Вопросы для самоконтроля

1. Что понимается под термином «машина»?

2. Какие виды машин применяются в производстве?

3. Перечислите группы машин, объединенные по функциональному признаку.

4. Сформулируйте основные требования, предъявляемые к перерабатывающим машинам.

Тема 2. Бункеры

Вопросы темы: Назначение и классификация бункеров. Истечение материала из выпускных отверстий бункеров. Давления на стенки бункеров. Определение эквивалентных давлений и условное преобразование листов стенок бункера. Расчет обшивки и опор бункеров.

2.1. Назначение и классификация бункеров

Бункеры – это емкости разнообразной формы, которые служат для приема и накопления исходного сырья, распределения промежуточного продукта и хранения готовой продукции. Выдача материала из бункера осуществляется самотечно через люки в дне или стенке. На заводах по переработке и обогащению горных пород применяются бункеры примерно одинаковой высоты и размерами в плане. Устройства такого же назначения, как и бункеры, в которых высота больше поперечного размера, называют силосами.

Применение бункеров в производстве вызывается необходимостью:

– увязки периодически работающего внешнего транспорта с непрерывной работой предприятия – для этого служат склады сырья и готовой продукции;

– обеспечения независимой работы отделений завода друг от друга – для этого предназначены промежуточные бункеры;

– составления смеси определенного состава – для этого используют дозировочные бункеры;

– обеспечения равномерного питания транспортирующих установок, загружаемых погрузочными устройствами периодического действия – для этого в узле загрузки используют перегрузочные бункеры;

– распределения материала от одного высокопроизводительного агрегата между несколькими менее производительными – для этого применяются распределительные бункеры.

По характеру расположения в производстве бункеры подразделяются на надземные, выполненные из листовой стали или легкого бетона, подземные – углубленные в грунт, выполненные из железобетона.

По форме бункеры подразделяются на прямоугольные и круглые. Наиболее широкое распространение получили следующие бункеры (рис. 2.1.).

Рис. 2.1. Виды бункеров

1 – прямоугольные: а – пирамидальные; б – прямоугольные; в – комбинированные;

2 – круглые: а – конические; б – цилиндрические; в – коническо-цилиндрические;

г – цилиндро-сферические

Для хорошо сыпучих материалов, не склонных к зависанию и сводообразованию, используют бункеры прямоугольной формы, так как они наиболее просты в изготовлении. Для других материалов предпочтительны бункеры круглой формы.

Наклон стенок бункеров выбирают таким образом, чтобы угол ребер или образующей был больше угла трения покоя материала о стенки бункера.

Объем бункера определяется

V = Q_V ^. t м³,

где Q_V – объемная пропускная способность бункера, м³/ч;

t – время срабатывания материала из бункера, ч.

2.2. Истечение материала из выпускных отверстий бункеров

Существует два основных вида истечения сыпучих материалов из бункеров. Это нормальное истечение, при котором материал движется в виде столба, расположенного над выпускным отверстием, и гидравлическое, при котором материал вытекает наподобие жидкости (рис. 2.2). Наиболее распространен первый вид истечения.

Рис. 2.2. Виды истечения материалов

а – нормальный вид истечения; б – гидравлический вид истечения

При истечении сыпучего тела из бункеров и воронок после открытия выпускного отверстия приходит в движение вертикальный цилиндрический столб материала, расположенный над отверстием, а на поверхности тела образуется воронка, по склонам которой скатываются частицы, пополняя убыль материала в зоне центрального движущегося вниз столба.

Такой вид истечения сыпучего тела из отверстия сосуда (бункера) называется нормальным.

На рис. 2.2 изображена схема сосуда, наполненного сыпучим телом, выгрузка которого происходит через отверстие. Выделим в столбе сыпучего тела, расположенного над отверстием, элементарный объем высотой Δh и площадью основания F₀ равной площади выгрузочного отверстия. Будем считать, что высота этого элемента мала и что силой трения по боковой поверхности элемента и инерцией последнего можно пренебречь ввиду их малости по сравнению с силой давления Р вышележащих слоев материала на площадь F₀.

Скорость выделенного элемента при выходе его из отверстия можно определить приравняв кинетическую энергию выделенного объема тела работе силы Р на пути Δh

, (2.1)

где m – масса выделенного элемента, кг;

– его скорость при выходе из отверстия, м/с.

Учитывая, что m = Δh ^. F₀ ^. , из (2.1) находим

= , (2.2)

где – плотность сыпучего тела, кг/м³.

Отношение P / F₀ представляет собой среднее давление на площади отверстия. Если обозначить его через , то уравнение (2.2) примет вид

= . (2.3)

Фактическая скорость истечения будет меньше, чем скорость, определяемая по формуле (2.3), так как при выводе ее не учитывались потери на трение частиц сыпучего тела о стенки отверстия, потери на трение внутри струи, возникающие вследствие неравномерности распределения скорости по сечению струи. Для учета этих потерь в формуле (2.3) вводится эмпирический коэффициент ( – коэффициент истечения), меньший единицы. Тогда расчетная скорость истечения будет равна

. (2.4)

Применительно к идеально сыпучим телам местное вертикальное давление

,

где R₀ – гидравлический радиус отверстия, м;

x – коэффициент, зависящий от межчастичного трения сыпучего тела;

q – ускорение силы тяжести, м/с².