Сводообразование насыпных грузов

Сводообразование над выпускным отверстием бун­кера может возникнуть в связи со случайным расположением кусков (при работе с кусковыми материалами) над отверстием, образующих устойчивый свод, и за счет связности, сцепления частиц.

Во втором случае явление сводообразования напоминает свободностоящую стенку, когда за счет веса материала у основания стенки возникают касатель­ные напряженияρ h ₀ε.Давление на вертикальную стенку вследствие на­личия сил сцепления не передается.

При образовании свода имеется вертикальное давление, связанное с весом материала, а перемещения материала в связи с силами сцепления не происходит.

Основная причина образования свода заключается в том, что разме­ры выпускного отверстия меньше, чем необходимо.

Для устранения сводообразования гидравлический радиус выпуск­ного

отверстия должен быть больше сводообразующего:

где – начальное сопротивление сдвигу, Па; – угол внутреннего трения.

Огромное количество отечественных и зарубежных конструкций побудителей, призванных обеспечить устойчивый и бесперебойный выпуск груза, вызвано многообразием емкостей, используемых для хранения и выпуска, а также значительными отличиями в физико-механических свойствах трудносыпучих грузов.

Существующие конструкции побудителей можно классифицировать по следующим характерным признакам:

- виду действия на грузы;

- исполнению сводообрушителя;

- диапазону применения.

По виду воздействия на груз побудители можно разделить на механические, вибрационные и пневматические.

Механические побудители. Устройства, позволяющие передавать энергию грузу с помощью поступательного, вращательного, криволинейного движения рабочих органов, являются механическими побудителями. Установка побудителей в наиболее вероятной зоне образования сводов является одним из возможных способов стабилизации процесса истечения. Работа побудителей в слое материала требует высокой энергоемкости, а их устройство обладает невысокой надежностью.

Пневматические побудители. Широкое применение в бункерах и силосах нашли пневматические побудители, особенностью которых является минимальное количество движущихся деталей, контактирующих с сыпучим материалом. Пневматические устройства могут воздействовать на сыпучий материал либо непосредственно, либо при помощи эластичных контуров, передавая энергию сыпучему материалу, заставляя двигаться его в нужном направлении. Однако эффективность пневмосистемы во многом зависит от точности ее расчета, а непременным условием ее работы является очистка воздуха, подающегося в полость емкости, от влаги и масла, а выходящего - от пыли.

Пневмосистема может быть представлена в виде эластичных элементов (гибкие резиновые подушки), закрепленных внутри полости бункера в местах наиболее вероятного залегания материала. Под действием давления воздуха происходит увеличение их объема, и таким образом они отбрасывают материал от стенок бункера. Усилие, получаемое при давлении 0,4 МПа, составляет примерно 30 т на подушку и считается достаточным для обрушения любого зависшего материала. Движение сыпучего материала достигается периодическим манипулированием объема надувных подушек. Располагают их, как правило, в шахматном порядке (рис. 35,а). Они должны принимать свое исходное положение при прекращении подачи воздуха, именно в таком положении следует производить загрузку бункера.

Рис. 35. Пневматические побудители:

а - схема автоматизации управления пневматическими подушками; 1– указатель зависания материала; 2 – подушка; 3 – бункер; 4 – электропневматический вентиль; б – бункер с пористым днищем; в – вариант размещения аэрокоробок на дне бункера; г– «стреляющие сопла»; д– реактивный шланг

Пневматическое разгрузочное устройство бункера в виде пористого днища, с нижней стороны которого подается сжатый воздух, представлено на рис. 35,б. Оно позволяет аэрировать груз в области выпускной воронки, что улучшает истечение дисперсных грузов из ци-линдрических бункеров диаметром от 1,8 до 2,4 м. В качестве пористых элементов применяют ткань различных видов, керамические, древесные и синтетические плитки с активной поверхностью.

Вариант оснащения днища силоса с углом наклона 10…15 ° аэрокоробками изображен на рис.35, в. Принцип работы аэрокоробки состоит в применении перегородки из пористого материала, через который проходит сжатый воздух и аэрирует груз, улучшая его подвижность. Для изготовления аэрокоробок используют такие материалы как лавсан, капрон и другие синтетические ткани. Расход воздуха для аэрирования на материалах с различными свойствами составляет от 0,3 до 3,0 м³/мин с 1м² аэрируемой поверхности. Минимальная площадь аэрирования зависит от диаметра емкости, числа выпускных отверстий, конструктивного исполнения днища, количества загруженного материала и его свойств, а также степени опорожнения емкости.

Другим направлением по подавлению сводообразования в полости емкостей пневмосистемой является использование «стреляющих» сопел. Применение пневматических сопел упрощает конструкцию и повышает эффективность сводообрушения при работе с мелкофракционными сыпучими материалами. Работа системы осуществляется при резком открытии клапана сопла, через которое под давлением 0,4…0,6 МПа вводится воздух, создавая перед собой ударную волну, разрушающую образовавшийся свод. Схема установки пневмообрушения стреляющими соплами, расположенными в несколько ярусов, представлена на рис. 35, г. Управление соплами осуществляется, как правило, автоматически и преду-сматривает поочередное включение ярусов, начиная с нижнего.

Для сводообрушения в емкостях разработан и испытан воздушно-реактивный побудитель. Он состоит из резинотканевого шланга длиной до 2,5 м и диаметром 23…38 мм, на его конце закреплено алюминиевое колено с соплом (рис. 35, д). Побудитель устанавливают в полости бункера или силоса так, чтобы шланг находился в вертикальном положении. При прохождении сжатого воздуха через шланг, колено и сопло возникают реактивные силы, которые заставляют побудитель двигаться хаотично. Таким образом, сводообрушитель воздействует на свод посредством хаотических движений и воздушной струи, выходящей из сопла.

Вибрационные побудители. С целью улучшения текучести сыпучих грузов практикуется применение вибрационных устройств, ус-танавливаемых в местах предполагаемого сводообразования. Принцип действия вибрационных побудителей основан на том, что под действием вибрации резко меняются физико-механические свойства груза, например, коэффициент трения песка по стали и коэффициент внутреннего трения снижаются в 40 и более раз.

По применяемой энергии различают следующие виды вибраторов:

- электромеханические, в которых вибрация происходит за счет вращения дебалансов, установленных на валу электродвигателя;

- электромагнитные, в которых колебания совершаются с помощью электромагнитов постоянного и переменного тока;

- пневматические, работающие при помощи сжатого воздуха.

Для обрушения сводов с помощью вибраторов необходимо знать величину распространения колебаний, которая зависит от конструкции емкости и физико-механических свойств его содержимого. Интенсивность колебаний в материале убывает относительно быстро. Исследования показывают, что прямолинейные колебания от электромагнитных вибраторов распространяются в песке на расстояние до 1,5 м.

Вибрационные устройства выполняются с передачей вибрации на стенки емкости и с вибрирующим рабочим органом, находящимся в толще материала. Из-за разности скоростей движения частиц по сечению емкости при открытом выпускном отверстии вибрация всей емкости может привести к значительному уплотнению материала. Поэтому метод разрушения сводов с использованием вибраторов, накладывающихся на стенки бункера может быть рекомендован только для бункеров малой емкости с небольшой толщиной стенок. Подобные виб­раторы устанавливают на бункерах топок.

Необходимым условием выпуска груза из емкости, оснащенной вибратором, является его постоянное функционирование. Вибропобудители следует располагать только в зоне эффективного движения материала, так как вибрация неподвижного материала приведет к его уплотнению. В отключенном состоянии вибратор становится опорой для образования сводов.

Применение таких устройств, как вибраторы, пневматические «стреляющие» сопла и т. п., неблагоприятно отражается на прочности конструкций хранилищ и может преждевременно вывести их из строя.

Большинство побудительных устройств (виброполосы, виброштанги, механические ворошители вертикального и горизонтального типов) эффективны лишь в неглубоких емкостях высотой 2…6 м.

В настоящее время сложилось два основных направления для обеспечения бесперебойной выгрузки сыпучих грузов из емкостей:

1. Стремление предотвратить возникновение сводов, что может быть достигнуто правильным выбором параметров емкости.

2. Разрушение образовавшихся сводов с применением различных сводообрушающих устройств.

Оба направления актуальны, однако наиболее прогрессивно первое направление, так как лучше предотвратить сводообразование, чем бороться с ним. Выбор средств для разрушения образовавшихся в емкости сводов зависит от физико-механических свойств материала и параметров самой емкости.