книги из ГПНТБ / Барон, Л. И. Износ и защита внутренних поверхностей угольных бункеров

характеристикам состояния натуры и модели, имеющим размер­ ность сила, деленная на площадь. Таким образом, под N и п мо­ жем подразумевать те или иные значения предельных напря­ жений.

Выражение (19) поясняет, как достигнуть механического по­ добия при изучении явлений, зависящих от гравитационных сил и внутренних напряжений, возникающих в сыпучем материале, а также на контакте сыпучего с ограничивающими поверхностями (внутренними поверхностями бункера).

Обычно модель меньше натуры по своим размерам (/<L). Если в модели будет применен для внутренних поверхностей тот

Это значит, что необходимо заменить действительный объем­ ный вес материала модели некоторым фиктивным объемным ве­ сом, удовлетворяющим равенству (20). Этого можно достичь цен­ тробежным моделированием. Однако проведение экспериментов по определению износа внутренних поверхностей бункера методом

■82

Центробежного моделирования потребовало бы громоздкого и до­ рогого оборудования.

Если же материал внутренних поверхностей модели будет от­ личаться от материала натуры, т. е. n^=N, то это будет означать переход к методу моделирования эквивалентными материалами, предложенному Г. Н. Кузнецовым еще в 1936 г.

Характеристика эквивалентного материала для внутренних по­ верхностей модели, обеспечивающая подобие процессов износа в модели и натуре, определится из соотношения

У» L

При исследовании на модели бункера второй задачи — опреде­ ления условий возникновения нормального и гидравлического ви­ дов истечения — изучалось влияние угла наклона стенок днища и коэффициентов внутреннего и внешнего трения сыпучего угля. Поскольку нормальному виду истечения соответствует большая, а гидравлическому меньшая плотность сыпучего тела [17], было ре­ шено на отдельной модели исследовать в натурном масштабе ус­ ловия уплотняемости углей в условиях загрузки в бункер и хра­ нения в нем. Следует отметить, что в модели силоса с песком, изучавшейся в работе [17], экспериментально замеренная плот­ ность сыпучего была при гидравлическом виде истечения на 10— 12% меньше, чем при нормальном, а давление на стенки, наобо­ рот, больше после заполнения бункера в 2,5 раза, а в начале вы­ пуска в 4,1 раза, чем при нормальном виде истечения. Указанное явление можно объяснить тем, что в менее плотном сыпучем каж­ дая частица имеет большую свободу движения, при этом коэффи­ циент внутреннего трения падает и, как следствие, возрастает давление на стенки сосуда. Характерно, что при упомянутом ис­ следовании различные виды истечения достигались применением разных способов заполнения модели, давших различную плотность укладки сыпучего.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ИЗНОСА ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ БУНКЕРОВ

В качестве натуры при изготовлении модели был принят наи­ более часто встречающийся в отечественной практике угольный бункер квадратного сечения в плане с пирамидальной выпускной воронкой и одним центрально-расположенным выпускным отвер­ стием. Емкость бункера в натуре 270 м3.

Такая форма угольного бункера является в настоящее время наиболее типичной, а потому и наиболее наглядной для научения происходящих в бункере процессов при движении угля. Большин­ ство бункеров других форм является в известной степени видо­ изменением основной пирамидальной формы и поэтому законо­ мерности, установленные в пирамидальных бункерах, будут в

6* 83

основном правильными для большинства бункеров других гео­ метрических форм.

Было принято, что в натурный бункер поступает сортирован­ ный антрацит крупностью 50—100 мм. Масштаб модели бункера принят 1 : 10.

Было учтено, что при опытах в принятой модели можно бу­ дет количественно характеризовать только сопротивляемость внут­ ренних поверхностей бункера износу при истирании. Износ же от ударов кусков угля при заполнении бункера будет оцениваться только с качественной стороны— в отношении степени относи­ тельного влияния геометрических параметров бункера па вели­ чину износа.

Для моделирования износа внутренних поверхностей бункера при истечении из него сыпучего материала необходимо обеспечить равенство углов внутреннего и внешнего трения сыпучего мате­ риала модели и натуры. Определяющим критерием подобия в этом случае будет сопротивление истиранию ам внутренних по­ верхностей бункера.

В модель бункера загружали сортированный антрацит, круп­ ность которого в соответствии с принятым масштабом моделиро­ вания составляла 5—10 мм.

На круг до начала испытания насыпали 20 г нормального кварце­ вого песка. После каждых 22 оборотов круг автоматически оста­ навливался, отработанный песок удаляли и насыпали 20 г свеже­ го песка.

После НО оборотов круга (5 циклов по 22 оборота) образец очищали от пыли и вторично взвешивали с точностью до 0,1 г. Потерю в массе образца в граммах на ПО оборотов круга, делен­ ную на площадь трения образца в квадратных сантиметрах, при­ нимали за показатель истираемости испытуемого образца.

По данной методике был определен показатель истираемости бетона а®ет марки 200, наиболее часто применяемого для изго­

84

Так как в модели бункера мы приняли тот же сыпучий ма­ териал, что и в натуре, то у„ = умПри этом условии требуемый показатель истираемости материала стенок модели бункера должен быть

сг“ = 1Ост°ет = (1 ч- 2) г/см2.

Для более отчетливого износа внутренних поверхностей стенок бункера, вызванного истечением угля, было признано целесооб­ разным, чтобы материал стенок модели имел показатель истирае­ мости больше 1—2 г/см2. С этой же целью было решено пропу­ скать уголь через бункер три раза подряд и лишь после этого определять величину и характер износа поверхности бункера.

Эквивалентный материал для изготовления внутренних по­ верхностей модели бункера подбирали по условию соответствия его двум требованиям: 1) показатель истираемости должен удов­ летворять условию а “>10а?,ет; 2) угол трения антрацита по экви­

валентному материалу должен быть равен или близок углу тре­ ния антрацита по бетону.

Материалом, отвечающим этим требованиям, был строитель­ ный раствор, состоявший из извести и песка, показатель истирае­ мости которого равен 2,5—3 г/см2.

Из указанного раствора были изготовлены плиты треугольной формы (по форме наклонных стенок днища бункера) двух разме­ ров: один для модели бункера с углом наклона стенок днища к горизонту 45° и другой для модели с углом наклона стенок 60°.

На моделях было исследовано влияние на величину и характер износа внутренних поверхностей модели бункера следующих фак­ торов: способа загрузки сыпучего материала в бункер; вида исте­ чения его из бункера; угла наклона стенок днища к горизонту; числа и места расположения загрузочных отверстий.

При каждом эксперименте определяли потерю веса пластин, изготовленных из эквивалентного материала и установленных на наклонные стенки днища модели бункера, после пропуска через

устанавливали их в бункер и загружали уголь. Как уже отмеча­ лось выше, для получения большей величины износа пластин из эквивалентного материала и повышения таким путем точности его фиксации уголь пропускали через модель бункера трижды. Затем пластины взвешивали вторично (G2), Показатель износа А вычис­ ляли из выражения

85

серединой наклонной стенки модели бункера; 3) через два загру­ зочных отверстия, расположенных у вертикальных стенок.

Схема модели бункера с разными расположениями загрузоч­ ных воронок показана на рпс. 44.

При загрузке модели бункера через загрузочные воронки, как показано на рис. 44, показатель износа Ai объединял в себе как износ, происходивший при загрузке в результате ударов кусочков

отверстия, расположенных непосредственно у вертикальных стенок

скатывания его кусочков по пластинам.

Для 'определения износа Д2, обусловленного только перемеще­ нием сыпучего при разгрузке из модели, кусочки угля аккуратно укладывали на днище бункера, не допуская их падения. При этом износ, обусловленный ударами кусочков угля о пластины при па­ дении в модель бункера,

В зависимости от разброса полученных данных каждый опыт повторяли от 6 до 11 раз и в расчет принимали среднее арифме­ тическое значение.

Во время истечения угля наблюдали за характером опускания его поверхности (чтобы иметь представление о виде истечения) через открытый верх модели.

Данные экспериментов приведены в табл. 20.

Первое, что обращает на себя внимание при сравнении данных по двум моделям, это приблизительно в пять раз больший износ Д2 от трения при истечении угля в модели с углом наклона стенок днища а=60° по сравнению с тем же показателем в модели с а = 45°. При проведении опытов было отмечено, что процесс исте­ чения угля из модели был в обоих случаях существенно различен;

86

клонных стенок не двигался и лишь после того, как на наклонных стенках модели оставалось незначительное количество угля весь он начинал скользить по наклонным стенкам днища, что и давало некоторый износ от процесса истечения. В модели же с а = 60° при открывании задвижки выпускного отверстия вся масса угля приходила в движение и медленно опускалась вниз. При этом ча­ стицы угля, расположенные у вертикальных и наклонных стенок

стенок днища движущимся углем происходило практически без какого-либо давления (поскольку уголь начинал скользить по стенкам, когда его оставалось в бункере уже немного), то при гидравлическом виде истечения истирание наклонных стенок дни­ ща происходило под давлением, величина которого зависела от высоты слоя угля.

Для проверки этих положений была проведена специальная серия экспериментов на модели бункера (сс= 45°). Если в преды­

Исследовался износ при истечении угля из модели и при за­ грузке через два отверстия, расположенных у вертикальных сте­ нок. Как и в предыдущих опытах, уголь загружали в модель трижды и лишь после этого определяли износ пластин. Получены следующие результаты: величина износа пластин от трения при истечении Д2 = 8 г, а от ударов при загрузке Д3 = 250 г. Эти цифры

Другой факт, обращающий на себя внимание в табл. 20,— равенство в обеих моделях значений показателей износа от уда­ ров падающих кусков угля при загрузке (разумеется, одинаковым способом).

87

Изучение влияния способа загрузки, оказавшегося однотипным для обеих моделей, показало следующее:

при расположении загрузочного отверстия модели бункера непосредственно над выпускным отверстием первая небольшая порция угля падает на задвижку выпускного отверстия и при этом отдельные кусочки ударяют по нижним частям пластин, затем нижняя часть пластин оказывается закрытой углем и последую­ щие его порции падают в основном уже на уголь, не вызывая износа пластин;

при загрузке модели бункера по второй и третьей схемам (рис. 44, б и в), т. е. через загрузочные отверстия, расположен­ ные над серединой наклонной стенки и у вертикальных стенок, уголь бьет по пластине и скатывается по ней книзу. При этом кус­ ки бьют по пластине до тех пор, пока место падения не покроется углем.

Наименьший износ пластин от ударов кусков угля при загруз­ ке модели, как это видно из данных табл. 21, имеет место при расположении загрузочного отверстия непосредственно над вы­ пускным. Это объясняется тем, что при таком расположении за­ грузочного отверстия только небольшое количество угля падает непосредственно на пластины, а основная масса угля попадает уже на образовавшийся угольный слой.

При второй и третьей схемах расположения загрузочного отвер­ стия износ пластин от ударов угля при загрузке примерно одина­ ков. Объясняется это, по-видимому, тем, что непосредственно на пластины падает приблизительно одинаковое количество угля.

С целью исследования мест и характера износа пластин была проведена еще одна серия экспериментов. С помощью пульвери­ затора поверхность плиток из эквивалентного материала была окрашена слабым раствором охры. В модель бункера вставляли окрашенные пластины и загружали уголь. После каждого пропу­ ска угля через модель бункера пластины вынимали и фотографи­ ровали их поверхности. Проходящий через модель уголь в про­ цессе загрузки и разгрузки снимал с пластин верхний окрашен­ ный слой. Поэтому следы воздействия удара при падении угля в модель и истирания пластин при разгрузке бункера хорошо про­ слеживались на пластинах. Для каждой схемы загрузки произво­ дились три последовательных эксперимента.

Анализ износа пластин, вызванного трением при истечении угля из модели с углом наклона стенок днища а = 45°, т. е. при нормальном виде истечения, показал, что износ незначителен. Признаки износа были видны лишь в нижней части пластин, рас­ положенных непосредственно у выпускного отверстия, на осталь­ ной же поверхности пластин не было обнаружено никаких следов износа.

На рис. 45 показан износ пластин от ударов угля при загрузке и трения при истечении из модели бункера с углом наклона сте­ нок а = 45° и расположением загрузочного отверстия непосредст-

88