CC BY
41
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
УСТАНОВКА ВИБРОАКТИВАТОРА ДЛЯ ОБРУШЕНИЯ СВОДОВ В БУНКЕРЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЩЕПЫ
В.П. СИВАКОВ, проф. каф. машин и оборудования ц/б пром-сти УГЛТУ, д-р техн. наук, М.Ю. ГОЛЫНСКИИ, асп. каф. машин и оборудования ц/б пром-сти УГЛТУ
Бункеры для накопления и хранения технологической щепы устанавливают как аккумулирующие емкости между древесноподготовительным и варочным цехами целлюлозно-бумажного производства (ЦБП). Бункеры по форме поперечного сечения бывают трех типов: круглые, квадратные и прямоугольные. К первой группе относятся цилиндро-конические бункеры, у которых верхняя часть представляет собой цилиндр, нижняя часть (выпускная воронка) - усеченный конус. Ко второй группе относятся призмо-пирамидальные бункеры, у которых верхняя часть - призма, нижняя - пирамидально-коническая воронка. К третей группе относятся бункеры с щелевым выпускным отверстием.
Первые два типа бункеров (круглые и квадратные) имеют круглые выпускные отверстия и оснащены тарельчатыми питателями с диаметром диска до 5 м. Прямоугольные бункеры имеют разгрузочное отверстие в виде щели по всей длине бункера шириной 0,8 м и оснащены шнековыми разгружателями.
Распространение получили круглые бункеры с тарельчатыми питателями, так как они позволяют применять индустриальные способы строительства.
Бункеры для щепы этого типа имеют круглое сечение (наружный диаметр 10-12 м), а в нижней части - конусную металлическую воронку с круглым разгрузочным отверстием диаметром до 3,5 м. Емкость бункеров 1 100 и 2 500 м3. Для уменьшения сводообразования выпускное отверстие в конусной части бункера иногда смещают относительно вертикальной оси на 0,75-1,0 м. Склады для щепы применяются железобетонные с металлической воронкой или стальные. Нижняя коническая часть бункера размещается в отапливаемом здании. Вертикальные стенки бункеров, располагаемых в холодном климате, обогреваются горячим воздухом, который подается по стальным трубкам, размещаемым внутри железобетонных стенок. Наружная поверхность стенок этих бункеров
покрывается теплоизоляцией. Внутренняя поверхность железобетонных бункеров должна тщательно железниться и не иметь выступающих частей. Иногда она покрывается специальной пластмассой или стеклом для уменьшения трения материала о стенки бункера.
Технологическая щепа в бункерах хранится от нескольких часов до нескольких суток. Бункер в установках непрерывной варки целлюлозы должен иметь запас щепы, обеспечивающий бесперебойную работу варочного котла в течение трех суток.
При хранении технологической щепы в бункерах более двух суток происходит ее уплотнение, в результате чего создаются затруднения при выгрузке плотной щепы [1]. Из опыта эксплуатации установлено, что переход от режима хранения к выгрузке происходит со сводообразованием. Свод технологической щепы образуется в коническом днище. Технологическая щепа, расположенная ниже свода, свободно высыпается из бункера. Обрушение уплотненной щепы, расположенной выше свода, при выгрузке происходит неравномерно, часто сопровождается закупориванием с образованием новых сферических сводов.
Точки пересечения дуг сводов с корпусом днища бункера в каждом конкретном эпизоде сводообразования случайны и располагаются в ограниченной зоне дислокации. Для обрушения сводов применяют механические и вибрационные устройства, способствующие обрушению технологической щепы. В связи с тем, что процесс образования и разрушения сводов мало изучен, большинство известных устройств для обрушения сводов малоэффективны.
Для выгрузочных устройств бункеров с вращающимися тарельчатыми питателями характерно формирование на поверхности тарели конуса из уплотненного насыпного материала. Конус из уплотненной технологической щепы неустойчив, размеры конуса изменяются в широких пределах.
162
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 8/2007
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Периодически конус из технологической щепы саморазрушается. Наблюдениями установлено, что наиболее устойчивыми характеристиками конуса можно считать угол при вершине равный 80-90° и соосность конуса и оси вращения тарельчатого питателя (рис 1). Установлено, что конус в основном формируется из мелкой фракции технологической щепы, частиц щепы с выходом смолы на поверхность и сучков.
Образование конуса из уплотненного материала ухудшает режим выгрузки технологической щепы, т.к. увеличивается трение движущихся частиц по неподвижной поверхности конуса.
При длительной эксплуатации бункера высота конуса h из уплотненной технологической щепы увеличивается, а минимальный диаметр подвижного объема щепы d сокращается. При увеличении высоты конуса h до h и уменьшении d до 0 происходит закупорка выпускного отверстия бункера, устранение которой трудоемко и занимает длительный период. Конус из технологической щепы способствует сохранению, движению вниз и уплотнению пробок щепы в форме сводов и наоборот - уплотнение сводов способствует увеличению размеров конуса.
Формирование конуса - процесс естественный, характерный для суспензий с концентрацией выше 8 %, а также для всех сыпучих материалов, находящихся в псевдоожиженном состоянии или состояния движения потока. При разработке аппаратов зону формирования конуса из отложений сырья устраняют, устанавливают на днищах конусы из металла или коническо-цилиндрические устройства. Это наряду с устранением отложений снижает трение частиц движущего потока (коэффициент трения щепа по щепе равен 0,5, а щепа по стали - 0,2).
Для математического описания процесса истечения сыпучего материала из бункера зададимся параметрами, характерными для бункеров, применяемых в ЦБП:
d = 0,5 м - диагональ между двумя максимально удаленными точками частицы технологической щепы;
^ - коэффициент внутреннего трения для щепы из осины он варьируется
от 0,55 до 2,00; наиболее часто принимает значение м = 0,9;
R = 1,5 м - радиус выпускного отверстия бункера.
Для бункеров, где размер частиц значительно меньше радиуса выпускного отверстия, для расчета истечения сыпучего материала используют приближенные формулы [2].
Высота (м) наиболее часто образующегося свода определяется по формуле
y = м • R = 0,9-1,25 = 1,125. (1)
Минимальная высота свода у . = |1 . • R = 0,55 • 1,25 = 0,688. (2)
Эксцентриситет динамически неустойчивого свода над отверстием
8 = 71 -Ц2 =71 - 0,92 = 0,436. (3)
Эксцентриситет способствует разрушению свода. При эксцентриситете дуги поперечного сечения свода не равны между собой. Неравенство дуг приводит к тому, что сила от давления в сырье со стороны большой дуги выше, чем со стороны меньшей дуги поперечного сечения свода. Разность сил направлена к устранению эксцентриситета для приведения свода к симметрии (равенству дуг). Выравнивание сил, происходящее при движении системы к равновесию, приводит к разрушению свода по большей дуге.
Максимальная скорость истечения (м/с) определяется по формулам свободного падения с высоты у
W„a, = V 2 - g-Ц-R =V2 - 9,81-0,9-1,25 = 4,698. (4)
Рис. 1. Схема выгрузки технологической щепы из бункера: 1 - тарельчатый питатель; 2 - загрузочноразгрузочное устройство; 3 - коническое днище бункера; 4 - приемный лоток; 5 - малоподвижный объем щепы; 6 - подвижный объем щепы; 7 - конус из уплотненной щепы
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007
163
ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 2. Тарельчатый питатель с виброактиватором
Механизм движения частиц при выпуске их из отверстия предполагает истечение как результат свободного падения частиц после разрушения равновесного свода. Средняя скорость истечения должна быть равна половине максимальной, так как кривая, описывающая равновесный свод, подчиняется законам параболы.
W0 = 0,5 W = 0,5 • 4,698 = 2,349. (5)
Частота образования сводов (м/с) определяется по формуле
и =
1,17 л/ g ■R-P
d
1 + 1,15-р2 ^1 + ^
1 -р
—2 ^ 1 -Vi-P2
1,17-у/9,81-1,25 ■ 0,9
;('1 +1,15 ■ 0,92 ■ ,g1 + ,/Т-0~9
■ = 26 . (6)
0,05
V
1 - 0,92 61 ^/1^
Периодичность сводообразования меньше 1 с. Это свидетельствует о том, что истечение технологической щепы из типовых бункеров происходит в условиях постоянного сводообразования.
Для обеспечения устойчивого процесса выгрузки щепы необходимо применять специальные устройства для обрушения сводов. Например, тарельчатый питатель с виброактиватором (рис. 2).
Тарельчатый питатель представляет собой диск, установленный на вертикальный вал, вращающийся в радиальных и упорных подшипниках. Привод тарельчатого питателя осуществляется от электродвигателя через червячный редуктор и открытую зубчатую передачу. Частота вращения тарельчатого питателя регулируется частотным преобра-
2
зователем в пределах от 4,22-7,04 об./мин. Перед пуском тарельчатого питателя загрузочно-разгрузочное устройство настраивают на определенную скорость истечения технологической щепы. Для этого винтовыми механизмами перемещается загрузочно-разгрузочное устройство по направляющей, регулируя высоту выгружаемого потока технологической щепы.
Устройство модернизированного тарельчатого питателя состоит из диска 1, в центре которого установлен коническо-цилиндрический выступ 2. Он состоит из цилиндрической части 2.1, на которой расположен виброактиватор 3, установленный на шаровых опорах 4. Виброактиватор 3 через пружины 5 связан с конической частью выступа 2.2, которая под действием вибрации имеет горизонтальное перемещение [3].
Работа модернизируемого тарельчатого питателя осуществляется следующим образом. Для выгрузки технологической щепы включают привод тарельчатого питателя 6, обеспечивающий его вращение. Технологическая щепа под действием собственного веса перемещается по кольцевому зазору между стенками бункера 7 и коническо-цилиндрическому выступу 2, опускается на поверхность диска 1 и спускается на приемный лоток 8 через загрузочно-разгрузочное устройство 9. При образовании сводов или медленном истечении технологической щепы включается виброактиватор. Вибрационная обработка разрушает сводообразования и ускоряет движение технологической щепы при разгрузке бункера. 10 - уровень наиболее часто образующегося свода;11 - уровень свода минимальной высоты.
Отметим, что наиболее устойчивыми к разрушению являются своды при у., располагающимся в интервале ymin < у < у . Выступ виброактиватора следует располагать таким образом, чтобы его вершина пересекала зенит сводов, располагающихся между ymin и у .
Коническо-цилиндрический выступ виброактиватора на тарельчатом питателе имеет угол конуса меньше угла естественного откоса насыпного материала, что предотвращает образование сводов, а вибрационное перемещение конической части выступа
164
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007
