Стабилизаторы истечения

Изучение технологического процесса хранения и выпуска трудносыпучих грузов позволило сделать вывод о том, что для увеличения срока их хранения необходимо уменьшить уплотняемость в полости ёмкости и подавить процессы образования сводов.

Пассивный способ активации истечения заключается в обеспечении неизменного давления в нижних слоях содержимого ёмкости.

Для предупреждения образования сводов в бункерах необходимо устранять устойчивое равновесие горизонтальных и вертикальных сил. Это условие считается основополагающим для любого бункерного хранилища. Широкое распространение в практике получили разгрузочные устройства, в которых снятие нагрузок внутри массы материала осуществляется за счёт установки стабилизаторов давления3. Они располагаются в полости бункера и переносят существенную массу засыпанного груза на его стенки. В результате снижается действие на элементы конструкции, расположенные в нижней части емкости.

Необходимым и достаточно важным инструментом создания перспективных технических решений и выбора оптимальных параметров конструктивных схем стабилизаторов давления является анализ и разработка вытекающей из него классификации существующих конструкций.

Анализ литературных источников позволил предложить классификацию стабилизаторов давления для сыпучих грузов (рис.2.97).

В соответствии с ней стабилизирующие устройства разделяются по следующим отличительным признакам:

- по назначению;

- по расположению в полости бункера;

- по конструктивному оформлению.

Одним из способов снижения давления в полости хранилища является нанесение на внутреннюю поверхность стен покрытий, обладающих различным коэффициентом трения.

Этот способ нашёл применение в практике строительства бункерных конструкций. Учеными из ГосНИИХПом были разработаны и внедрены на ряде предприятий хлебопекарной отрасли спиральные системы (рис.2.98), которые позволили изменить схемы подачи сыпучих материалов со складов хранения, улучшить качество разгрузки за счёт организации распределения сил трения по площади внутренней поверхности бункера.

Система снятия нагрузок выполнена в виде «ступенчатой» емкости, внутренняя боковая поверхность которой включает комбинацию поверхностей «ступеней» с различной степенью шероховатости. Более гладкие поверхности расположены по линии, имеющей форму убывающей спирали, направленной к центру бункера. Снятие нагрузок внутри столба за счет взаимного расположения полос создает условия для свободной выгрузки материала без образования сводов.

С увеличением поперечного сечения бункеров эффект от этих покрытий снижается. Снятие нагрузки от насыпного груза происходит лишь в пристенной зоне, тогда как центральный столб продолжает воздействовать на зону выпускного отверстия. Также не решается проблема сегрегации материала. Кроме того, возникает сложность в изготовлении конструкции, связанная с трудоемкостью процесса нанесения покрытия.

Использование ограждающих конструкций различной конфигурации позволяет влиять на интенсивность истечения. На рис.2.1.ж, представленном в разделе 2.3, предложен бункер, в котором истечение груза происходит по всему сечению. В приведенной конструкции уменьшается полезный объем емкости, изготовление конструкции

Рис.2.97. Классификация стабилизаторов давления связано со значительной сложностью. Кроме этого на выступающих

элементах возможно наличие остатков груза после выгрузки. В зоне наименьшего сечения можно прогнозировать образование сводов.

С целью надежного выпуска зерновых грузов и продуктов перемола из бункеров в ФРГ применяется емкость с разгрузочным устройством, состоящая из сужающегося бункера, у которого угол наклона стенок постепенно увеличивается (рис.2.99,а). Для разуплотнения материала в зоне выпускного отверстия предусматривается установка статического элемента в виде конуса, переходящего в цилиндр. Большая металлоемкость, сложность изготовления, а также проблема очистки стен от налипшего груза не позволяют широко использовать данное устройство.

Бункер с наклонными перегородками (рис.2.99,б) позволяет обеспечить более длительное хранение сыпучих грузов. Достигается это за счёт того, что столб груза не оказывает давления на нижележащие слои. Однако при длительном хранении трудносыпучих материалов эффективность этой разработки снижается.

Коническая труба, расположенная в боковой стенке бункера, обеспечивает беспрепятственный выпуск сыпучего груза (рис.2.99,в). Диаметр трубы ближе к выпускному отверстию увеличивается, и груз истекает в разуплотнённом состоянии. Подобно этой конструкции в Чехословакии применяются бункера для хранения сыпучих грузов с вертикальной трубой, установленной в центральной части (рис.2.99,г). Ширина щели в стенке трубы меньше ее внутреннего диаметра. В результате при истечении содержимого через трубу его трение значительно снижается. Должного применения эти конструкции не нашли из-за затруднений, вызванных при очистке выгрузных элементов.

С целью оптимизации процесса выпуска сыпучих грузов германская фирма «Миаг» рекомендует применять силосы, конфигурация которых способствует изменению направления движения потока груза (см. рис.2.1.г, раздел 2.3).

Зарубежными исследователями была доказана эффективность использования рассекателей потока. Установка их в месте загрузки в емкость или расположение над выпускным отверстием позволяет добиваться положительных результатов. Кроме того, использование рассекателей потока при загрузке бункеров позволяет произвести равномерное заполнение емкости.

К простейшим стабилизаторам давления следует отнести горизонтальную пластину (рис.2.100,а), помещенную в центре выпускной воронки бункера. Она служит опорой для груза, лежащего над ней. При заполнении пустого бункера пластина защищает питатель или затвор в выпускном отверстии от динамического воздействия свободнопадающего груза. Кроме этого установка горизонтальных пластин позволяет увеличить активный объём груза, приходящего в движение после открытия затвора. Одним из недостатков использования пластины над выпускным отверстием является снижение полезного сече ния полости бункера. Также отсутствует возможность самоочистки данного элемента.

На практике применяются рассекатели потока различных форм. Часто встречающиеся рассекатели имеют форму конуса, шара или клина. Рассекатель потока может быть выполнен в виде соединенных основаниями конусов (рис.2.100,6). В общем случае рассекатель потока характеризуется таким же углом наклона, что и воронка бункера. Рассекатель потока может иметь различную форму поверхности. Например, в Германии при хранении связных и склонных к уплотнению грузов используют установленный по оси емкости элемент, который имеет ступенчатую форму (рис.2.100,в).

Встраиваемые элементы подобного типа наряду со сводообразованием способствуют возникновению висячих перемычек. Их образование может грозить разрушением элементов бункерных конструкций. Также уменьшается площадь сечения над выпускной воронкой, что препятствует истечению. Определенные сложности возникают с

Бункер с системой перераспределения нагрузок
Рис.2.98. Бункер с системой перераспределения нагрузок
Конструктивные схемы бункеров с различными конфигурациями ограждающих конструкций
Рис.2.99. Конструктивные схемы бункеров с различными конфигурациями ограждающих конструкций
Конструктивные схемы бункеров с рассекателями потока
Рис.2.100. Конструктивные схемы бункеров с рассекателями потока

установкой их по центру бункера. В противном случае любое смещение негативно скажется при выпуске хранящегося груза.

Возможность возвратно-поступательного перемещения рассекателей потока дает возможность использовать их для хранения грузов с широкой номенклатурой связности. Примером использования различного заглубления элементов может служить бункер, имеющий внутренний, коаксиальный корпусу конус, который может располагаться в любом месте емкости благодаря удерживающему тросу (рис.2.100,г). При загрузке материала с большей плотностью, глубина внедрения конуса увеличивается, и наоборот. При эксплуатации данного устройства возможен разрыв каната из-за больших нагрузок, возникающих в бункере. Засыпка емкости с использованием конуса на тросу может вызвать его вращение. Следствием этого окажется рас-плетка каната, что приведет к потере прочности.

Для предотвращения расслаивания многокомпонентного сыпучего груза на фракции в процессе его выгрузки практикуют установку трубы в полости силоса, позволяющей уменьшить трение груза о стенки емкости (рис.2.100,б). Вместе с тем возникает проблема очистки трубы, связанная с большими размерами последней.

Поддерживать постоянное давление в нижних слоях содержимого можно благодаря вертикальному разделению емкости, а также установке горизонтальных «прерывателей» давления.

В бункере, представленном на рис.2.101,а, происходит снижение давления сжатия за счет уменьшения площади поперечного сечения емкости вертикальными перегородками. Однако при этом снижается полезный объем бункера и ухудшается пропускная способность.

Германская фирма «Швебише Хюттенверке» (СХВ) предлагает использовать бункер (рис.2.101,б) со встроенными клиновидными элементами, расположенными ярусно по всей высоте бункера. За счёт переноса существенной массы части столба сыпучего груза на стенки хранилища происходит снятие нагрузок, уменьшается внутреннее давление, а вместе с ним и уплотнение массы. Выгрузка разуплотненного груза производится ротором, установленным в зоне выпускного отверстия. Наряду с этим возникает сложность удаления остатков груза после выгрузки со статических элементов. Также стабилизирующие элементы уменьшают вместимость бункера.

В США успешно применяется секционный бункер (рис.2.101,в) для свободного потока сыпучего груза. Состоит он из нескольких полых бункерных сегментов, имеющих отверстие с

Конструктивные схемы бункеров стабилизаторами давления
Рис.2.101. Конструктивные схемы бункеров стабилизаторами давления

замкнутым поперечным сечением. Отверстие в днище второй секции меньше, чем отверстие верхней части первой секции и т.д. Такие разгружающие элементы могут сами становиться очагами возникновения сводов, а механизм для их разрушения отсутствует.

Как уже упоминалось в разделе 2.3 (см. рис.2.3) профильные стенки емкости также стабилизируют истечение изменчивостью коэффициентов трения.

Рассмотрение различных устройств, использующихся для активации процесса выпуска сыпучих грузов из бункерных хранилищ, позволило сделать вывод о том, что потенциал совершенствования с точки зрения снижения давления не исчерпан и требует серьезного подхода к индивидуальным разработкам.

Побудители для стабилизации истечения в емкостях | Емкости для сыпучих грузов в транспортно-грузовых системах | Определение геометрических параметров емкостей