WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 30 |

Явление сводобразования обуславливается уплотнением сыпучих грузов при производстве транспортно-складских операций, происходящим вследствие изменения давления внутри столба груза, находящегося в бункере, в зависимости от высоты этого столба. Исходя из этого, понимание указанного явления вытекает из динамики распределения давлений в материале по высоте бункерно-силосных емкостей.

1.5. Зоны давления в бункерах Максимальное превышение давления находится в районе краев воронки истечения, уровень этих давлений относительно днища можно оценить в случае центральной выгрузки по формуле D - d D D2 D h = ctg ctg = ctg22o = tg68o, (1.8) 2 2 2 где D – диаметр силоса, d – диаметр выпускного отверстия.

Для сравнительного анализа уровня максимального превышения давлений рассмотрим таблицу 1.3, составленную для силосов с различным отношением Н/D.

Таблица 1.H/D 1,5 2 3 h/H 0,83 0,62 0,41 0,Как видно из таблицы, при Н/D=5 максимальное превышение динамических давлений над статическими следует ожидать на уровне, равном четверти высоты силоса, а при H/D =2 этот уровень может достигнуть значения, равного 2/3H.

Изучение наиболее общих закономерностей в расположении зон повышенных давлений при выгрузке сыпучего материала требует анализа следующих определяющих факторов:

1. физико-механических характеристик сыпучего материала;

2. шероховатости стен емкости;

3. отношения горизонтального давления к вертикальному;

4. скорости выгрузки;

5. эксцентричности расположения выпускных отверстий.

В существующих методиках определения давления учтены две физико-механические характеристики сыпучего материала: объемная плотность и коэффициент внутреннего трения, от которого зависит непосредственно входящий в формулу (1.9) коэффициент К.

Для эпюры горизонтального давления имеет важное значение угол трения по поверхности стен, т.к. от него зависит максимальное значение давления. Значения угла внешнего трения колеблются в широких пределах в зависимости от того, находится ли сыпучий материал в покое или движении. Если материал находится в движении, то угол трения будет значительно меньше. Этим можно объяснить явление возрастания давления при выгрузке в первой зоне истечения. В данном случае угол внешнего трения меньше зависит от чистоты поверхности стен силоса, чем от коэффициента внутреннего трения.

При выгрузке сыпучего материала угол внешнего трения составляет около 80% от его значения во время заполнения силоса.

Отношение горизонтального давления к вертикальному r/z=К – параметр, изменение которого при выгрузке влечет перераспределение напряжений внутри сыпучего материала таким образом, что давления на стены силоса возрастают. Отношение горизонтального напряжения к вертикальному выражается формулой 1- sin cosr К = =. (1.9) 1+ sin cosz Угол =0 на оси силоса, (у стенки) 1 sin = arcsin sin -.

Для наиболее вероятного интервала изменения угла (0<<17) и нормативного значения =25 теоретическая величина К принимает значения, заключенные между 0,41 и 0,48.

Рассмотрим цилиндрический силос, у которого центр выпускного отверстия смещен на расстояние а от оси (рис.1.17). Границы между зонами активного и пассивного поля напряжений на диаметрально противоположных образующих будут находиться на уровнях:

h1 = (R - a - r)ctg;

h2 = (R + a - r)ctg;

(1.10) h = 2actg.

Эпюры давлений при выгрузке, приводимые на рис. 1.17 показывают, что максимальное давление приходится на стену, расположенную ближе к выпускному отверстию. Противоположная стена испытывает нагрузки, мало отличающиеся от нагрузок на стены симметричных силосов. Следовательно, эксцентричность расположения выпускного отверстия приводит к неравномерному расположению горизонтальных давлений по периметру силоса.

D Р О Р О Н h hh1 d R Z 20 а Рис.1.17. Эпюра распределения давления в полости бункера Из формулы 1.10 следует, что ширина пояса h цилиндрической оболочки силоса (см. рис.1.17), в которой имеет место неравномерное распределение горизонтальных давлений по периметру, прямо пропорциональна отклонению d центра выпускного отверстия от оси силоса. Важно отметить, что значение h не зависит от диаметра силоса.

Таким образом, выделим следующие характеристики зависимости распределения горизонтальных давлений от величины диаметра силоса при выгрузке сыпучего материала:

1. В силосах большего диаметра зона повышения давлений расположена на меньшей глубине засыпки. Поэтому распределение давлений на стены при центральной выгрузке близко по характеру к распределению статических давлений.

2. В случае эксцентричной выp грузки образуется поле неравномерz ного распределения по периметру давления, однако его ширина не завиdz сит от диаметра силоса.

h Для выявления динамики расpб f пределения напряжений в бункере p + dp рассмотрим условия равновесия элеmg ментарного объёма груза, например, в цилиндрической части бункера. Из z рис.1.18 видно, что на него действуРис.1.18. К расчёту статических ют: сила тяжести mg, давление вышедавлений в цилиндрической части бункера лежащих слоёв р, реакция нижележащих слоёв p+dp и реакция ограждающей поверхности pбf.

Выделенный объём находится в равновесии, следовательно, суммарная сила, приложенная к нему, равна 0:

pA+ mg - ( p + dp)A - Pб fLdz =, (1.11) где A – площадь выделенного элемента; б – коэффициент бокового давления; f – коэффициент внешнего трения; L – длина окружности выделенного элемента; dz - высота выделенного элемента.

Представив массу выделенного элемента через плотность материала, получим pб f dp = -, (1.12) 1 RГ g g где Rг- гидравлический радиус выделенного сечения;

б f = a.

(1.13) RГ g Запишем уравнение (1.12) с учетом (1.13) в новом виде:

dp = gdz.

(1.14) 1- pa После интегрирования (1.14) получим:

- agz + c pa = 1 - e.

(1.15) Для нахождения с рассмотрим частный случай при z=0 и p=p0:

c = ln(1- p0a). (1.16) Тогда 1 - pa = e-agz. (1.17) 1 - p0a Предположим отсутствие действия сил на поверхность груза.

Тогда рабочее давление на выделенный слой груза составит p = (1- e-agz ) (1.18) a или с учетом (1.13) -б fz gRГ RГ p = (1- e ). (1.19) б f Из полученного выражения закономерно вытекает вывод о том, что давление внутри столба насыпного груза меняется по высоте бункера по логарифмической кривой.

Рассмотрим выпускную воронку как систему малых по высоте колец. Причём с уменьшением сечения воронки радиус окружности колец будет также уменьшаться (рис.1.19).

R Выделим в каждом кольце некотоВ С рый элементарный объём материала.

На этот объём будут действовать те же В' С' силы, что и на объём, рассмотренный на рис.1.18. Поэтому для определения давВ'' С'' ления на этот участок груза воспользуемся ранее выведенным уравнением (1.17) и с учетом преобразования получим 1 - (1 - P0a)e-agy P =, (1.20) a А где Р – давление на выделенный Рис.1.19. К расчёту объём материала, Па;

статических давлений в Р0 – давление на выделенный выпускной воронке объём груза, расположенный у верхней H h p h h h h границы кольца, Па;

а – введённый коэффициент;

g – ускорение свободного падения, м/с;

у – расстояние от верхней границы кольца до выделенного объёма материала, м.

С учётом преобразований получим f -z f RГ 1+ P0 -1e gRГ gRГ P =. (1.21) f Проанализировав уравнение Рприменительно к рис.1.20, можно сделать вывод о том, что давление на Р груз, ограниченный каждым кольцом, зависит от величины давления вышележащего слоя и гидравлического радиуса выделенного объёма.

Рис.1.20. Элементарный Разложим по ряду Тейлора слеобъем материала в дующий член уравнения (1.21):

выпускной воронке f - z f RГ e 1 - z.

(1.22) RГ Тогда уравнение (1.21) для первого кольца примет вид h1f P1 = P0 1- + h1g. (1.23) RГ Гидравлический радиус для этого кольца будет равен (h0 - h1 / 2) RГ = R, (1.24) 2hа для i-го кольца (h0 - h1(i -1/ 2)) RГ = R. (1.25) 2hС учётом (1.25) уравнение давления на первом участке примет вид:

y h dy h1fh0 P1 = P0 1- + h1g, а общий вид уравнения давления (h0 - h1 / 2)R запишется как hp1fh0 2 hpg Pi = Pi-11- +, (1.26) hp i n nRh0 - n где n – количество колец, соН, м 1,ставляющих выпускную воронку;

i – порядковый номер кольца.

Математическое описа0,ние динамики изменения давлений в столбе груза, находя0,щегося как в цилиндрической части бункера, так и в выгрузной воронке позволяет объяс- 0,нить суть процесса формирования сводов(рис.1.21). при 0,классических формах истечеI ния сыпучего груза Расчеты по представленным формулам Р, кПа 0 0,2 0,4 0,6 0,8 позволяют прогнозировать соРис.1.21. Зависимость теоретического стояние насыпи содержимого горизонтального давления от высоты бункера:

бункера путем определения I – зона преимущественного вертикального давления по его сводообразования высоте и в выпускной воронке.

1.6. Уплотнение насыпного груза в емкости В процессе хранения насыпной груз меняет свою плотность. В зависимости от сыпучести у сыпучих грузов наблюдается разное время изменения плотности (рис.1.22). Так у ячменя плотность стабилизируется на 3…4 сутки, а продукт перемола – отруби стабилизирует свою плотность на 2…4 сутки.

Как отмечалось выше, влажность играет в процессе уплотнения немаловажную роль (рис.1.23). В зависимости от увеличения влажности плотность отрубей значительно возрастает и груз приобретает свойства монолита. Поэтому требуется соблюдать установленную для хранения норму влажности сыпучего груза.

, т/м0,368 0,0,367 0,0,366 0,0,365 0,0,364 0,0,363 0,0 1 2 3 4 t, Рис.1.22 Зависимости возрастания плотности сыпучего груза от времени хранения, т/м0,0,0,0,0,0,0 1 2 3 4 t, сут.

Рис.1.23. Зависимости возрастания плотности отрубей от времени хранения в стационарных условиях, при влажности 10,9% - 15,3% - 19,8% - влажности 15,3% Плотность, т/м по ячменю Плотность, т/м по отрубям при Контрольные вопросы по 1 главе 1. Какие факторы оказывают влияние на разгрузку емкостей 2. Каковы основные физико-механические характеристики насыпных грузов 3. Какие приборы используются при исследованиях физикомеханических свойств 4. К какой группе грузов относится соль, и какова ее реакция на процесс хранения 5. Какие насыпные грузы входят в группу строительных 6. Какие разновидности бункеров вы знаете 7. При помощи чего побуждают груз к истечению из емкостей 8. По каким признакам классифицируют емкости для сыпучих грузов 9. Чем отличаются между собой формы истечения насыпных грузов из емкостей 10. При каких условиях возникает гидравлическая форма истечения 11. Какое влияние на процесс истечения оказывает давление сыпучего груза 12. Каким образом распределяется горизонтальное давление в полости емкости 13. Как изменяются физико-механические свойства груза в процессе хранения 2. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ БУНКЕРОВ И БУНКЕРНЫХ УСТРОЙСТВ 2.1. Бункера и их особенности Наиболее широкое распространение в промышленности получили бункера прямоугольной (рис.2.1) и круглой формы (рис.2.2) в поперечном сечении. Прямоугольные бункера распространены значительно больше, чем круглые, что объясняется удобством их размещения в сетке колонн и возможностью монтажа из линейных и плоских элементов. К их недостаткам следует отнести неизбежность образования застойных зон груза в местах пересечения смежных стенок.

1 в г б 4 а д е ж Рис.2.1. Схемы бункеров прямоугольной формы: а- пирамидальный;

б- лотковый с трапециевидным лотком; в- то же, треугольным лотком; г- то же, с параболическим лотком; д- ящичный; е- ящичный с местной воронкой; ж- ящичный с местным лотком; 1- призматическая часть; 2- воронка; 3- лоток; выпускное отверстие; 4- выпускное отверстие; 5- местная воронка; 6- местный лоток Однако при достаточно больших площадях выпускных отверстий и углах наклона стенок выгрузной воронки лучшие типы прямоугольных бункеров работают удовлетворительно. При этом углы пересечения смежных стенок должны быть закруглены по радиусу не менее 0,м или закрыты стальными листами. Сами стенки должны быть без существенных шероховатостей, уступов, выбоин, выступающих закладных частей и т.п., а внутренние железобетонные поверхности их – зажелезнены. Симметричные бункера работают заметно лучше, чем несимметричные.

2.1.1. Прямоугольные бункера Пирамидально-призматические (пирамидальные) бункера (см.

рис.2.1, а), нижняя часть которых выполняется в виде усеченной пирамиды (воронка), а верхняя – в виде призмы. Они неплохо себя зарекомендовали для хорошосыпучих грузов.

Если размер отверстия в одном из направлений почему-либо ограничен, целесообразно (особенно на плохосыпучих грузах) а 4 б 4 в 4 г применение удлиРис.2.2. Схема бункеров круглой формы:

ненного отверстия.

а- конусный; б- конусно-цилиндрический;

Отношение сторон в- цилиндрический; г- цилиндрический с местего желательно ной воронкой; 1- цилиндрическая часть; 2- воронка;

принимать 3- местная воронка; 4- выпускное отверстие В:А2…3.

В настоящее время пирамидальные воронки с удлиненными выпускными отверстиями встречаются редко. Практика же эксплуатации подтверждает целесообразность применения бункеров с такими воронками для плохосыпучих материалов. В частности, на электростанциях ФРГ в котельных отделениях удовлетворительно работают угольные бункера с отверстиями длиной 2…3 м и шириной 0,8…1,0 м.

В лотково-призматических бункерах выгрузочная воронка выполняется в виде лотка. Обычно дно лотка расположено горизонтально, а торцовые стенки - вертикально или наклонно. В поперечном сечении лоток может иметь трапециевидное (рис. 2.1, б), треугольное (рис. 2.1, в) или параболическое (рис. 2.1, г) очертание.

В пирамидальных и лотковых бункерах призматическая часть может отсутствовать.

Для плохосыпучих грузов наиболее целесообразно использование лотковых бункеров с призматической частью или без нее, с симметричным трапециевидным лотком и щелевым выпускным отверстием. Менее целесообразны, но допустимы отдельные, часторасположенные отверстия и недопустимы редкорасположенные отверстия в виду возможности развития мощных зависаний связного груза на элементах днища между отверстиями.

Применение трапециевидных лотков со щелевыми отверстиями особенно целесообразно при большой емкости и протяженности бункеров. В зависимости от технологического решения в лотковопризматическом бункере может быть продольное (рис. 2.3, а) или поперечное (рис. 2.3, б) направление лотков.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 30 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.