Процессы истечения и сводообразования в бункерах

Лекция 5.

Вспомогательные устройства.

(при составлении конспекта только перечислить и указать применение, тема ознакомительная)

Гравитационные устройства

Желоба и трубы

 

На конвейерных установках короткие желоба (лотки) служат в качестве вспо­могательных устройств для направления груза на погрузочно-разгрузочных и пере­грузочных пунктах. При транспортировании горячих и пылящих грузов их делают закрытыми в виде трубы прямоугольного, круглого или фасонного сечения. При подаче груза в несколько точек, желоба или трубы выполняют разветвленными или поворотными.

Рисунок 1 - Поворотные спуски - трубы

Рисунок 2 - Фасонные желоба для соединения и разделения грузопотока

 

Если требуется при перегрузках направить поток груза не по прямой линии, а под углом, то желобу придается изогнутая форма. При этом важно, чтобы форма желоба обеспечивала наименьшее сопротивление движению груза и чтобы поток не терял сплошности.

Иногда требуется два грузопотока соединить в один и направить в нужную сто­рону, а иногда один грузопоток разделить на два. Для этого предназначены желоба из нескольких фасонных частей (рис. 2).

При транспортировании абразивных грузов для увеличения срока службы же­лоба и трубы их изготавливают или футеруют износостойкими материалами (пли­тами из хромоникелевого чугуна, марганцевой стали и плавленого бальзата и др.)

На гравитационных устройствах насыпные и штучные грузы движутся вниз по наклону или вертикали под действием силы тяжести.

Рисунок 3

Если груз массой т скользит с коэффициентом трения по на­клонной плоскости под углом на длине , разность уровней в началь­ной и конечной точках h = sin и

скорость в этих точках VH и VK, то

работа силы тяжести груза, затра­чиваемая на работу трения и при­ращение кинетической энергии

mgh = mgfl cos + mvk2 – v2H) / 2

Если заданы VH и VK и разность уровней h, то угол под которым должна быть расположена наклонная плоскость находится из равенства

Если известна VH и угол , то

VK

При VK =VН, т.е. при движении с постоянной скоростью,tg 0= ; Для уско­ренного движения (VK > VH), > 0; для замедленного движения (VK < VH), < 0.

Если груз движется по желобу прямоугольной или круглой формы, то под ко­эффициентом трения скольжения понимают приведенный коэффициент, который учитывает сопротивление трению как по дну желоба, так и по его боковым стен­кам.

Скорость движения насыпного груза по желобу принимают обычно до 2,5 м/с, коэффициент наполнения желоба = 0,5 0,7.

 

Площадь сечения желоба или ,

где V и Q - объемная и массовая производительности;

- плотность насыпного грузаУстройство, классификация и назначение бункеров

Бункера применяют для приема, хранения и подачи на транспортные средства насыпных грузов. Они представляют собой сосуды большого объема, снабженные вверху загрузочными, а внизу разгрузочными отверстиями. Разгрузочные отверстия перекрываются затворами. Продвижение груза по бункеру и истечение его через затворы происходит под действием его силы тяжести.

Различают геометрический объем бункера Vo и полезный Vn. Отношение

Vo/Vn = - коэффициент заполнения.

Форма бункера должна удовлетворять условиям полного заполнения и полной
разгрузки без образования "мертвых зон" (где возможно задерживание груза) и
предупреждать возможность сводообразования (зависания) груза над разгрузочным
отверстием.

Бункера бывают металлические, бетонные, железобетонные, деревянные. Наибольшее распространение получили бункера со стенками из листовой стали, изнут-ри гладкие, при абразивных грузах облицованные износостойким стеклом или стальными плитами.

Для смерзающихся грузов - утепленные или отапливаемые бункера.

Отверстия для разгрузки бункера (люки) можно располагать по центру днища или сбоку по одну или по обе стороны.

 

Классификация

Бункера классифицируются в зависимости от геометрической формы корпуса и днища:

a - прямоугольные: призмопирамидальные и пирамидальные;

б- круглые: конические, цилиндроконические;

в - корытообразные: односкатные треугольные (1), односкатные трапецеидаль­ные (2), двухскатные (3), трапецеидальные (4), параболические (5), комби­нированные трапецеидальные (6).

Рисунок 4.

Процессы истечения и сводообразования в бункерах

Процесс истечения происходит примерно так, как показано на рис. 5, а,б: в движение приходит вертикальный столб груза над отверстием, вследствие чего об­разуется воронка, по которой по мере истечения ссыпаются частицы груза.

Рисунок 5 - Схемы процессов:

а, б, в - истечения насыпного груза из бункера; г - сводообразования Истечение груза через симметрично расположенное отверстие бункера проис­ходит в следующем порядке (рис. 5,в): сначала высыпается часть 1, имеющая фор­му конуса или клина, затем часть 2, имеющая форму эллипсоида, затем сдвигаются части 3, далее 4, так что к моменту окончания процесса в нижней части бункера образуется воронка из частей 5, заполняющих «мертвое» пространство. Наимень­ший угол наклона стенок, при котором «мертвое» пространство не образуется зави­сит от коэффициента трения груза о стенку бункера. Для сортированного угля угол 450 – 500; для мелкого 600; для руды не менее 650.

Сводообразование

При высыпании над выпускным отверстием нередко образуется свод груза в виде купола или арки. Это характерно, для кусковых грузов, но может иметь место и при мелкофракционных грузах, особенно влажных и слеживающихся. Для ликви­дации сводообразования служат ручные и механические средства (вручную через специальные отверстия в стенках бункера, механические - в виде подвешенного на цепи сверху груза или лопастного колеса); используются также вибраторы, которые включают только при открытом выпускном отверстии. Иногда применяют вдува­ние струи сжатого воздуха через фурмы, расположенные внизу бункера.

 

Расчет бункеров

1. Давление на стенки бункера

Давление, производимое на стенки бункеров содержащимся в них грузом зави­сит от свойств этого груза и конфигурации бункера.

Наиболее просто давление на стенки определяется для грузов, по свойствам, близким к жидкостям. В этом случае давление на стенки определяется по гидроста­тическому закону

P = gh, (1)

где р - давление; — плотность; h — глубина от уровня жидкости.

Для реальных сыпучих грузов вследствие трения частиц между собой и о стен­ки бункера давление на стенки меньше и равно

p = ghk, (2)

где к - коэффициент подвижности груза к = (1- sin )/(1 + sin )<1,

- угол внутреннего трения примерно равный углу естественного откоса груза в покое.

Формулы (1) и (2) используются для неглубоких бункеров (глубина не превышает поперечного размера).

Для более глубоких эта закономерность нарушается вследствие возрастания сил трения груза о стенки, влияющих тем сильнее, чем большее коэффициент трения и чем меньше отношения поперечного сечения бункера F к его периметру П, т.е. чем меньше гидравлический радиус поперечного сечения бункера (R = F/П).

После определенного предела глубины бункера максимальное горизонтальное давление на стенки не возрастает и практически стабилизируется и максимальное давление прямо пропорционально плотности груза и гидравлическому радиусу и обратно пропорционально коэффициенту трения груза о стенку.

(3)

Максимальное вертикальное давление больше горизонтального

тогда (Па)

2. Размер выпускных отверстий должен быть достаточным для обеспечения
требуемой пропускной способности и не быть большим во избежании редкого об­рушения больших масс груза, а также утяжеления затворов.

Наименьший размер выпускного отверстия:

- для донных отверстий b (4,0 - 5,5)а;

- для боковых отверстий с наклонным днищем b (4,5 - 6,0)a
а - типичный размер куска.

 

Бункерные затворы

Предназначены для перекрытия выпускного отверстия и выпуска из бункера насыпного груза.

Они должны удовлетворять следующим требованиям:

- удобство маневрирования и быстрота действия;

- плотность закрывания;

- возможность регулирования потока груза;

- иметь минимально возможные габаритные размеры, простую и прочную
конструкцию;

- быть приспособленными к применению дистанционного и автоматического
управления.

По роду привода затворы разделяют на ручные и механические. Последние бы­вают электрическим, пневматическими и гидравлическими.

По характеру рабочего движения затвора наибольшее преимущество имеют приводы прямого действия - пневматические и гидравлические.

По способу действия затворы разделяются 2 группы:

- отсекающие поток груза (секторные и в виде плоской задвижки);

- создающие подпор (лотковые).

Плоские затворы имеют стальную плоскую пластину перемещающуюся в па­зах, расположенных по сторонам прямоугольного выпускного отверстия (рис. 6,а,б).

Гусеничные затворы (разновидность плоских) делят на ленточные и пластин­чатые.

Рабочим органом гусеничного затвора является бесконечная лента (рис. 6, в) расположенная под выпускным отверстием и закрепленная в точке в т. А. Она оги­бает два барабана, а ее ветвь, прилегающая к выпускному отверстию, установлена на роликах, которые как и барабаны смонтированы на подвижной раме затвора, пе­ремещаемой горизонтально реечной передачей. При движении рамы вправо верх­няя ветвь ленты до концевого барабана остается неподвижной, а нижняя движется вправо, что сопровождается укорачиванием верхней ленты, и выпускное отверстие постепенно открывается.

Клапанный затвор. Рабочим органом является шарнирный клапан, вращаю­щийся вокруг оси, прикрепленной к стенке бункера около выпускного отверстия.

Секторные затворы состоят из патрубка, прикрепленного к выпускному отвер­стию бункера за фланцы болтами, и шарнирной цилиндрической заслонки (наз. сектором) с боковыми щеками в виде секторов (рис 6, д — и).

 

Челюстные затворы (рис. 6, ж, з) по принципу действия сходны с секторными и могут рассматриваться как их разновидность. Отличие заключается в том, что вы­пускное отверстие 2 имеет две цилиндрические заслонки 3 (челюсти), связанные между собой зубчатыми секторами 1 на осях так, что при повороте рычага, прикре­пленного к одной челюсти, обе челюсти поворачиваются в противоположных на­правлениях.

Пальцевые затворы (рис. 6, к) предназначены для закрывания выпускного от­верстия под нагрузкой при работе с тяжелыми крупнокусковыми материалами. Их рабочими органами являются пальцы 2, выгнутые из рельсов или легких швеллеров и посаженные рядом один с другим на ось 1, расположенную у верхней кромки вы­пускного отверстия бункера. Пальцы соединены цепями со штоком пневмоцилинд-ра.

Цепной затвор состоит из наклонного лотка и ряда цепей, расположенных вплотную и подвешенных над выпускным отверстием так, что они образуют зана­вес. Нижние концы цепей связаны с цепями, за которые производится подъем ра­бочих цепей.

Круглый затвор. Он состоит из корпуса и барабана, цапфы которого вращаются в подшипниках скольжения. Барабан имеет сквозное отверстие, пропускающее на­сыпной груз, вытекающий из выпускного отверстия бункера.

Давление на затворы бункеров, содержащих полужидкие материалы, определя­ется как давление на стенки бункеров. Давление на затворы сыпучих грузов зави­сит от жесткости конструкции затвора и процесса заполнения бункера. Поэтому точное определение давления на затвор является сложной задачей. Для прибли­женных расчетов среднее давление на горизонтальный затвор

р = 5,6k0 gR,

где R - гидравлический радиус выпускного отверстия;

k0 = 1,5 - 2 - коэффициент для бункеров, опорожняемых полностью;

k0= 1 - не полностью.

Среднее давление на наклонные и вертикальные затворы

р = 5,6k0 gR(cos2 +ki sin2 ),

где - угол наклона затвора к горизонту;

ki - коэффициент подвижности груза, ki = 0,18 ;

- коэффициент внутреннего трения насыпного груза.

 

Рисунок 6- Схемы бункерных затворов

 

 

Питатели

Назначение. Питатели предназначены для зачерпывания материала из кучи, а также для его равномерной подачи из-под бункеров для питания различных приемных устройств: например, конвейеров.

Питатели характеризуются большим разнообразием типов.

Большая группа питателей представляет собой разновидности конвейеров -ленточных, пластинчатых, скребковых, винтовых, качающихся, вибрационных.

Питатели отличаются от одноименных конвейеров меньшей длиной, относи­тельно повышенной мощностью двигателя и прочностью, т.к. они испытывают давление груза под бункерами и преодолевают большее сопротивление при рабо­чем движении.

Другая группа питателей - барабанные, дисковые (тарельчатые), лопастные и
цепные. Они не имеют аналогов среди конвейеров и могут служить только для выдачи груза у отверстия бункера. ',

Рассмотрим конструктивные особенности питателей обеих групп.

Ленточные питатели

Они могут быть горизонтальными или наклонными с движением вперед или на­зад. От ленточного конвейера они отличаются расположением на близком расстоя­нии роликоопор (друг от друга) и при небольшой длине отсутствием роликоопор на обратной ветви. Скорость ленты Vл = 0,05 - 0,45 м/с.

 

Рисунок 7 - Схема ленточного питателя

Ленточные питатели применяются для транспортировки зернистых, мелко и средне кусковых грузов. Регулирование производительно­сти достигается с помощью переставной задвижки или изменением скорости ленты. К преимуществам ленточного питателя относится - надежность, небольшая масса и широкий диапазон производитель­ности. Рабочий орган - прорези­ненная лента огибающая привод­ной и натяжной барабаны. Над верхней ветвью установлены ста­ционарные борта 4. 5 - регули­рующая заслонка.

 

Пластинчатые питатели

Бывают горизонтальные и наклонные с углом наклона большим, чем у ленточ­ных. Они бывают на подвижных или стационарных роликоопорах с подвижными и
неподвижными бортами. Скорость полотна - 0,02 - 0,25 м/с, коэффициент напол­нения =0,8.
Пластинчатые питатели прочные, поэтому применяются при перемещении тяжелых крупнокусковых и абразивных грузов (руда, медь). Недостаток - большая масса и высокая стоимость.

Рисунок 8 - Схема пластинчатого питателя

 

Пластинчатый питатель состоит из настила 1, из стальных пластин с бортами 2, взаимно пересекающих друг друга и прикрепленных к звеньям двух тяговых цепей 3, приводной и натяжной звездочек 4 и 5. Цепи снабжены роликами б, которые ка­тятся по шинам 7. Производительность регулируется заслонкой 8.

Расчет этих питателей такой же, как и пластинчатых конвейеров.

Винтовые питатели

Винтовой питатель подает насыпной груз посредством вращающегося винта 1,
расположенного в закрытом желобе или трубе 2. Для облегчения движения груза
винт выполняют с малым шагом, иногда двухзаходным. Коэффициент заполнения
= 0,8 - 0,9. Используются для транспортирования пылевидных, зерновых и мел­косыпучих грузов. Достоинства - герметичность. Недостатки - быстрый износ
винта и лотка и высокая энергоемкость. Регулирование производительности произ­водится изменением п (частоты вращения винта) или задвижкой 3 в горловине бун­кера.

Рисунок 9 - Схема винтового питателя

 

Качающие питатели

Представляют собой горизонтальный или наклонный (с наклоном вниз) лоток 1 с подвижными или неподвижными бортами опирающимися на стационарные роли­ковые и катковые опоры 2 и совершающий возвратно-поступательное движение от кривошипно-шатуиного механизма 3. При прямом ходе лотка лежащий на нем слой груза увлекается в сторону движения трением. При этом из бункера в образовав-шееся под выпускным отверстием свободное пространство поступает некоторое количество груза, заполняя его. При обратном ходе, вследствие подпора, образуе­мого задней стенкой выпускного отверстия бункера, груз не движется назад и по­этому частично ссыпается через переднюю грань лотка.

Если V1 (м3) - объем ссыпающегося при каждом ходе груза, пропорциональный высоте слоя, ширине лотка и ходу, и п - число ходов в минуту.

(обычно п = 20 - 60 ход/мин), то производительность питателя

 

V регулируется изменением хода лотка или задвижкой 4.

 

 

Рисунок 10 - Схема качающегося питателя

 

Качающиеся питатели применяются для транспортировки мелко, средне и крупнокусковых грузов, нельзя применять для налипающих грузов.

Преимущества - простота и прочность конструкции, широкий диапазон произ­водительности.