Виды истечения сыпучих материалов из бункеров кратко опишите каждый

Обновлено: 06.07.2024

При истечении насыпного груза из бункера через разгрузочное отверстие образуется свод из подвижных частиц, воспринимающий давления вышележащих слоев. В первой зоне, лежащей над сводом, частицы движутся в замкнутом слое и соприкасаются друг с другом. Из этого слоя частицы непрерывно переходят в область самого свода. Под поверхностью свода начинается зона свободного падения частиц под действием собственной силы тяжести. В этой второй зоне уже нет связанных друг с другом слоев частиц, они не соприкасаются, при падении расстояния между ними увеличиваются [1, 2, 5, 6].

При экспериментальном сравнении бункеров с круглым, квадратным и прямоугольным разгрузочными отверстиями, имеющими одну и туже площадь сечения, установлено, что наибольшее количество груза в единицу времени разгружается из бункера с разгрузочным отверстием, характеризующимся наибольшим гидравлическим радиусом, т. е. из бункера с круглым отверстием. Затем следуют бункеры с квадратным и прямоугольным отверстиями. Щелевое и эллиптическое разгрузочные отверстия примерно равноценны по количеству разгружаемого материала, по скорости потока оба эти отверстия значительно уступают отверстию с круглым сечением.

В несимметричных бункерах сопротивление истечению в 2–3 раза больше, чем в симметричных.

Расчет пропускной способности бункеров

Пропускная способность (т/ч) бункера зависит от скорости истечения сыпучих материалов [1, 2, 5]. Для бункеров непрерывного действия

где v – скорость истечения насыпного груза из отверстия бункера, м/с;

ρ – насыпная плотность груза, т/м 3 ;

w' – площадь отверстия истечения с учетом кусковатости груза, м 2 ; для круглого отверстия w' = π(D – a') 2 / 4 (D – диаметр отверстия, м); для прямоугольного отверстия w' = (А_и – а')(B_и – а') (А_и и B_и – размеры сторон отверстия, м).

Определение гидравлического радиуса

где D – диаметр выпускного отверстия бункера, мм;

а' – размеры максимальных кусков, мм.

Определение критического радиуса

Скорость истечения v груза из бункера:

Окончание табл. 7.2

Винтовой	Для равномерной подачи пылевидных, зернистых, мелкокусковых насыпных грузов
Барабанный	Для равномерной подачи хорошо сыпучих зер-нистых и мелкокусковых грузов и с ребристой поверхностью барабана для крупнокусковых грузов
Цепной	Для равномерной подачи крупнокусковых одно-родных грузов
Лопастный	Для равномерной подачи мелкофракционного материала из бункера с высокой точностью подачи

Питатели предназначены для непрерывной равномерной подачи сухих материалов с заданными (или регулируемыми) характеристиками потока в технологические машины и транспортирующие устройства, а так же как самостоятельное оборудование для наполнения тары сыпучими продуктами.

Питатели применяются на предприятиях горной, металлургической промышленности; на линиях по выпуску сухих строительных смесей; для подачи сыпучих материалов в различных технологических процессах измельчения, смешивания, транспортирования, обжига, фасовки.

Дозаторы – механические устройства цикличного действия, производящие при каждом цикле выдачу из бункера определённой порции (дозы) насыпного груза. Дозирование может производиться по объему или по массе. Дозирование по объему осуществляется с помощью мерного сосуда (рис. 7.5), плунжера или ячеечного барабана. Поворот мерного сосуда обеспечивается пневмоцилиндром.

Рис. 7.5. Схема дозатора с дозированием по объему

Некоторые типы дозаторов используются не только как самостоятельные агрегаты, но и в комплексе с другими дозирующими устройствами, обеспечивающими сложное многокомпонентное дозирование и имеют широкие возможности по встраиванию в технологические линии.

Метательные машины

Метательные машины представляют собой устройства, с помощью которых насыпному грузу сообщается кинетическая энергия, необходимая для направленного полета на некоторое заданное расстояние (20–30 м). Использование метательных машин особенно эффективно при подаче груза в труднодоступные места [2].

Метательные машины применяют в шахтах для закладки породой выработанных пространств (закладочные машины) и на открытых работах для отсыпки отвалов; в металлургии – для загрузки шихты в печи; на дорожно-строительных и земляных работах – при сооружении земляного полотна дороги, насыпке дамб и пр. (грунтометатели); на железнодорожном и водном транспорте – для заполнения трюмов судов (штивующие машины) и т.д.

По принципу действия различают метательные машины, сообщающие струе груза скорость вылета трением о рабочий орган; захватом-толканием и двумя этими способами одновременно.

Классификация метательных машин (рис. 7.6) по типу рабочего элемента:

ленточные: с прямой лентой (наклонный конвейер с лентой, движущейся с высокой скоростью); с изогнутой лентой (ленточно-барабанные), в которых груз засыпается между барабаном и лентой; в зависимости от места вылета груза подразделяются на машины с нижним и верхним вылетом;

лопастные: с расположением лопастного барабана на горизонтальном валу (струя груза подводится по периферии барабана и имеет высокую скорость), изменение направления струи обеспечивается выдвижением щитка; с расположением лопастного барабана на горизонтальной или вертикальной оси (груз подводится через центральное отверстие в кожухе с небольшой скоростью), изменение направления струи обеспечивается поворотом корпуса кожуха;

дисковые: вместо неподвижного круглого днища имеют плоский или конусный вращающийся диск с гладкой поверхностью или с радиальными лопастями, захватывающими и выбрасывающими груз радиально во все стороны.

Общим недостатком метательных машин является быстрое изнашивание соприкасающихся с грузом частей (особенно с кусковым и абразивным). Для увеличения срока службы лент число прокладок должно быть не более 2–3.

Рис. 7.6. Схемы метательных машин:

а – ленточная с прямой лентой; б, в – ленточно-барабанные;

г, д – лопастные (роторные); е – дисковая

Для облицовки лопастей и кожухов используют износостойкие материалы. Ленточные метательные машины обеспечивают меньшее разрушение груза и являются более предпочтительными, чем лопастные.

Существует два основных вида истечения сыпучих материалов из бункеров. Это нормальное истечение, при котором материал движется в виде столба, расположенного над выпускным отверстием, и гидравлическое, при котором материал вытекает наподобие жидкости (рис. 2.2). Наиболее распространен первый вид истечения.

Рис. 2.2. Виды истечения материалов

а – нормальный вид истечения; б – гидравлический вид истечения

При истечении сыпучего тела из бункеров и воронок после открытия выпускного отверстия приходит в движение вертикальный цилиндрический столб материала, расположенный над отверстием, а на поверхности тела образуется воронка, по склонам которой скатываются частицы, пополняя убыль материала в зоне центрального движущегося вниз столба.

Такой вид истечения сыпучего тела из отверстия сосуда (бункера) называется нормальным.

На рис. 2.2 изображена схема сосуда, наполненного сыпучим телом, выгрузка которого происходит через отверстие. Выделим в столбе сыпучего тела, расположенного над отверстием, элементарный объем высотой Δh и площадью основания F₀ равной площади выгрузочного отверстия. Будем считать, что высота этого элемента мала и что силой трения по боковой поверхности элемента и инерцией последнего можно пренебречь ввиду их малости по сравнению с силой давления Р вышележащих слоев материала на площадь F₀.

Скорость выделенного элемента при выходе его из отверстия можно определить приравняв кинетическую энергию выделенного объема тела работе силы Р на пути Δh

, (2.1)

где m – масса выделенного элемента, кг;

– его скорость при выходе из отверстия, м/с.

Учитывая, что m = Δh . F₀ . , из (2.1) находим

= , (2.2)

где – плотность сыпучего тела, кг/м 3 .

Отношение P / F₀ представляет собой среднее давление на площади отверстия. Если обозначить его через , то уравнение (2.2) примет вид

= . (2.3)

Фактическая скорость истечения будет меньше, чем скорость, определяемая по формуле (2.3), так как при выводе ее не учитывались потери на трение частиц сыпучего тела о стенки отверстия, потери на трение внутри струи, возникающие вследствие неравномерности распределения скорости по сечению струи. Для учета этих потерь в формуле (2.3) вводится эмпирический коэффициент ( – коэффициент истечения), меньший единицы. Тогда расчетная скорость истечения будет равна

. (2.4)

Применительно к идеально сыпучим телам местное вертикальное давление

где R₀ – гидравлический радиус отверстия, м;

x – коэффициент, зависящий от межчастичного трения сыпучего тела;

q – ускорение силы тяжести, м/с 2 .

Для большинства сыпучих тел

x = ,

где f₀– коэффициент межчастичного трения сыпучего тела.

Подставляя в формулу (2.4) значение местного давления, получим

. (2.5)

Если принять среднее для распространенных насыпных грузов значение x = 1,6 то

. (2.6)

После подстановки в формулу (2.6) q = 9,81 м/с 2 получим

, (2.7)

а коэффициент истечения

. (2.8)

Пропуская способность Q _б (т/ч) непрерывно действующих бункеров определяется количеством материала, проходящего в единицу времени через выпускное отверстие

Q _б = 3,6 , (2.9)

где F₀ – площадь выпускного отверстия, м 2 ;

– скорость истечения материала, м/с;

– плотность материала, кг/м 3 .

Давления на стенки бункера

На стенки бункера, заполненного материалом, действуют давления от массы материала, которые зависят от физико-механических свойств материала (плотности, влажности, сыпучести), а также от коэффициента трения материала о стенки, способа формирования материала в бункере, формы бункера и др.

Давление на дно бункера

Если материал по своим физико-механическим свойствам близок к жидкости, то вертикальное давление Р_у (Па), действующее на дно бункера, близко к гидравлическому

Р_у = ,

где h – глубина расположения рассматриваемой точки над уровнем материала, м;

– плотность материала, кг/м 3 ;

q – ускорение силы тяжести, м/с 2 .

Для материалов хорошо сыпучих в результате действия сил внутреннего трения, а также сил трения материала о стенки бункера давление на дно уменьшается. Это влияние учитывает коэффициент зависания К_з. Тогда

Р_у = . К_з.

Коэффициент К_з тем выше, чем большее значение имеет коэффициент бокового распора , который равен Р_х / Р_у , где Р_х – боковое давление в рассматриваемой точке. Так для жидкости и К_з = 1. Для хорошо сыпучих материалов , тогда К_з можно принимать в пределах в пределах 0,8–0,9. Точное определение К_з находят по зависимости

К₃ = ,где x = ;

f – коэффициент трения материала о стенки бункера;

R ₀ – гидравлический радиус (отношение площади дна бункера к периметру), м.

При загрузке бункера с большой высоты или возможности образования внутри бункера пустот и затем резкого падения материала давление на дно бункера значительно увеличивается. Это явление учитывает коэффициент динамики К _q. Для бункеров, оборудованных вибраторами, К _q = 1,3 1,5; при загрузке бункера с большой высоты К _q = 1,1 1,4; при зависании материала с образованием пустот К _q = 2.

Давление на дно бункера с учетом всех вышеизложенных факторов

Р_у = . К_з . К _q.

Рис. 2.2. Виды истечения материалов

а – нормальный вид истечения; б – гидравлический вид истечения

Такой вид истечения сыпучего тела из отверстия сосуда (бункера) называется нормальным.

, (2.1)

где m – масса выделенного элемента, кг;

– его скорость при выходе из отверстия, м/с.

Учитывая, что m = Δh . F₀ . , из (2.1) находим

= , (2.2)

где – плотность сыпучего тела, кг/м 3 .

= . (2.3)

. (2.4)

Применительно к идеально сыпучим телам местное вертикальное давление

где R₀ – гидравлический радиус отверстия, м;

x – коэффициент, зависящий от межчастичного трения сыпучего тела;

q – ускорение силы тяжести, м/с 2 .

Для большинства сыпучих тел

x = ,

где f₀– коэффициент межчастичного трения сыпучего тела.

Подставляя в формулу (2.4) значение местного давления, получим

. (2.5)

Если принять среднее для распространенных насыпных грузов значение x = 1,6 то

. (2.6)

После подстановки в формулу (2.6) q = 9,81 м/с 2 получим

, (2.7)

а коэффициент истечения

. (2.8)

Q _б = 3,6 , (2.9)

где F₀ – площадь выпускного отверстия, м 2 ;

– скорость истечения материала, м/с;

– плотность материала, кг/м 3 .

Давления на стенки бункера

Давление на дно бункера

Р_у = ,

где h – глубина расположения рассматриваемой точки над уровнем материала, м;

– плотность материала, кг/м 3 ;

q – ускорение силы тяжести, м/с 2 .

Р_у = . К_з.

К₃ = ,где x = ;

f – коэффициент трения материала о стенки бункера;

R ₀ – гидравлический радиус (отношение площади дна бункера к периметру), м.

Давление на дно бункера с учетом всех вышеизложенных факторов

Р_у = . К_з . К _q.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Истечение сыпучих материалов через отверстие в днище вертикального канала при наличии встречного потока газа изучено недостаточно. В работах 3 содержатся некоторые сведения о влиянии встречной фильтрации газа на истечение сыпучего материала, однако не предложены соответствующие количественные зависимости. [1]

Истечение сыпучих материалов , характеристика которых приведена в пп. Были использованы изготовленные из плексигласа каналы, ширина В которых составляла 20, 35 и 70 мм, а второй размер в плане был 70 мм. [3]

Скорость истечения сыпучих материалов из отверстий и трубопроводов является функцией диаметра отверстия и не1 зависит от высоты слоя сыпучего материала над отверстием. На скорость истечения также оказывает влияние подвижность частиц сыпучего материала, выраженная углом естественного откоса. [4]

Функция истечения сыпучего материала [8] представляет собой зависимость главного разрушающего напряжения tfp ( при а3 0, о ( Тр) от уплотняющего напряжения ту и определяется экспериментально при конкретных условиях: времени выдержки T. При tj 0 функцию истечения ар / ( сту) называют мгновенной. В этом случае связи между частицами определяются только уплотнением материала. При тх О функцию истечения называют временной. Здесь к связям между частицами прибавляются адгезионные межмолекулярные взаимодействия. [5]

Функция истечения сыпучего материала [8] представляет собой зависимость главного разрушающего напряжения ар ( при а3 О, О1 Ур) от уплотняющего напряжения 0У и определяется экспериментально при конкретных условиях: времени выдержки T. При гг - 0 функцию истечения 0р / ( v) называют мгновенной. В этом случае связи между частицами определяются только уплотнением материала. При тх О функцию истечения называют временной. Здесь к связям между частицами прибавляются адгезионные межмолекулярные взаимодействия. [6]

Форма истечения сыпучего материала выбирается в зависимости от вида сыпучего материала. Для плохосыпучих материалов следует проектировать бункера с гидравлической формой истечения, а для хорошосыпучих - с нормальной формой истечения. [8]

Для беспрепятственного и безотказного истечения сыпучих материалов размеры выпускных отверстий затворов должны быть не менее выработанных практикой эксплуатации. [9]

При истечении сыпучего материала на горизонтальную плоскость образуется горка с некоторым углом откоса, соответствующим равновесию частиц. Угол между горизонтальной плоскостью и линией откоса называют углом естественного откоса. Он является наибольшим углом, который может быть образован плоскостью естественного откоса с горизонтальной плоскостью, и служит одним из основных показателей подвижности материала. Его величина определяется силами трения, которые зависят от формы, размера частиц и влажности. Увлажнение материала приводит к увеличению угла естественного откоса. [10]

При истечении сыпучих материалов из отверстий емкостей наблюдаются сдвиги по плоскостям в массе материала. [12]

При истечении сыпучих материалов из отверстий можно отметить, что истечению каждой фракции соответствует определенный угол выпуска, который определяет конфигурацию потока. [14]

Первые исследования истечения сыпучих материалов относятся к началу нашего века. Многочисленные исследования подтверждают, что характер истечения различных материалов разнообразен и находится в зависимости от целого ряда причин. Движение частиц носит характер сложной структурной деформации. Нарушение равновесия материала сопровождается перераспределением напряжений внутри его, возникновением новых напряжений и изменением их направлений. [15]

Будем различать три возможных вида движения сыпучего материала в трубе:

1) несвободное перемещение некоторого объема сыпучего материала в трубе двумя плоскими плунжерами – ведущим А и ведомым В (рис. 4);

2) гидравлическое истечение сыпучего материала из бункера (рис. 5);

3) нормальное истечение сыпучего материала из бункера (рис. 6).

Несвободное движение сыпучего материала имеет скорее теоретическое, чем практическое значение, так как для осуществления сколько-нибудь значительных перемещений потребовались бы плунжеры переменных размеров. Этот вид движения сыпучего тела находит практическое применение лишь в трубах постоянного сечения (в транспортирующих устройствах с толкающими плунжерами).

Рис. 4. Схема несвободного движения сыпучего материала в трубе.

Рис. 5. Схема гидравлического истечения сыпучего материала из бункера.

Рис. 6. Схема нормального истечения сыпучего материала из бункера.

а – бункер с наклонными стенками; б – бункер с вертикальными стенками.

Многочисленные наблюдения за процессом истечения сыпучего материала из бункеров выявили существование двух форм истечения. Одна из них характеризуется движением сыпучего материала только в центральной части бункера и сопровождается образованием воронки на поверхности сыпучего материала. При втором виде истечения в движение приходит весь столб сыпучего материала в бункере; воронка на поверхности не образуется.

Наблюдения показывают, что при гидравлическом истечении горизонтальность слоев сыпучего тела и, в частности, верхнего слоя, практически не нарушается. Слой АВ (рис. 5) последовательно занимает положения А₁В₁, А₂В₂ и т. д. Схема движения отдельных слоев материала получается вполне аналогичной несвободному движению.

Нормальное истечение имеет следующую схему процесса при круглом отверстии (рис. 6):

а) в центральной части бункера проходит движущийся поток материала, занимающий объем некоторого конуса ABCD, который можно назвать конусом истечения;

б) часть материала, прилегающая к стенкам бункера (показанная на рис. 6аплощадками АСЕ и BDF), остается неподвижной;

в) по мере опускания площадки АВ частицы из застойных зон АСЕ и BDF скатываются по линиям естественного откоса ЕА и FB и попадают в зону истечения.

Таким образом, процесс нормального истечения принципиально мало отличается от гидравлического истечения. Разница состоит лишь в том, что при гидравлическом истечении движение потока сыпучего тела происходит в объеме, ограниченном стенками бункера, а при нормальном истечении – в объеме конуса ABCD (рис. 6б), образованного неподвижными частицами самого сыпучего тела.

Сравнение трех возможных видов движения сыпучего тела в трубе (несвободного движения, гидравлического и нормального истечения) показывает, что они должны подчиняться в принципе единым закономерностям. Движение сыпучего материала во всех случаях происходит без значительного искажения слоев, перпендикулярных к скорости движения. Этим подтверждается справедливость допущения о сохранении послойной укладки шаров во всех случаях движения материала в трубах переменного сечения.

Переходя к оценке современного состояния динамики сыпучих тел, можно отметить следующее:

1. Закономерности распределения давлений по дну и стенкам вертикально расположенного призматического бункера (силоса) экспериментально в известной мере изучены. Имеется теоретическая формула (Янсена), дающая более или менее удовлетворительное математическое выражение этой зависимости. Однако эта формула не отражает физических свойств сыпучего тела и механизма действия сил в сыпучем теле; этим затрудняется ее практическое использование.

2. Силы, действующие на дно и стенки сосудов непризматической формы, как при покое, так и при движении сыпучего материала, остаются неизученными.

3. Экспериментальными исследованиями установлено, что высота столба сыпучего материала в бункере не оказывает заметного влияния на скорость истечения. Основным фактором, определяющим скорость истечения, является размер отверстия бункера. Ряд исследователей отмечает влияние и других факторов на скорость истечения (размеров частиц, углов трения, формы днища бункера и т. п.).

Выполненные к настоящему времени довольно многочисленные исследования отдельных вопросов динамики сыпучих тел не привели, как видно из изложенного, к созданию единой теории, дающей удовлетворительное обоснование наблюдаемым в практике закономерностям. В результате исследований появилось лишь большое число различных эмпирических формул, не всегда согласующихся между собой.

Предлагаемая ниже теория движения сыпучих тел охватывает две основные задачи динамики:

1) теорию действия сил в сыпучем теле, включающую действие сил на дно и стенки сосуда при покое и движении сыпучего тела.

2) теорию движения (истечения) сыпучего материала из сосудов.

Обе задачи в каждом конкретном случае решаются на основе единого дифференциального уравнения движения потока сыпучего материала в бункере.

В результате анализа уравнений, описывающих скорость истечения и расход сыпучего материала, были получены бункеры наибольшей производительности (рис. 7).

Рис. 7. Бункеры наибольшей пропускной способности:

а – с круговым поперечным сечением; б –с многоугольным поперечным сечением; в – с прямоугольным поперечным сечением (щелевой)

Отличительной особенностью закономерностей гидравлического истечения является их практическая независимость от физических свойств сыпучего материала и стенок бункера (коэффициентов внешнего и внутреннего трения). Закономерности истечения не зависят также от высоты столба сыпучего тела над отверстием, а определяются лишь размерами отверстия (его площадью) и формой бункера вблизи отверстия [1].

2.9.2. Затворно регулирующие устройства

Для организации дисперсных систем необходимо необходимо наличие узлов ввода и вывода твердого материала (Орлов С.П. Дозирующие устройства, М.: Машиностроение,- 1966).

По гранулометрическому составу дозируемые материалы могут встречаться как тонкодисперсные так и крупнокусковые и отличаться друг от друга гигроскопичностью, корродирующими свойствами и пр. Конструкцию дозаторов определяют в основном размер и форма частиц, сыпучесть и объемная масса материала. Объемная масса материала может колебаться в пределах от 50 до 3000 кг/м 3 и определять габариты питателя и бункерных устройств.

Для управления выпуском материала из бункеров используют объемный, весовой или объемно-весовой методы.

Объемные питатели просты по конструкции и обеспечивают более или менее постоянный объемный расход материала.. К ним относятся ленточные, пластинчатые, вибрационные, плунжерные, шнековые, тарелчатые, камерные, барабанные. Однако насыпной вес материала в зависимости от технологических условий может колебаться в пределах до 15-20%, что влечет колебания весовой производительности питателя.

Когда объемные питатели неприемлимы по технологическим соображениям используют весовые методы дозирования. При этом необходимо специальное измерительное оборудования, агрегаты получаются сложнее и более громоздкие, усложняется эксплуатация.

В промышленности для дозирования сухих тонкодисперсных материалов широкое применение имеют винтовые питатели. Основными показателями их работы является производительность, мощность приводного двигателя, величина утечки воздуха из материалопровода через питатель.

В общем случае производительность винтового питателя определенная по формуле

где F_м - площадь поперечного сечения материала в питателе; r_об - объемный вес транспортируемого материала; v - поступательная скорость движения транспортируемого материала, зависящая от числа оборотов винта и его конструкции. Является теоретической вследствие наличия перепада давления в материалопроводе и питающем бункере и отличия F_м от F_т = ( D 2 - d 2 ) / 4 на величину y: F_м = F_т y. Значение величины y зависит от физических свойств транспортируемого материала, размеров винта, числа его оборотов, скорости и направления движения материала при поступлении в кожух питателя. Определяется эта величина опытным путем. Для грубой оценки обычно принимают y = 0,25 - 0,3.

Зная шаг заборных витков винта ( h, м ) , толщину витков ( d, м ) и скорость вращения винта ( n, об/мин ) можно определить поступательную скорость движения материала:

Читайте также: