CC BY
99
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 622. 693
И.А. Ермакова
ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЗМА ИСТЕЧЕНИЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА ИЗ БУНКЕРА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОНИЧЕСКИХ РАЗДЕЛИТЕЛЕЙ
ПОТОКА
Многие технологические процессы горнодобывающей, строительной, пищевой промышленности связаны с применением емкостей для накопления, хранения и транспортировки сыпучих материалов. При эксплуатации емкостей возникают трудности, связанные с извлечением сыпучего материала в результате сводообразования и трубооб-разования. Одним из направлений улучшения разгрузки емкостей является использование различного вида питателей [1, 2]. Следует отметить, что их эксплуатация требует постоянных затрат на электроэнергию и обновление движущихся частей. Другой способ увеличения зоны движения сыпучего материала связан с установкой дополнительных устройств внутри емкости [3, 4]. В данной работе рассматривается возможность применения системы разделителей потока, позволяющих обеспечить равномерное истечение сыпучего материала из всего объема емкости незави-
симо от ее размеров [5].
Исследования проводились на объемной прозрачной модели, представляющей собой половину цилиндрического бункера с нижним выпускным отверстием и сужающейся нижней частью. Диаметр цилиндрической части бункера составляет 130 мм, диаметр выпускного отверстия - 18 мм. В бункер был засыпан сыпучий материал - крупа с диаметром частиц 2 мм. Сыпучий материал имел горизонтальную верхнюю поверхность. Для наблюдения за ходом истечения сверху параллельным слоем была насыпана крупа темного цвета (рис.1а). При разгрузке бункера в первую очередь истекает сыпучий материал, расположенный в вертикальной зоне над выпускным отверстием (рис.1б). На поверхности сыпучего материала образуется воронка, в которую при дальнейшем выпуске пересыпается материал, расположенный у стенок бункера (рис.1в, г).
Рис.1. Выпуск сыпучего материала из бункера без использования разделителей потока: а) начальное состояние; б), в), г) - стадии выпуска
в г
Рис.1. Выпуск сыпучего материала из бункера без использования разделителей потока: а) начальное состояние; б), в), г) - стадии выпуска
Для обеспечения равномерного истечения сыпучего материала по всему объему бункера были использованы закономерности деления потока наклонными разделителями [6]. Рассмотрим плоскую модель бункера (рис.2а). Над выпускным отверстием на вертикальной оси бункера устанавливается разделитель 1. При истечении сыпучего материала он разделяет поток на две части - потоки 2 и 3. При однородной крупности ё частиц сыпучего материала вертикальные оси 4 этих потоков расположены на расстоянии 2ё от края разделителя 1. Для дальнейшего разделения образо-
вавшихся потоков 2 и 3 выше разделителя 1 устанавливаются наклонные разделители 5 с углом наклона равным или большим угла естественного откоса у сыпучего материала. Расстояния между разделителями по горизонтали а и вертикали b определяются из следующих соотношений:
3d -V 10d ■ b /2 < a < 4d + V 10d ■ b / 2; b > a ■ tgy + 3d / cos у .
Для последовательного деления потока может использоваться любое количество наклонных разделителей, расположенных по высоте бункера.
Рис. 2. Расположение разделителей потока в бункере а) плоская; б) объемная модель
4
3
5
2
1
а
в г
Рис. 3. Выпуск сыпучего материала из бункера с установленными разделителями потока: а), б), в), г) -
стадии выпуска
Выбор расстояния между разделителями по горизонтали а определяет скорости образующихся потоков относительно друг друга. Установим расстояние а между разделителями 1 и 5
равным 2ё, то есть нижний конец разделителя 5 находится на вертикальной оси потока 2. При таком расположении разделителя скорость потока
2, подвергающегося делению, равна скорости потока 6, образующегося за разделителем 5. Это
приводит к равномерному опусканию горизонтальной верхней поверхности сыпучего материала в бункере.
В объемном бункере разделители используются аналогично, с той разницей, что они имеют объемную форму - конуса. Устройство бункера с установленными разделителями показано на рис.2б. Нижний разделитель 1 имеет форму конуса, а каждый вышележащий разделитель 2, 3
представляет собой кольцо в виде усеченного конуса, диаметр этих колец увеличивается, а их ось совпадает с вертикальной осью бункера 4. Все разделители скреплены между собой, и образованная общая конструкция прикреплена к стенкам бункера. После заполнения бункера сыпучим материалом (см. рис.1а), был осуществлен его выпуск (рис.3). В момент начала выпуска (рис.За) сыпучий материал начинает двигаться по всему объему бункера. Опускание темного верхнего слоя сыпучего материала происходит равномерно по центральной части бункера и за разделителем 3. При дальнейшем выпуске темные частицы двигаются в потоке, огибающем разделитель 2 (рис.З б, в), достигая выпускное отверстие. Показанная картина выгрузки одинакова в любом вертикальном поперечном сечении бункера.
При засыпке в бункер сыпучий материал может иметь верхнюю поверхность в виде конуса (рис.4). В данном случае расстояние между разделителями 1 и 2 по горизонтали необходимо увеличить, то есть задать величину а>2d. Частицы, расположенные на поверхности сыпучего материала на вертикальных осях потоков 4 и 5, достигнут одновременно выпускное отверстие, если выполняется равенство
(
H 2 = Hl ■ exp
4/аі
9Ь
2 Л
- Ь ■ exp
2/а,2 Л 9Ь
V У V У
где Н и Н2 - высоты столба сыпучего материала для потока 4, подвергающегося делению, и для потока 5, образующегося за разделителем 2; а] =
а
2ё, / = 2І3кр ■ ё. При выгрузке сыпучего
материала, его верхняя поверхность 6, имеющая вид конуса, выравнивается до горизонтальной, принимая положения 7-9, причем движение частиц происходит по всему объему бункера.
Выгрузка сыпучего материала из бункера с
Рис.4. Истечение из бункера сыпучего материала с верхней поверхностью в виде конуса
квадратным сечением при наличии разделителей происходит аналогичным образом.
Таким образом, система конических разделителей внутри бункера позволяет увеличить фигуру потока до размеров бункера, управлять параметрами общей фигуры выпуска и обеспечить равномерное горизонтальное опускание верхней поверхности сыпучего материала, исключить образование неподвижных зон в бункере и сводообра-зование, что повышает интенсивность выгрузки.
6
7
8
9
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зенков Р.Л. Бункерные устройства / Р.Л.Зенков, Г.П.Гриневич, В.С.Исаев. - М.: Машиностроение, 1977.- 220с.
2. Крамаджан А.А. О взаимодействии питателя возвратно-поступательного действия с транспортируемыми материалами / А.А.Крамаджан, С.Б.Стажевский, Г.Н.Хан // ФТПРПИ. - 1997.- №3.- С.60-68.
3. А.с. СССР №1585259, В 65 в 65/30, В 65 Б 88/64. Способ выгрузки сыпучих материалов из вертикального бункера с нижним выпускным отверстием и сужающейся нижней частью / Д. А. Каминский, В.М.Хазов (СССР).- 1990, БИ №30.
4. А.с. СССР №793874, В 65 Б 88/54. Бункер для сыпучих материалов / Т.И.Зеленцов, Г.Г. Лимонов, В.И. Межуев (СССР).-1981, БИ №1.
5. Ермакова И.А. Устройство для выгрузки сыпучих материалов / Решение о выдаче патента РФ на изобретение, заявка №2001126624/13(028321) МПК 7 В65Б 88/64, В65в 65/30. Заявлено 01.10.2001 г.
6. Рыжков Ю.А. Деление и управление потоками сыпучего материала при истечении с использованием наклонных разделителей / Ю.А. Рыжков, И.А. Ермакова // ФТПРПИ. - 1998. - №6. - С. 74 - 80.
□ Автор статьи:
Ермакова Инна Алексеевна - канд. техн. наук, доц. каф. прикладной математики
Геотехнология 37
