Бункеры и силосы
Лекция 2.9. Бункеры и силосы.
Бункерами называется саморазгружающиеся емкости, которые в течение длительного времени можно заполнять сыпучим грузом, а при необходимости загрузить подвижной состав или другие транспортные средства (хотя бы и конвейер) используя силу тяжести груза.
Бункерное устройство в общем случае может состоять из частей:
§ бункерная емкость
§ загрузочное устройство
§ побудители истечения плохосыпучих материалов
§ затвор или питатель
§ приборы контроля и автоматизации.
Классификация бункеров
По назначению
§ аккумулирующие (для накопления);
§ уравнительные (для обеспечения равномерного непрерывного движения грузов в технологическом процессе, для сочетания работы машин периодического и непрерывного действия);
Рекомендуемые материалы
§ технологические (для временного хранения до начала и после переработки);
§ направляющие (для направления потока груза и исключения просыпей при загрузке грейферным краном или экскаватором).
По форме в плане
§ прямоугольные;
§ многоугольные;
§ круглые (цилиндрические).
По материалу
§ стальные
§ железобетонные
§ деревянные (возможна футеровка стальными листами, как и у железобетонных)
По размерам
§ неглубокие (бункеры)
§ глубокие (силосы)
§ глубокие с диаметром 18 м и более (резервуары)
Классификация. Устройство. Геометрия бункеров и силосов. Вместимость. Производительность. Скорости истечения для несвязных и связных сыпучих грузов. Предупреждение сводообразования. Затворы и питатели.
Скорость истечения материала из бункеров
Процесс истечения может происходить по-разному. Обычно – внутри массы сыпучего груза, остающегося неподвижным, движется вертикальный столбматериала, расположенный над выпускным отверстием. Верхний слой груза образует воронку, скатываясь под углом естественного откоса, питает воронку. Но бывает иначе (гидравлическое истечение) – когда приходит в движение почти вся масса материала и в течении некоторого времени, опускается равномерно.
Скорость истечения зависит также от сыпучести груза. По свойству сыпучести грузы делятся на хорошосыпучие и плохосыпчие (связные). Сыпучесть груза может меняться.
Для хорошосыпучих грузов при нормальном истечении, скорость определится по формуле:
Здесь R – гидравлический радиус,
,
Где – F – площадь отверстия истечения, L – периметр.
При определении гидравлического радиуса учитывается , что площадь истечения меньше площади выпускного отверстия.
Гидравлический радиус для круглого отверстия:
Здесь D – диаметр отверстия, a – размер куска груза.
Для квадратного отверстия:
Для прямоугльного отверстия:
В зависимости от величины гидравлического радиуса:
При R>Rкр:
При R>Rкр:
τ0 – начальное сопротивление сдвигу
γм – объемный вес
f – коэффициент внутреннего трения
λ – коэффициент истечения.
Для сухих, зернистых, порошкообразных грузов - λ=0,55…0,65, для крупнозернистых, кусковых – 0,3…0,5, для пылевидных – 0,2..0,25.
Rкр – это минимальный гидравлический радиус, необходимый для нормального истечения.
k – учитывает степень неоднородности груза и расположения выпускного отверстия.
Скорость истечения для гидравлического истечения:
Скорость истечения при боковой разгрузке:
Площади истечения для разных форм:
Для круглого отверстия:
Для квадратного отверстия:
Для прямоугольного отверстия:
Практически определены минимальные размеры стороны выпускных отверстий квадратного сечения, необходимые для нормальной работы бункера, в зависимости от вида груза:
Гравий средних размеров – 300 мм, кокс – 300, песок сухой – 150, песок сырой – 450, порода или руда с размером кусков до 60 мм – 300, тоже до 100 мм – 450, то же до 160 мм – 500, руда рядовая – 800, уголь рядовой – 600, уголь до 20 мм – 300, до 40 – 350, до 80 – 400, до 150 – 500, цемент – 250.
Определение размеров бункеров
Размеры бункеров определяются их вместимостью, в зависимости от технологии работы. Размеры направляющих бункеров, выполненных в виде усеченной пирамиды или конуса принимаются из расчета равенства объема бункера трем объемам грейфера.
Вместимость бункеров:
Квадратный пирамидальный бункер:
Здесь Aв – ширина стороны верхнего квадрата сечения, Aв – нижнего, α- угол наклона стенки бункера.
Конический бункер:
Комбинированный бункер (с пирамидальной и параллелепипедной частями):
Здесь Hв, Ав – высота и ширина стороны праллелепипедной части, H1 - высота пирамидальной части, А – ширина стороны выпускного отверстия.
Фактически вместимость бункера зависит и от величины угла естественного откоса, способа загрузки и расположения и размера загрузочного отверстия. В случае наличия загрузочного отверстия, вместимость бункера следует определять как сумму трёх объемов,
Где V1 – вместимость верхней (пирамидальной) части груза,
Угол наклона стенок бункер рекомендуется принимать на 5…10° круче угла внутреннего трения груза.
Предупреждение сводообразования
Все связные сыпучие вещества при определенных условиях образуют свод равновесия. Весь материал, находящийся выше границы свода не движется. Размеры свода зависят от свойств материала и геометрии бункера.
Предупреждение сводообразования возможно следующими способами:
- правильный выбор конструкции бункера (угол наклона стенок нижней части, размеры выпускного отверстия);
- применение побудителей истечения груза;
- использование стабилизаторов.
Стабилизаторы
Стабилизатор(Приложение IX, рисунок 1а) – небольшая площадка, устанавливается у выходного отверстия бункера. Обеспечивает постоянное небольшое давление на груз в нижней части бункера, что препятствует слеживанию груза и образованию свода. Для лучшего ссыпания груза с самого стабилизатора, он может быть выполнен в виде двускатного или конического козырька (рассекатель) - рисунок 1б.
Побудители истечения
Разрушают своды или уменьшают угол внутреннего трения груза.
Виды побудителей:
§ механические рыхлители (рисунок 1 – в, г, д)
§ колеблющиеся сетки или решетки (рисунок 1е)
§ вибраторы, на стенках груза (рисунок 1ж) или опускающиеся в груз
§ аэрационные побудители, насыщающие груз воздухом (рисунок 1з).
При вибрации резко снижается коэффициент внутреннего трения. Частота вибрации – 2800 Гц, возмущающая сила – 2…6 кН, Мощность – 0,4…0,65 кВт. Для предохранения стенок бункера и других металлоконструкций используют упругие элементы для соединения с вибратором.
Аэрационные побудители используют для пылевидных и порошкообразных грузов (цемент, удобрения, химические грузы). Распределительные коробки укладывают на днище (25…40 % площади), а иногда и на стенки бункера. Образуется рыхлительная система. В плитах устанавливают пористые плиты, в нижней части ввернуты трубы, по которым внутрь коробки подается воздух под давлением 0,2 МПа, проходя из плит через груз, воздух аэрирует груз. Для разрушения сводов используют воздушный удар - кратковременное повышение давления до 0,5 МПа. В качестве пористых элементов могут использоваться трубы с отверстиями, обернутые тканью.
Затворы и питатели
Затворы и питатели используют для перекрывания выходного отверстия бункера и регулировки истечения груза.
Затворы применяют, как правило, для хорошосыпучих грузов, питатели,– для всех.
Затворы
(рисунок 2) – просто перекрывают выпускное отверстие. Рисунок 2а - клапанный затвор, 2б – подпорный затвор, эти затворы просты, их применяют в небольших бункерах с малой площадью выходного сечения.
На рисунках 2 в и г – шиберные затворы, просты, компактны, однако, от давления груза создается большое сопротивление в пазах.
На рисунках 2 д и е – секторные затворы, они имеют цилиндрические поверхности, поворачиваются вокруг горизонтальной оси, сопротивление повороту очень мало. У двухсекционного затвора (е) направление потока груза в процессе закрытия или открытия не меняется.
На рисунке 2ж – вибролотковый затвор, при вибрации уменьшается угол трения, груз высыпается.
Питатели
(рисунок 3) – активно перемещают частицы груза. Показаны питатели: ленточный, шнековый, инерционный, качающийся, секторный, диковый, цепной.
Датчики количества груза
Применяют для контроля уровня заполнения бункеров и управления загрузочными и разгрузочными устройствами.
Применяют следующие виды датчиков:
§ мембранные;
§ диафрагменные;
§ электромеханические;
§ электрические;
§ фотоэлектрические;
"Инструмент для проведения спускоподъемных операций" - тут тоже много полезного для Вас.
§ радиационные.
Мембранные и диафрагменные датчики (рисунок 4 а, б) монтируются в стенках бункера заподлицо. Мембрана при давлении на неё груза прогибается и давит на подпружиненный шток. Свободный конец штока воздействует на выключатель цепи привода и сигнальной лампочки.
Электромеханические датчики (рисунок 4 в) имеют принудительно вращаемые крыльчатки, которые при засыпании их грузом - останавливаются
Электрические (рисунок 4 г, д, е) датчики – опускаются на канатах, цепях или стержнях. Поплавок в виде конуса, шара или колокола , при отклонении датчика от вертикали под действием груза (заваливается), размыкает или замыкает контакты, при освобождении – поплавок возвращается в исходное положение.
Фотоэлектрические датчики (рисунок 4 ж) содержат источник света и приемник. Груз перекрывает поток света и датчик срабатывает. При большой запыленности – плохо работает. Тогда можно применить радиационный датчик, где при наличии груза уменьшается интенсивность радиационного потока.
Для контроля загрузки применяется также автоматическое отмеривание груза с помощью конвейерных весов (Рисунок 4 з). здесь питатель после накапливания на конвейере определенного количества груза выключается.
