Образование статических сводов, устойчивых перемычек насыпного груза зависит от его уплотнения. В свою очередь уплотнение является результатом давления внутри его столба. Поэтому важно знать, как распределяется давление по всей высоте хранилища.
Устройства и методы снижения вертикального давления насыпи не отвечают современным требованиям производства. Имеют место завалы в силосах, образование верховых сводов, что ведет к разрушению хранилищ и, как следствие, к нарушению техники безопасности при восстановлении функциональной пригодности.
Основываясь на представлении о том, что образование статических сводов и висячих перемычек насыпного груза зависит от его уплотнения, а уплотнение, в свою очередь, определяется давлением внутри его столба, нами предложены устройства снятия нагрузок для грузов различных по своим физико-механическим свойствам.
Для предупреждения образования сводов в силосных хранилищах необходимо устранить устойчивое равновесие сил. Этого можно добиться путем установки в полости бункера статических элементов в виде воронок. Благодаря этому достигается три основополагающих эффекта.
1. За счет повышения трения о стенку часть усилий, вызванных массой груза, «изымается» из столба насыпного груза и передается на стенку. Это приводит к уменьшению вертикального давления, столб груза облегчается, происходит снятие нагрузки с нижележащих слоев груза.
2. Уменьшение вертикального давления влечет за собой соответствующее уменьшение горизонтальной составляющей усилий на всех уровнях в высотных емкостях. Эти усилия могут быть уменьшены настолько, чтобы их было недостаточно для образования внутри столба груза статически замкнутых несущих систем. Благодаря этому, находящиеся в стадии образования своды и купола периодически обрушиваются.
3. Повышенное трение между сыпучим грузом и стенкой силоса приводит к более высокой скорости перемещения масс в его центральной части по сравнению с пристенной зоной. Возникающее опережение приводит к тому, что своды и купола, имеющие куполообразную форму, превращаются в висячие перемычки, разрушающиеся под давлением вышележащего груза. Известно разрушающее действие от падения висячих перемычек. Иногда в высотных емкостях возникают зависания груза массой до нескольких тонн. При нарушении равновесия весь этот объем устремляется вниз с большой высоты. При достижении основания силоса он обладает значительной кинетической энергией, достаточной для разрушения конструкции хранилища. Размещение в полости силоса статических элементов в виде воронок (рис.3.7) позволит достичь некоторых положительных эффектов.
После потери равновесия объем груза, зависший в верхнем положении, устремляется в направлении выпускной воронки. При достижении воронки-стабилизатора груз, находящийся в пристенной зоне силоса, после соударения с ней приостанавливается, в то время как в центральной зоне часть груза под действием инерции продолжает двигаться. Таким образом, происходит разрушение монолитного объема. Достигая выпускной воронки, он уже не обладает никаким разрушающим действием.
Грузы малой связности при условии, что диаметр выпускного отверстия больше диаметра наибольшего сводообразования, истекают свободно центральным каналом с обрушением откосов в образующуюся воронку. Тем не менее, при перераспределении давлений внутри полости емкости возникает вероятность образования сводов, размеры которого будут превышать диаметр выпускного отверстия. Размещение по высоте хранилища воронок-стабилизаторов исключит перерывы в выпуске грузов.
Технологический процесс работы бункера с воронками-стабилизаторами (рис.3.8), установленными ярусно по высоте хранилища, основан на гравитационном истечении из выпускного отверстия.
Бункерное устройство с системой снятия нагрузок в виде воронок-стабилизаторов работает следующим образом. После открытия выпускного отверстия груз будет истекать центральным каналом, увлекая за собой определенную его часть из-под стабилизаторов. При этом за счет снятия давления на нижние слои, груз станет подвижнее, и его остатков в зоне выпускной воронки наблюдаться не будет. Выпуск будет стабильным, без образования застойных зон и с полным отсутствием сегрегации.
Следует также отметить еще один положительный момент в процессе функционирования высотных емкостей с воронкамистабилизаторами. Под действием собственной силы тяжести, а также давления от вышележащего груза свободный объем заполняется уже разуплотненным грузом. Благодаря изменению положения части объема груза меняется вся структура вышележащего метериала. После прохождения воронкистабилизатора сыпучий груз, будучи разуплотнённым, попадает в выпускную воронку.
Рис. 3.7. Схема разрушения висячих перемычек о воронку
Рис. стабилизатор малосвязных грузов
В свою очередь возникновение сводов носит вероятностный характер. Поэтому режим воздействия стимуляторов истечения для ликвидации сводов должен быть избирательным. Исследованиями отечественных и зарубежных ученых установлено, что наиболее эффективным является разрушение сводов в зоне их контакта с опорной поверхностью или воздействием на вершину свода. Движение рабочего органа по периметру опоры свода подрезает его основание. Под действием давления столба груза на вершину свода происходит разрушение последнего и истечение груза возобновляется.
Для достижения такого значительного эффекта было разработано устройство, включающее пассивную воронку с активным сводооб-рушающим механизмом, устанавливаемым по высоте емкости. В ее полости равномерно расположены одна над другой воронки (рис.3.9). Каждая воронка оснащена кольцом, с жестко закрепленными на нем равномерно по периметру с заданным шагом рабочими элементами. Воронка установлена нижней частью внутри соответствующего кольца, рабочие элементы которого охватывают воронку по периметру. Каждое кольцо вращается вокруг соответствующего привода, выполненного в виде силового цилиндра, например, пневмоцилиндра, закрепленного одним концом на корпусе бункера, а другим на кольце. Ход штока силового цилиндра больше шага рабочих элементов. Кольца установлены в направляющих роликах, связанных с корпусом.
Технологическая схема работы бункерного устройства для грузов повышенной связности заключается в следующем. После открытия заслонки выгрузного отверстия груз самостоятельно выгружается из силоса. После окончательного выпуска груза включается привод рабочих органов для удаления остатков груза со стенок воронки-стабилизатора. Счищенный груз удаляется гравитационным способом через выпускное отверстие.
Как уже указывалось выше, периоды длительного хранения, а также изменение влажности и температуры окружающей среды негативно влияют на свойства хранящегося груза. Для влажных грузов с высокой связностью было бы продуктивнее использовать воронку-стабилизатор с возможностью изменения геометрии последней для обеспечения стабильного выпуска. Основное отличие предложенной конструкции воронки-стабилизатора от рассмотренной ранее в том, что она может деформироваться приводными механизмами. Путем перемещения ее элементов можно варьировать размер выпускного отверстия.
После загрузки силоса сыпучий груз займет не весь подвороночный объем. При прохождении через воронку канал заполнения сыпучего груза сужается и достигает размеров выпускного отверстия воронки. Поэтому верхняя часть подвороночного объема груза будет выглядеть в виде конуса, а пространство между стенкой воронки и стенкой корпуса бункера останется незаполненным. Отсутствие груза в этой зоне позволит манипулировать элементами воронки.
Бункерное устройство для высокосвязных грузов (рис.3.10) состоит из корпуса круглого сечения, в котором расположено кольцо, прикрепленное к стенкам бункера.
К нижней кромке кольца на шарнирах прикреплены четыре одинаковых сектора, в составном положении образующие воронку. К нижнему краю каждого сектора с одной стороны и к стенке бункера с другой стороны прикреплен силовой цилиндр. Каждый сектор обладает возможностью перемещения относительно шарнирного крепления при помощи силового цилиндра. Шток каждого силового цилиндра снабжен датчиком перемещения.
Бункерное устройство работает по следующей схеме. После открытия заслонки выпускного отверстия часть хранящегося груза истекает из бункера без применения побудителей. По мере прекращения подачи бункером сыпучего груза на технологическую линию включают силовой привод воронки. Далее происходит следующее. Створки, образующие воронку, раздвигаются в направлении стенки корпуса (рис. 3.11). Угол наклона створок к горизонтальной плоскости возрастает. Груз, находящийся на стенках створок, теряет равновесие и под действием собственного веса осыпается в направлении выгрузного отверстия. Раздвижение створок производится до полного истечения продукта. После окончания выгрузки, также посредством включения привода, створки воронки с изменением геометрии возвращаются в исходное положение.
Очень важным моментом для выпуска груза из этого бункерного устройства является соотношение диаметров отверстий воронки с изменением геометрии и выпускной воронки. Если размер отверстия
Рис. 3.9. Схема бункера для материалов высокой связности
Рис. 3.10. Схема бункера со стабилизатором-воронкой с изменяемой геометрией
Рис. 3.11. Схема работы воронки изменяемой геометрии
первой воронки будет преобладать над размером выпускного отверстия, то через какой-то промежуток времени выпускное отверстие будет «захлебываться». Это объясняется тем, что поступающий в подвороночное пространство объем груза будет больше, нежели покинувший его. В этом случае производительность бункерного устройства заметно снизится.
Приведенные конструкции с воронками-стабилизаторами в разном исполнении могут располагаться автономно и в смешанной комбинации.
Следует также отметить, что имеют место высотные емкости кратковременного хранения среднесыпучих грузов (отруби, травяная мука), имеющие высоту до 15 м и срок хранения в них груза до 3-х суток. В них существует проблема отсутствия истечения вследствие сводообразования. Для организации выпуска груза применяют, как правило, ударные воздействия на ограждающие конструкции емкости. Результат такой деятельности чреват разрушением выпускной воронки. Для исключения возникновения подобных ситуаций и обеспечения целенаправленного воздействия на груз с возможностью сохранения поверхности воронки нами разработано следующее устройство (рис.3.12).
Бункер содержит корпус 1 и выпускную часть 2 с выпускной воронкой 3. Выпускная часть 2 снабжена дополнительной воронкой 4, соединенной с ней гибкими связями 5, например цепями или тросами.
Дополнительная воронка 4 охватывает с радиальным зазором И нижнюю часть выпускной воронки 3. Выпускное отверстие 6 воронки 4 расположено ниже выпускного отверстия 7 воронки 3. Верхняя часть 8 дополнительной воронки 4 и нижняя часть 9 выпускной воронки 3 (в зоне выпускного отверстия) выполнены скошенными в одном направлении.
При загрузке бункера материал из корпуса 1 перемещается в выпускную часть 2, через выпускную воронку 3 поступает в дополнительную воронку 4. При открытии выпускного отверстия 6 материал удаляется из бункера.
В случае образования свода часть опорной зоны находится на воронке 3, а часть — на воронке 4. За счет ударов воронка 4 радиально смещается относительно воронки 3, в результате чего образовавшийся свод разрушается.
Выполнение воронки 3 и 4 со скосами вынуждает материал в процессе истечения формировать опоры свода на каждой из упомянутых воронок. Смещение последних вы
Рис.3.12. Бункер с составной подвижной воронкой
зывает сводоразрушение и стабилизирует выпуск.
Таким образом, применение рассмотренных устройств обеспечивает реализацию возможности управления процессами выпуска трудносыпучих грузов в существующих классических бункерах, силосах путем установки по их высоте приводных воронок, которые позволяют регулировать вертикальное давление в полости емкости вплоть до полной изоляции и разделения бункера на независимые секции. Привод воронок предусматривает селективное их включение в зависимости от связности сыпучего груза и других производственных ситуаций.
⇐Емкости бункерно-силосного типа с боковым щелевым отверстием для выпуска сыпучих грузов | Емкости для сыпучих грузов в транспортно-грузовых системах | Переносные сводообрушители-очистители⇒