Лабораторная работа № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ДВИЖЕНИЯ И СКОРОСТИ ИСТЕЧЕНИЯ СЫПУЧЕГО ГРУЗА ИЗ БУНКЕРА
1. Цель работы
Изучить характер движения сыпучего груза в бункере, определить скорость истечения груза через выпускное отверстие бункера и его производительность.
2. Описание работы
Бункеры представляют собой грузохранилища в виде сосудов различной геометрической формы, устанавливаемых в общей цепи транспортного технологического оборудования. Они предназначены для временного накапливания в них требуемого количества сыпучих грузов с последующей выгрузкой (выдачей) их на транспортные средства и другое технологическое оборудование.
На железнодорожном транспорте бункеры широко используются при загрузке сыпучими грузами крытых вагонов и вагонов-хопперов (зерно, цемент, минеральные удобрения и др.), а также полувагонов (уголь, руды и др.).
Бункеры часто применяются в качестве приемных устройств при выгрузке сыпучих грузов из вагонов. Используется бункерная загрузка автомобилей и судов.
Основным эксплуатационным показателем бункера является производительность. От ее величины зависит время простоя транспортных средств под погрузкой.
Производительность бункера, мг/ч (т/ч), определяется скоростью истечения груза через выпускное отверстие бункера и его размерами:
П = 3600 Fотв Vгр ρ , (1.1)
где Fотв - площадь выпускного отверстия бункера, м2;
Vгр - скорость истечения груза из выпускного отверстия бункера, м/с;
ρ - объемная плотность груза, мг/м3 (т/м3).
Скорость истечения груза зависит от характера истечения груза через выпускное отверстие бункера. Различают нормальное и гидравлическое истечение.
При нормальном истечении в движении находится столб груза, расположенный над выпускным отверстием бункера (рис. 1.1,а). При этом свободная поверхность груза образует воронку, вдоль стенок которой частицы груза движутся к центру. Сыпучий груз, расположенный около стенок бункера, образует застойные зоны.
Частицы груза в этих зонах неподвижны до тех пор, пока воронка, образовавшаяся на поверхности груза, не достигнет нижней части бункера. Нормальное истечение происходит в большинстве стационарных бункеров, имеющих вблизи выпускного отверстия наклон стенок к горизонту в пределах α = 450 ÷ 550.
При гидравлическом истечении в движении находятся все частицы сыпучего груза, находящегося в бункере (рис. 1.1,б). Свободная поверхность груза остается при опускании горизонтальной. В бункере отсутствуют застойные зоны.
Гидравлическое истечение сыпучих грузов происходит в бункерах, стенки которых имеют угол наклона к горизонту α = 70÷80 .
Такое истечение наблюдается в разжиженных (жидкие бетоны и растворы) и аэрированных сыпучих грузах (цемент, алебастр, зерно и др.), а также при интенсивных вибрационных воздействиях на сыпучий груз, т.к. при этом существенно снижается трение частиц груза о стенки бункера.
Расчетное значение скорости истечения груза через выпускное отверстие бункера при нормальном истечении зависит только от размеров выпускного отверстия и для хорошо сыпучих грузов определяется по эмпирической формуле:
, (1.2)
где λ - коэффициент истечения (λ = 0.6 для хорошо сыпучих порошкообразных и зернистых грузов, λ = 0.22 для пылевидных и влажных грузов);
g - ускорение свободного падения, м/с2;
R - гидравлический радиус выпускного отверстия бункера, м.
Гидравлический радиус для нормального истечения выпускного отверстия бункера определяется по формуле:
, (1.3)
где Fотв - площадь выпускного отверстия бункера, м2;
L - периметр выпускного отверстия, м.
Коэффициент истечения λ рассчитывается по формуле:
, (1.4)
где f - коэффициент внутреннего трения сыпучего груза.
Величина коэффициента внутреннего трения сыпучего груза принимается из таблицы, а для хорошо сыпучих грузов может быть рассчитана приближенно по формуле:
f ≈ tg αn , (1.5)
где αn- угол естественного откоса груза в покое.
При гидравлическом истечении груза через выпускное отверстие бункера скорость истечения зависит от высоты слоя груза над выпускным отверстием:
, (1.6)
где h - высота слоя груза в бункере, м.