Емкости бункерно-силосного типа с боковым щелевым отверстием для выпуска сыпучих грузов

Анализ выпуска сыпучих грузов из бункеров со щелевым выпускным отверстием показал, что форма истечения относится к нормальной форме движения потока со всеми негативными явлениями, возникающими в полости емкости: наличие застойных зон, образование центрального канала и т.п. Использование в рассматриваемых бункерах гравитационного выпуска возможно только на хорошосыпучих грузах. Однако следует отметить, что бункера со щелевыми выпускными отверстиями имеют значительный ресурс совершенствования, который путем сочетания гравитационного и принудительного выноса из полости емкости сыпучего груза позволяет эффективно функционировать им на среднесыпучих и трудносыпучих грузах. Наряду с этим может быть увеличен полезный объем емкости за счет конструктивного исполнения ее ограждений вертикальными стенками, вместо установ -ленных под углом. Некоторые варианты оснащения бункеров со щелевыми выпускными отверстиями питателями с точной траекторией движения рабочих органов могут повысить эффективность работы бункеров на трудносыпучих грузах. Конструктивное исполнение щелевых бункеров с односторонним и двусторонним истечением ограничено прямоугольной формой с многократным превышением длины над шириной, что сдерживает их применение из-за сложности сочетания с другим оборудованием.

Предложенная нами конструктивно-технологическая схема боковой разгрузки бункера по его периметру еще более усилила его преимущества перед известными схемами (рис. 3.1). Подробное рассмотрение этой схемы истечения выявило следующее. В отличие от движения к выпускному отверстию по центральному каналу, в предлагаемой схеме сыпучий груз перемещается вдоль ограждающих конструкций по всему их периметру.

В классической схеме истечения движение частиц груза происходит по центральному каналу, ограждающие стенки которого состоят из содержимого бункера и являются частью застойной зоны. Естественно, движение частиц по каналу сопровождается трением о его стенки, т.е. внутренним трением.

Застойной зоной в предлагаемой схеме является центральная часть емкости, а примыкающий к ее ограждающим конструкциям сыпучий

Схема истечения из бункера со щелевым отверстием по периметру дна
Рис. 3.1. Схема истечения из бункера со щелевым отверстием по периметру дна

груз увлекается движением за счет сил тяжести. С уменьшением насыпи сыпучего груза снижается объем застойной зоны, уменьшающейся в процессе выпуска до размеров конуса с углом, приблизительно вдвое большим угла естественного откоса груза. Вид истечения в предлагаемой схеме можно отнести к нормальному. Однако поток сыпучего груза ограничен с одной стороны стенками хранилища. Это существенно расширяет возможности гравитационного выпуска. Поток сыпучего груза не испытывает сжатия благодаря отсутствию сужающей его воронки, что способствует стабилизации процесса истечения вследствие большей подвижности частиц в зоне выпуска. Следует отметить высокую технологическую надежность выпуска за счет большего объема одновременно движущегося сыпучего груза по периметру емкости. Локальное образование сводов в этом случае не может дестабилизировать истечение по причине продолжающегося движения соседних зон выпуска, которые разрушают образующиеся своды выносом частиц содержимого бункера из них.

Оснащение бункера со щелевым выгрузным отверстием затвором по периметру его дна позволяет существенно расширить его функциональные возможности и обеспечить соотношение площади выпускного отверстия и сечения бункера вплоть до 1, чего невозможно достичь другими конструкциями хранилищ. Использование затвора по периметру бункера открывает новые возможности по восстановлению сыпучести слежавшегося содержимого путем его извлечения с днища с последующим измельчением.

Увеличением диаметра дна по сравнению с диаметром корпуса бункера-силоса (или превышением размеров дна над размерами его корпуса) можно нарастить по его периметру косвенную заслонку, на которой разместить питатель (скребковый для прямоугольного корпуса бункера (рис.3.2), лопастной для цилиндрического (рис.3.3). Сочетание косвенной заслонки и щелевого выпускного отверстия по периметру дна бункера обеспечивает условие разуплотнения содержимого емкости при истечении его из отверстия. Размещение привода, элементов крепления рабочих органов питателя на косвенной заслонке позволяют обеспечить вынос их из зоны контакта с сыпучим грузом, что повышает надежность

Схема цилиндрического бункерного устройства с лопастным питателем
Рис.3.3. Схема цилиндрического бункерного устройства с лопастным питателем

работы бункерно-силосных систем в целом.

Устройство, изображенное на рис. 3.2, состоит из бункера 1, рабочих органов 4, шарнирно закрепленных на штанге 2, выполненных в виде отвалов-скребков, кольцевого затвора 5, предусмотренного по всему периметру бункера, дна бункера 3. У половины отвалов-скребков каждой штанги поворот за счет упоров ограничен в одну сторону, у второй половины - в другую сторону. Это позволяет иметь в полости бункера знакопеременное перемещение груза, способствующее его истечению.

Скребки штанги вводятся через щелевое отверстие в полость бункера. Для оперативного изменения ширины щелевого отверстия предусмотрен кольцевой затвор по всему внешнему периметру бункера, ширина которого превышает максимальную ширину щелевого отверстия. Вертикальное перемещение его осуществляется автономно.

Бункерное устройство работает в следующем порядке. В бункер загружается сыпучий материал (либо он засыпан). Груз, заполняя емкость бункера, вытекает через щелевое отверстие на его дно по всему периметру под углом естественного откоса. После этого устанавливается величина вертикального перемещения кольцевого затвора, который размещается с зазором над торцами отвалов-скребков по периметру бункера. При пуске приводной станции штанга совершает возвратно-поступательное движение с величиной хода, предусмотренной конструкцией привода. Рабочие органы побудителя сбрасывают разуплотненный сыпучий груз со дна «косвенной заслонки» на разгрузочный транспортер, стимулируя дальнейшее истечение его из полости емкости. Направление перемещения груза скребком обусловлено установкой упоров на штанге.

Исследование этого явления выявило, что высота насыпи не влияет на качественные и энергетические показатели функционирования бункерных устройств. Это обусловлено тем, что гравитационное истечение на последней стадии дополнено принудительным. Рабочие органы побудителя работают в благоприятных условиях - вне полости бункера - и счищают разуплотненный сыпучий груз. При этом пусковой и рабочий моменты на приводе побудителя близки по своему значению. Частицы груза опускаются к щелевому отверстию вдоль стенок, а не по центру бункера, с заменой трения внутреннего на внешнее. Сочетанием гравитационного и принудительного выноса сыпучего груза можно добиться оптимального режима функционирования как по качественным, так и по энергетическим показателям.

К существенному критерию оценки бункерно-силосных устройств следует отнести наличие остатков сыпучих грузов в их полости после завершения процесса опорожнения.

На выпуске органических и химических веществ их остаток в бункере может служить очагом гниения, порчи для первых и химической реакции для вторых, особенно при смене груза. Эти явления в конеч ном итоге приводят к зарождению и возникновению сводов. Поэтому указанный критерий оценки особенно важен на выпуске компонентов комбикорма. В связи с этим предлагается использовать рабочий орган, доходящий до середины емкости (см. рис.3.3). Исходя из минимальных энергетических затрат на выпуск груза из бункера, высота рабочего органа должна быть переменной (возрастающей от центра к периферии бункера).

Оснащение дна цилиндрического бункера конусом со сводооб-рушителем значительно расширяет возможности конструктивнотехнологической схемы на связных грузах путем селективного включения сводоразрушителя от рабочих органов питателя (рис. 3.4).

Бункерное устройство (см. рис.3.4) состоит из рамы 1, оснащенной неподвижной вертикальной осью 2, на которой в подшипниковом узле размещен вращающийся диск 3 с установленными на нем с определенным шагом рабочими органами 4, дна бункера 5, кольцевого затвора 6, корпуса бункера 7, конуса 8, рыхлителя 9, причем лопасти рыхлителя закреплены на вертикальном валу, проходящем через вершину конуса. В случае вертикального перемещения в крайнее верхнее положение при помощи рычага 10 лопатки рыхлителя выходят из зацепления с рабочими органами питателя. Кольцевой затвор 6 выполнен с возможностью вертикального перемещения по внешнему периметру корпуса бункера на высоту, необходимую для обеспечения заданной производительности, и имеет автономный привод для его перемещения. Рабочие органы 4 вращаются над горизонтальной частью дна бункера и не входят в его полость.

Процесс выгрузки из данного бункерного устройства, заполненного компонентом комбикорма, происходит следующим образом. Кольцевой затвор 6 выставляется на определенную высоту в соответствии с необходимой величиной подачи сыпучих грузов. Во время открытия кольцевого затвора частицы груза высыпаются из щелевого отверстия под углом естественного откоса на горизонтальную часть дна 5, с которой сбрасываются рабочими органами 4.

Образование сводов происходит в зоне выпускного отверстия. Образовавшийся свод опирается на конус и на ограждающие конструкции (стенки емкости). Для того, чтобы лишить свод опоры предлагается использовать кольцевой затвор с возможность движения его по вертикали.

Одно из таких устройств изображено на рис. 3.5. Оно содержит корпус 1 и днище 2 с установленным на нем сверху конусом 3. Днище 2 емкости расположено со щелевым зазором 4 между ним и конусом. Под днищем 2 емкости расположен диск 5 с лопастями 6, проходящими через зазор в полость емкости. Снаружи корпуса 1 емкости установлен кольцевой затвор 7 с боковым отверстием, перекрываемым боковой заслонкой 8. Диск и затвор снабжены автономно работающими приводами. В днище емкости выполнен вырез 9, расположенный под боковым отверстием кольцевого затвора.

Устройство работает следующим образом. Заполнение емкости трудносыпучим грузом производится при опущенном кольцевом затворе 7 до лопастей 6. При выгрузке с помощью привода поднимают кольцевой затвор 7 и вращением диска 5 осуществляют инициирование высыпания груза из емкости. При этом лопасти 6 разрыхляют слежавшийся груз и выносят его через щелевой зазор за пределы корпуса, а дальше по днищу 2 перемещают в вырез 9, через который он выгружается в транспортное средство.

При образовании в емкости сводов вследствие слеживания груза и дестабилизации его истечения производят дополнительное инициирование высыпания за счет регулируемого открытия заслонки 8 на боковом отверстии в кольцевом затворе 7. При этом разгружаемый из емкости материал, стимулируемый вращающимися лопастями 6, высыпается из отверстия (отверстий) в кольцевом затворе 7 непосредственно в вырез (вырезы) 9 в днище 2 и падает в соответствующее транспортное средство.

Бункеры с такими конструктивными элементами могут работать в режиме загрузчика или дозатора. В последнем случае для расширения диапазона расхода размер щелевого отверстия между дном и кольцевым затвором следует увеличить.

Практика свидетельствует, что даже хорошосыпучие грузы при длительном хранении приобретают определенную слеживаемость. Для восстановления их сыпучести достаточно определенного импульса при выпуске. Как правило, для этой цели используются ударные нагрузки по корпусу бункера или его конусной воронке. Для щадящего режима работы бункеров (силосов) при длительном хранении малосвязных грузов может быть использован рыхлитель на кольцевом затворе (рис. 3.6), который устанавливается в бункере, состоящем из корпуса бункера 1, закрепленного на раме 8, по внешней поверхности которого имеет возможность ограниченного перемещения в вертикальной плоскости кольцевой затвор 2. В нижней части последнего при помощи шариковой обоймы 5 установлено, с возможностью вращения, кольцо 4, с закрепленными на его внутренней поверхности рабочими органами рыхлителя 6. Кольцо 4 имеет автономный привод 3 для вращения независимо от подъема кольцевого затвора, чем достигается селективность рыхления выпускаемого груза.

Процесс разгрузки представленного бункера протекает следующим образом. В соответствии с необходимостью выбирается расход груза в единицу времени при помощи фиксации кольцевого затвора 2 на определенной высоте. Под давлением столба содержимого бункера груз начинает истекать из выгрузного отверстия, конус дна 7 при этом обеспечивает равномерное распределение потока по всему периметру емкости.

Исследованиями отечественных и зарубежных ученых установлено, что стабильность выпуска сыпучих грузов во многом определяется напряженным состоянием содержимого бункера, силоса. На сыпучий груз в полости емкости действуют горизонтальные и вертикальные силы, обусловленные силой тяжести насыпи. Для снижения нагрузки на зоны, примыкающие к выпускному отверстию, используются различные средства и методы, однако для связных грузов они мало пригодны.

Отличительные особенности семейства щелевых бункеров состоят в отсутствии выпускной воронки и наличии приспособлений формирования изменения направления потока для его концентрации; в использовании регулируемого бокового щелевого отверстия по периметру бункера, которым разделяется корпус и дно, а также в оснащении косвенной заслонкой по периметру емкости. На плоском дне размещаются рабочие органы побудителя с приводом, расположенным под его дном. Регулирование щелевого выпускного отверстия может осуществляться кольцевым затвором, а сводообразование и слеживаемость сыпучих грузов в полости бункера устраняться массивным сводообрушителем селективного включения от привода рабочих органов побудителя. Рассматриваемое семейство бункеров обеспечивает более полное использование потенциальной энергии насыпи сыпучего груза для стимулирования истечения. При этом достигается управляемое сочетание гравитационного и принудительного выноса

Цилиндрическое бункерное устройство с кольцевым затвором и сводообрушителем селективного действия
Рис.3.4. Цилиндрическое бункерное устройство с кольцевым затвором и сводообрушителем селективного действия
Устройство для выпуска слеживающихся трудносыпучих грузов
Рис. 3.5. Устройство для выпуска слеживающихся трудносыпучих грузов
Схема бункера с рыхлителем на кольцевом затворе
Рис. 3.6. Схема бункера с рыхлителем на кольцевом затворе

груза из полости бункера, что позволяет значительно расширить возможности функционирования бункерно-силосных систем, в том числе и на трудносыпучих грузах.

Проанализировав форму истечения рассмотренного семейства щелевых бункеров и бункерных устройств, можно отметить, что она во многих случаях приближается к гидравлической форме движения потока. Это характеризуется, прежде всего, движением частиц груза по отношению к стенкам емкости, внешним трением частиц о поверхность стенок и сохранением формы поверхности насыпи в емкости на протяжении почти всего выпуска. При таком выпуске груз, обладающий большой связностью частиц между собой, имеет более существенные изменения поверхности насыпи по сравнению с исходным.

Значительным стимулирующим приемом процесса выпуска из рассматриваемых типов бункеров является перемещение кольцевого затвора. Импульс, полученный сыпучим грузом при манипуляции с кольцевым затвором, обеспечивает исключение образования статических сводов. Перемещением кольцевого затвора достигается получение большой площади выпускного отверстия - один из базовых признаков гидравлической формы движения потока груза в полости емкости. Особенно эффективным оказалось сочетание гравитационного и принудительного выноса сыпучего груза из полости емкости, что может быть достигнуто путем ввода в щелевое выпускное отверстие перемещающихся по точной траектории рабочих органов. Такое конструктивное исполнение механизмов, стимулирующих выпуск, существенно снижает порог расхода сыпучих грузов по сравнению с бункерами, в которых используется только гравитационное истечение, и позволяет достичь режимов работы дозирующих систем.

В рассматриваемом семействе щелевых бункеров, силосов и бункерных устройств появилась возможность решения важной проблемы - доступа к рабочим органам побудителя, транспортера-питателя независимо от высоты насыпи в емкости, а локальное и внутриполостное искусственное сводообразование позволило достичь минимальных энергозатрат (в пределах 0,010...0,012 кВтч/т) на организацию выпуска сыпучих материалов. Это в 4.5 раз лучше показателей энергопотребления зарубежных аналогов.

Появилась возможность установки в зоне выгрузки бесприводного сводоразрушителя, который включается путем соединения его с рабочими органами побудителя селективно, а работа его с учетом периода сводообразования может быть ориентирована на режим дозирования.

Таким образом, созданное семейство бункеров и бункерных устройств с боковым и донным выпуском, позволяет обеспечить ресурсосбережение в широком диапазоне физико-механических свойств сыпучих грузов от хорошо- до трудносыпучих, от свеженасыпанных до слежавшихся с возможностью восстановления сыпучести.

Контрольные вопросы по 2 главе | Емкости для сыпучих грузов в транспортно-грузовых системах | Устройства для снижения вертикального давления