Кожурин И.А. Оборудование трикотажно-отделочного производства

Подождите немного. Документ загружается.

Взвешенные красители й вспомогательные вещества предва-

рительно растворяют в небольшом объеме теплой воды в раст-

ворном баке 4. Мешалка 5 бака способствует быстрому раст-

ворению веществ. Затем в реакторе с помощью воздушного ин-

жектора 1 создают вакуум, вследствие чего раствор из бака 4

в течение нескольких минут всасывается в реактор. В реакторе

раствор разбавляется водой и при подогревании тщательно пе-

ремешивается мешалкой. Готовый раствор передавливается

с помощью сжатого воздуха по трубопроводу, подсоединенному

к красильной машине. Опорожненный реактор и трубопроводы

промывают горячей водой.

Централизованное снабжение технологического оборудова-

ния красильными растворами позволяет снизить трудовые за-

траты и простои оборудования, повысить культуру произ-

водства.

§ 3. ТРУБОПРОВОДЫ

Виды и применение трубопроводов. В красильно-отделочном

производстве трубопроводы применяют для транспортирования

воды, растворов химических материалов, пара и газообразных

сред к основному технологическому оборудованию, а также

сброса отработавших сред в канализацию или атмосферу.

Трубопроводные коммуникации (как магистральные, так и

разводящие внутрицеховые) составляют из отдельных труб, сое-

диняя их с помощью соединительной арматуры.

Трубопроводы делят на несколько видов: металлические и

неметаллические, большой и малой площади сечения, хемо- и

жаростойкие и др. Различают их также по способу изготовле-

ния: цельнотянутые (цельнокатаные) и шовные (сварные).

В условиях красильно-отделочного производства, о которых

сказано в главе 1, трубопроводы подвергаются разнообразным

воздействиям, вызывающим в материале, из которого они изго-

товлены, внутренние напряжения. На трубопроводы действуют:

давление (разрежение) транспортируемой среды;

собственная масса, масса заполняющего трубопровод про-

дукта и изоляции;

продольные силы, возникающие при изменении температуры

транспортируемой среды.

Поэтому к трубопроводам предъявляют определенные тре-

бования: все части трубопроводов, включая соединительную,

запорную и другую арматуру, должны обладать достаточной

механической прочностью, чтобы воспрепятствовать этим внеш-

ним силам. Кроме того, с учетом условий, в которых трубопро-

воды работают, они должны быть достаточно устойчивы к хи-

мическому воздействию протекающих сред, обладать, когда это

необходимо, антикоррозийными свойствами, легко соединяться

в коммуникации. При выборе трубопроводов принимают во

Внимание все перечисленные факторы. При выборе учитывают

также стоимость отдельных трубопроводов.

В красильно-отделочном производстве преимущественное

применение находят трубопроводы из серого чугуна, углероди-

стых и легированных сталей. При выборе металлических трубо-

проводов учитывают свойства данного металла и его отноше-

ние к протекающим по нему средам. Чугунные трубы приме-

няются главным образом для водопроводных коммуникаций и

канализационных стоков при давлениях, не превышающих

0,8 МПа. Арматура для этих трубопроводов выполняется обычно

из ковкого чугуна.

Трубы из углеродистых сталей с диаметром условного про-

хода Dy 8—150 мм применяют для водо- и паропроводных ком-

муникаций, перемещения сжатого воздуха, щелочных растворов,

а также сред при высоком давлении.

Стальные трубы легко подвергаются коррозии, поэтому их

нельзя применять для транспортирования кислот и растворов

окислителей.

Трубы из легированных сталей — хромистых, хромоникеле-

вых, хромоникельмолибденовых и др. — применяют для транс-

портирования химически активных сред: красильных рабочих

растворов, концентрированных растворов химикатов и вспомо-

гательных веществ. Их подают от химических станций к кра-

сильному оборудованию, эти растворы находятся в циркуляци-

онных системах самих красильных машин.

Все большее применение находят трубы из пластмасс, обла-

дающие высокой хемостойкостью, абсолютной антикоррозий-

ностью, малой плотностью. Трубы из пластмасс дешевле сталь-

ных, особенно из легированных сталей, и их применение вместо

дорогостоящих металлических труб экономически целесооб-

разно.

Главным образом используют трубы из полиэтилена, поли-

метакрилата, винипласта и других пластмасс. Однако следует

учитывать высокую термопластичность большинства пластмасс,

вследствие которой их нельзя использовать при транспортиро-

вании сред, имеющих высокую температуру.

Применяют также керамические трубы (для канализацион-

ных стоков), резиновые шланги (для временных и подвижных

коммуникаций, гибких соединений и т. п.), фарфоровые трубы

(для передачи химически чистых сред) и др.

В последнее десятилетие созданы новые материалы для

труб — норпласты, представляющие собой соединения неорга-

нических веществ с органическими пластмассами. Норпласты

значительно дешевле традиционно применяемых пластмасс, не

уступая им, а иногда и превосходя по эксплуатационным свой-

ствам.

Особый интерес представляют трубы из композиционных ма-

териалов— композитов. Их получают, связывая специальным

282

застывающим составом вещества, имеющие волокнистую струк-

туру. Волокна плюс связка составляют ту или иную компози-

цию, отсюда и название — композиты.

Волокна делают из карбида кремния, оксида алюминия,

стекла, бора и других, в том числе органических, веществ.

Некоторые композиты в три—пять раз легче стали, в то

же время в два-три раза превосходят по прочности лучщие ее

сорта. Трубы из композитов в несколько раз долговечнее труб

из традиционных стальных материалов.

Отличительные окраски трубопроводов. Трубопроводные

коммуникации и разводящие линии в производственных усло-

виях должны быть окрашены в определенный цвет в зависи-

мости от транспортируемой среды. Установлены следующие

цвета окраски.

Транспортируемая среда

Производственная (технологи-

ческая) вода

Питьевая вода

Горячая »

Вода для пожарных водопрово-

дов

Насыщенный пар

Сжатый воздух

Воздух пониженного давления

(вакуум)

Канализационные стоки

Концентрированные растворы

кислот

Разбавленные растворы кислот

Концентрированные растворы

щелочей

Разбавленные растворы щело-

чей

Цвет

Черный

Зеленый

Зеленый с красными поло-

сами

Оранжевый

Красный с желтыми поло-

сами

Синий

Белый с желтыми полосами

Черный с желтыми полосами

Красный с белыми полосами

Красный с двумя белыми по-

лосами

Вишневый

Вишневый с белыми поло-

сами

Полосы наносят по окружности трубы. Ширина полос 50—

100 мм, расстояние между полосами 1—2 м.

Покрытия трубопроводов. Трубопроводы могут иметь поверх-

ностное покрытие, которое наносят с целью предупреждения

коррозии труб или для их теплоизоляции.

Для снижения подверженности труб коррозии их покрывают

эмалями, лаками или резиной (гуммируют).

При теплоизоляции трубопроводов преследуют цели:

предохранить водяной пар от конденсирования в трубопро-

воде, так как его конденсация снижает теплосодержание пара,

ведет к теплопотерям;

сократить потери тепла или температуры воды и растворов

вследствие отдачи тепла в окружающую среду;

предупредить застывание или замерзание продукта;

устранить конденсацию содержащихся в воздухе водяных

паров на холодных стенках трубопроводов, проходящих в теп-

лых помещениях;

предохранить помещение от нагревания горячими трубопро-

водами;

исключить травматизм от ожогов.

Теплоизоляционные материалы для трубопроводов должны:

обладать малой теплопроводностью, небольщой теплоемкостью

и низкой плотностью; иметь достаточную механическую проч-

ность, морозо- и теплостойкость, несгораемость и стойкость

к действию химических веществ; легко наноситься на трубы,

а также иметь невысокую стоимость. Наибольшее применение

для теплоизоляционных покрытий трубопроводов в красильно-

отделочном производстве находят стекловата, войлок-кошма, ас-

бестит и асбестовый картон, асбозурит и др.

По способу нанесения теплоизоляционные материалы делят

на мастичные, которые наносят на горячие поверхности, формо-

ванные, мастично-формованные, обертные, засыпные.

Арматура трубопроводов. Трубы соединяют между собой и

с арматурой. Арматурой называют различные части трубопро-

водов, одни из которых предназначены для соединения труб,

другие — для открывания или перекрывания прохода трубопро-

вода.

Различают арматуру соединительную, запорную (регулиро-

вочную) и самодействующую, предназначенную для обеспече-

ния нормальной работы трубопроводов.

К соединительной арматуре относят муфты прямые и пере-

ходные, колена, тройники, крестовины. Эти фасонные части бы-

вают с резьбой (применяются при резьбовых соединениях) и

с фланцами (для фланцевых соединений трубопроводов). При

неразъемных (сварных) соединениях трубопроводов соедини-

тельная арматура не применяется.

Для уплотнения соединений трубопроводов с арматурой ис-

пользуют прокладочные материалы, которые подразделяют на

материалы органического происхождения (резина, кожа, цел-

люлоза), неорганического (асбест), искусственные (смолы) и

металлические. Некоторые прокладочные материалы, например

пеньку-волокно, шпагат, бумажный картон и др., пропитывают

смесью масел с графитным порошком. При выборе уплотнитель-

ных прокладочных материалов учитывают вид трубопроводов,

характер соединения с арматурой, химические свойства транс-

портируемой среды и ее давление, условия, в которых работают

трубопроводы, и др.

К запорной арматуре относят краны, вентили и задвижки,

предназначенные для регулирования количества протекающей

жидкости или иной среды. Эти устройства называют также при-

водной арматурой, так как она приводится в действие челове-

ком вручную или с помощью автоматических приводных испол-

нительных механизмов.

284

Основным органом крана является пробка (рис. 160,а), за-

ключенная в корпус. Пробка имеет сквозное отверстие, ось ко-

торого при закрытом кране перпендикулярна оси трубы, а при

открытом совпадает с ней. Пробку в корпусе крана поворачи-

вают на угол 90° в ту или иную сторону с помощью ручки крана,

открывая ток жидкости в водопроводе или перекрывая его.

Краны устанавливают в разрезах трубопроводов или на их

концах, например, для слива воды и растворов. Краны приме-

няют на трубопроводах для воды, сжатого воздуха, на вакуум-

ных линиях.

В последние годы все большее применение находят шаровые

краны. Главным органом такого крана является клапан, имею-

щий форму шара со сквозным отверстием диаметром, равным

диаметру условного прохода трубопровода. Шаровой клапан

заключен в корпус с шаровой внутренней поверхностью. Кран

открыт, когда оси отверстий шара и трубопровода совпадают.

При установке клапана в положение, когда оси отверстий не

совпадают, трубопровод перекрывается.

Главным достоинством шарового крана является значи-

тельно меньшее, чем у других кранов, сопротивление, оказы-

ваемое движущейся жидкости.

Вентили применяют в качестве запорного и регулирующего

устройства на трубопроводах с диаметром условного прохода

от 10 до 120 мм. Основным органом вентиля является золотник

или клапан, который с помощью шпинделя можно поднять

вверх или опустить на седло корпуса (рис. 160,6). Обычно кла-

пан снабжают прокладкой из кожи, резины и других материа-

лов, выбор которых обусловлен характером транспортируемой

среды.

Вентили устанавливают в основном на водо- и паропровод-

ных линиях, трубопроводах для подачи разнообразных раство-

ров к технологическому оборудованию и как регулирующие

устройства на трубопроводных системах самих машин.

По приводу вентили бывают с ручным управлением,электро-

магнитным, пневматическим. Они удобны для дистанционного

управления при автоматическом управлении технологическими

'у

Рис. 160. Запорная арматура

процессами. Особенности вентилей — высокая надежность и

возможность точного регулирования потока жидкости.

Задвижки являются основным запорным устройством на

трубопроводах большого диаметра (200 мм и более). Главным

органом задвижки является клин (рис. 160,в), перемещаемый

с помощью шпинделя в вертикальной плоскости. Клин имеет

форму цилиндрического диска, основания которого срезаны

плоскостями под некоторым углом к оси вращения. Задвижки

устанавливают на магистральных трубопроводах горячей и хо-

лодной воды, пара, сжатого воздуха и других сред.

К автоматической арматуре относят обратные, редукцион-

ные и предохранительные клапаны, конденсатоотводчики.

Подъемные и поворотные обратные клапаны устанавливают

на трубопроводах, в которых возможен обратный ток жидкости.

Обратный клапан пропускает жидкость только в одном направ-

лении и перекрывает трубопровод при возникновении в нем про-

тиводавления.

Поворотный клапан (рис. 161, а) имеет диск, поворачиваю-

щийся на оси под действием напора протекающей жидкости.

При возникновении обратного тока жидкости диск, поворачи-

ваясь на оси, закрывает проход трубопровода. Уплотнение про-

хода достигается противодавлением жидкости на клапан.

Подъемный клапан (рис. 161,6) имеет золотник, поднимаю-

щийся вверх под действием напора протекающей жидкости. При

обратном токе жидкости он опускается под давлением массы

штока и давлением жидкости на седло корпуса, перекрывая

проход трубопровода.

Предохранительные клапаны предназначены для сброса из-

бытка давления среды сверх установленного уровня. Их уста-

навливают на трубопроводах пара, сжатого воздуха, а также

на аппаратах, работающих под давлением.

Предохранительные клапаны бывают пружинные (рис. 161, в)

и рычажно-грузовые (рис. 161,г). Необходимое критическое

давление пружинного клапана достигается изменением давле-

ния пружины на золотник, а рычажно-грузового — перемеще-

нием груза на рычаге.

Превышение установленного давления среды вызывает

подъем золотника, и избыток давления сбрасывается.

Рис. 161. Арматура трубопроводов

286

Конденсатоотводчики предназначены для ofдёлeния пара от

конденсата и отвода жидкости в канализацию. Конденсатоотвод-

чики (конденсационные горшки) устанавливают на трубопро-

водах отвода конденсата из теплообменной аппаратуры. Наибо-

лее распространены поплавковые конденсатоотводчики.

Для поддержания заданного давления среды используют

редукционные клапаны. Их устанавливают на паропроводах

перед вводом пара в машины и аппараты с целью подачи пара

с заданным давлением и обеспечения тем самым постоянства

условий обработки продукции.

Компенсаторы устанавливают на паропроводных коммуни-

кациях, в которых возникают перепады температуры среды.

Перепады температуры особенно значительны при включении

подачи пара по трубопроводу и при прекращении подачи. Тем-

пературные перепады ведут к многократным изменениям внут-

ренних линейных напряжений в материале трубопровода,

вследствие чего происходит его поломка. Компенсаторы прини-

мают возникающие нагрузки на себя.

Компенсаторы бывают гнутые из труб — П-образные

(рис. 162, а), лирообразные (рис. 162, б) и сальниковые

(рис. 162, в). Более надежен лирообразный компенсатор, в ко-

тором нагрузки распределяются равномерно по всей его длине.

Сальниковый компенсатор состоит из корпуса, в который

входит труба меньшего диаметра. Зазор между трубами уплот-

няется сальниковой прокладкой. Линейные изменения в трубо-

проводах компенсатор принимает на себя: трубы компенсатора

перемещаются относительно друг друга в ту или иную сто-

рону.

Гидравлический расчет трубопроводов. При движении жид-

кости в трубопроводах осуществляется ее расход. Расходом

жидкости называют ее количество, протекающее в единицу

времени через данное живое сечение потока. Различают часо-

вой и секундный расходы.

При расчете расхода жидкости учитывают среднюю ско-

рость ее движения в трубопроводе. Средней называют скорость,

с которой должны двигаться все частицы жидкости в данном

живом сечении потока, чтобы вычисленный по ней расход был

равен действительному расходу жидкости.

Рис. 162, Компенсаторы

Средняя скорость v, м/с, определяется как отношение се-

кундного объемного расхода жидкости Ус, м^/с, к площади жи-

вого сечения потока F, м^:

откуда

= Fv.

Как видно из уравнения, секундный расход прямо пропор-

ционален площади живого сечения потока и скорости его про-

текания. Полное расчетное уравнение расхода жидкости с уче-

том времени ее протекания V, м^, можем написать так:

V = Fm,

где т — время протекания жидкости, с.

При это следует учесть:

1) V =

где т — масса жидкости, кг; р — плотность жидкости, кг/м^;

2) f^if.

Отсюда можем найти диаметр трубопровода d, м:

V пхгс

а для заданной плотности жидкости

4т

Jitrrp

Установлено, что характер движения жидкости различен

в зависимости от скорости протекания, динамической вязкости

и плотности, а также от диаметра трубы. При небольшой ско-

рости и -малом диаметре трубы жидкость протекает спокойно.

Движение жидкости, при котором отдельные ее струйки, со-

ставляющие поток, не меняют своей траектории, называют ла-

минарным.

При скорости выше определенного значения течение жидко-

сти в трубе принимает хаотический, скачкообразный характер,

ее отдельные струйки перемешиваются между собой. Такое

движение называют турбулентным.

Режим движения жидкости характеризуют числом Рей-

нольдса Re, которое определяют по уравнению

где V — коэффициент кинематической вязкости, м^/с.

Для воды при температуре 15—20 °С v = 0,000001 м^/с.

Число Рейнольдса может быть определено и через динами-

ческую вязкость pi, Па

•

с:

И'

ц для воды при температуре 20 °С равно 0,001 Па-с.

Число Рейнольдса безразмерное. Для ламинарного движе-

ния жидкости в круглых трубах Re~2300, а для турбулентного

Re>2300.

Характер движения жидкости оказывает большое влияние

на процесс крашения волокнистых материалов. Его учитывают

при разработке технологических режимов обработки трикотаж-

ных полотен и других материалов. Большое значение характер

движения приобретает при использовании сопловых машин.

Всякая струйка жидкости имеет запас энергии, представля-

ющий собой сумму потенциальной и кинетической энергии.

Для идеальных жидкостей эта величина постоянна и выража-

ется уравнением Бернулли

-.2 р

.2-1 = const,

где g — ускорение свободного падения, м/с^; z — высота струйки над ус-

ловной плоскостью (уровнем моря, горизонтальной плоскостью), м; Р —

давление в центре тяжести потока. Па.

Первый член уравнения Бернулли — представляет собой

кинетическую энергию, а два последних члена — потенциаль-

ную энергию давления. Сумму всех трех слагаемых уравнения

называют полным гидродинамическим напором Я:

Я = 2 + —4—= const,

pg 2g

Р v^

где г — геометрический напор; пьезометрический напор; скоро-

pg 2g

стной напор.

Движение реальных жидкостей связано с потерями напора,

вызванными сопротивлениями, которые жидкость испытывает

при движении в круглых трубах. Они складываются из потерь

напора на преодоление трения между слоями жидкости и тре-

10 Заказ № 2228 289

ния о стенки трубы и потерь из-за местных сопротивлений —

препятствий на пути движения жидкости в трубопроводах. Ме-

стные сопротивления движущейся жидкости оказывают суже-

ния труб, переходные муфты, колена, тройники, различные

клапаны и другая арматура.

С учетом потерь напора уравнение Бернулли для реальных

жидкостей пишется так:

„г

2g pg

где hn — полные потери напора.

Полные потери напора вследствие сопротивлений вычис-

ляют по уравнению

где Лл — потери напора от сопротивлений внешнего трения; hhu — сумма

потерь от местных сопротивлений.

Сопротивления внешнего трения рассчитывают по уравне-

нию

h„

= X-

где X — коэффициент внешнего трения; I — длина трубы, м; d — диаметр

трубы, м.

Потери напора от местных сопротивлений рассчитывают по

уравнению

2g ig

где слагаемые С—коэффициенты местных сопротивлений.

Коэффициенты местных сопротивлений опытные. Величины

некоторых из них следующие: на входе в трубу

^bi

= 0,5; в ко-

лене при а = 90° ?кол = 0,99, при а = 60° ^кол = 0,364; в тройнике

^тр=2; р обратном клапане

^кл

= 5...10; в выходе из трубы

^ВЫХ = 1 •

Значения других коэффициентов при необходимости можно

найти в соответствующей справочной литературе.

§ 4. НАСОСЫ

Насосами называют гидравлические машины, предназначен-

ные для передачи жидкостей по трубам на различные расстоя-

ния, а также для перемещения жидкостей в замкнутом гидро-

контуре. В этом случае насосы называют циркуляционными.

Насосы снабжены устройствами, создающими разрежение,