zhang Y., Zhou C., Liu H., et al. Abrasion resistant elbow. Patent CN 202828953. Appl. 23.04.2012, publ. 27.03.2013.

[13] Yang C., Yang Z., Yang B. Abrasion-resistant ceramic elbow. Patent US 20080169642. Appl. 14.08.2007, publ. 17.07.2008.

[14] Haugland I.B., Chladek J., Halstensen M. Monitoring of erosion in a pneumatic conveying system by non-intrusive acoustic sensors --- a feasibility study. Linkoping Electronic Conference Proceedings, 2019, vol. 1709, no. 12, pp. 78--84. DOI: https://doi.org/10.3384/ecp2017078

[15] Henry R.M., Al-Faysale M.S.M. Condition monitoring of bends in pneumatic conveying systems. In: COMADEM 89 International. Boston, Springer, 1989, pp. 525--529. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4684-8905-7_84

[16] Разумов И.М. Псевдоожижение и пневмотранспорт сыпучих материалов. М., Химия, 1972.

[17] Barbosa P.R., Seleghim Jr.P. On the application of fuzzy logic control in pneumatic conveying systems. Journal of the Brazilian Neural Network Society, 2011, vol. 9, no. 4, pp. 256--265. DOI: http://dx.doi.org/10.21528/lnlm-vol9-no4-art4

[18] Li Z., Chu K., Pan R., et al. Computational study of gas-solid flow in a horizontal stepped pipeline. Math. Probl. Eng, 2019, art. 2545347. DOI: https://doi.org/10.1155/2019/2545347

[19] Zheng Y., Rinoshika A. Analysis of particle dynamics in a horizontal pneumatic conveying of the minimum pressure drop based on POD and wavelet transform. Powder Technol., 2017, vol. 320, pp. 726--738. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.07.092

[20] Jia W., Yan J. Pressure drop characteristics and minimum pressure drop velocity for pneumatic conveying of polyacrylamide in a horizontal pipe with bends at both ends. Powder Technol., 2020, vol. 372, pp. 192--203. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.06.004

[21] Dikty M., Hilgraf P., Worthington R. Energy-saving pneumatic conveying pipe system. IEEE Cement Industry Techn. Conf. Record, 2008, pp. 229--240. DOI: https://doi.org/10.1109/CITCON.2008.25

[22] Kofu K. Pressure loss reduction in horizontal plug conveying of granular particles with ultrasonic vibration. Powder Technol., 2016, vol. 294, pp. 202--210. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.02.034

[23] Kalman H. Attrition of powders and granules at various bends during pneumatic conveying. Powder Technol., 2000, vol. 112, no. 3, pp. 244--250. DOI: https://doi.org/10.1016/S0032-5910(00)00298-9

[24] Chapelle P., Christakis N., Abou-Chakra H., et al. Computational model for prediction of particle degradation during dilute-phase pneumatic conveying: modeling of dilute-phase pneumatic conveying. Adv. Powder Technol., 2004, vol. 15, no. 1, pp. 31--49. DOI: https://doi.org/10.1163/15685520460740052

[25] Очков А.А., Скорняков В.М. Оптимизация геометрических параметров колена трубопровода в системах пневмотранспорта полиэтилена. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2024, № 4 (151), c. 82--95. EDN: WFXKYM

[26] Lorenz R.D. A theory of angel hair: analytic prediction of frictional heating of particulates in pneumatic transport. Powder Technol., 2019, vol. 355, pp. 264--267. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.07.057

[27] Dhodapkar S., Solt P., Klinzing G. Understanding bends in pneumatic conveying systems. Chem. Eng., 2009, vol. 116, no. 4, pp. 53--60.

[28] Kotzur B.A., Bradley M.S., Berry, R.J., et al. Breakage characteristics of granulated food products for prediction of attrition during lean-phase pneumatic conveying. Int. J. Food Eng., 2016, vol. 12, no. 9, pp. 835--850. DOI: https://doi.org/10.1515/ijfe-2016-0045

[29] Brosh T., Kalman H., Levy A. DEM simulation of particle attrition in dilute-phase pneumatic conveying. Granular Matter, 2011, vol. 13, no. 2, pp. 175--181. DOI: https://doi.org/10.1007/s10035-010-0201-z