9

6.2. Бункери

Класифікація бункерів. За формою бункери бувають:

—прямокутні, пірамідальні, з вертикальними стінками, комбіновані;

—круглі (конічні, циліндричні, циліндро-конічні, циліндро-сферичні);

—коритоподібні;

—призматичні і параболічні.

За розміщенням у просторі розрізняють бункери: підвісні, підземні,

заглиблені в ґрунт.

За матеріалом, з якого виготовлені бункери, їх поділяють на металеві, залізобетонні, дерев’яні і комбіновані.

Стікання насипних вантажів з отворів бункерів. Кожен бункер у нижній частині має отвір, з якого витікає матеріал під час вивантаження. Витікання буває гідравлічне, нормальне і мішане.

Якщо матеріал суцільною масою витікає з бункера, це гідравлічний вид витікання (рис. 6.6). Нормальний вид витікання (рис. 6.7) — коли матеріал у вигляді стрижня над отвором рухається в бункері. Комбінація нормального і гідравлічного — мішаний вид витікання (рис. 6.8).

Швидкість гідравлічного витікання

V = λ 2gh , (6.10)

де λ — коефіцієнт витікання; h — висота шару матеріалу над випускним отвором.

Швидкість гідравлічного витікання

не залежить ні від розміру кусків матеріалу, ні від розміру отворів. Рис. 6.8

Швидкість нормального витікання легкосипучих матеріалів визначають за формулою

91

Гідравлічний радіус отвору витікання

R = ПF ,

де F — площа поперечного перерізу отвору; П — його периметр. З урахуванням розмірів типових кусків вантажу aт маємо:

— для круглого отвору

— для квадратного отвору з розмірами (А×А)

Швидкість витікання важкосипучих матеріалів залежить від критичного радіусу витікання:

Якщо R ≥ Rкр, швидкість витікання

92

Для вивантаження матеріалів через бічні поверхні бункерів вищенаведені формули використовують з sin α (α — кут нахилу до горизонту днища бункера в зоні випускного отвору).

Утворення склепіння. Утворення склепіння насипних вантажів над випускним отвором бункерів надзвичайно шкідливий фактор.

Розрізняють два види:

—утворення склепіння крупнокускових вантажів, коли випадкова комбінація великих шматків матеріалу в процесі витікання утворює стійке склепіння над отвором;

—утворення склепіння дрібнофракційних вантажів, частинки яких зв’я- зані між собою.

Поява стійких склепінь в останньому випадку пояснюється тим, що зв’язане сипуче тіло в зоні вільної поверхні може мати великі напруги стискання в площинах, нормальних до вільної поверхні, у той час як у площинах, дотичних до вільної поверхні, напруги дорівнюють нулеві.

Якщо випускний отвір більший за отвір утворення склепіння, то стійке склепіння не може утворитися, і витікання вантажу відбувається безперешкодно. Розмір отвору в разі утворення склепіння визначають з рівняння

де Rcк — гідравлічний радіус отвору в разі утворення склепіння. Основний засіб боротьби з утворенням склепіння — правильно виб-

рати розміри випускного отвору.

Внутрішня поверхня стінок бункера в зоні випускного отвору має бути гладкою без виступних частин. Виступні деталі і шорсткість стінок можуть спричинити виникнення склепінь.

Якщо з конструктивних міркувань випускний отвір бункера менший, ніж розрахований отвір утворення склепіння, то над отвором утворюються склепіння. Для руйнування склепінь застосовують різні способи:

—шурувальні операції;

—нанесення ударів по стінках бункерів;

—надання бункеру коливального руху.

Пропускну спроможність бункерів неперервної дії вимірюють кількі-

стю тонн насипного вантажу, що може пройти через випускний отвір за одиницю часу:

де V — швидкість витікання насипного вантажу з отвору бункера; ρ — об’ємна маса; F — площа отвору витікання.

93

Пропускна спроможність бункерів, які спорожнюються з кожним відкриттям затвора, характеризується часом їх спорожнення tсп, с:

де G0 — ємність бункера, т.; W — ємність бункера, м3.

Тиск на стінки бункерів. Тиск вантажу на стінки бункерів залежить від властивостей цього вантажу і від конфігурації бункерів. Для стаціонарних бункерів з вантажами, які за властивостями близькі до рідини, тиск на стінки визначають за формулою

де h — глибина розташування місця на стінці під рівнем матеріалу, для якого визначається нормальний тиск.

Для пересувних, переносних і транспортних бункерів тиск обчислюють за формулою

де kд — поправковий коефіцієнт, що враховує динамічність навантаження, його визначають за формулою

де j — найбільше прискорення вертикальних коливань посудини, що містить напіврідкий вантаж.

У процесі наповнення бункера насипним вантажем глибоко розміщені шари матеріалу вертикально переміщаються відносно вертикальних стінок. У результаті цього на поверхні зіткнення сипучого тіла зі стінками бункера виникають спрямовані вертикально дотичні напруження. Тому розподіл тисків буде відрізнятися від гідростатичного закону, і тим більше, чим більшою буде глибина занурення порівняно з поперечним розміром.

Загальний вираз для нормального тиску σ на вертикальні стінки має такий вигляд:

де ε — коефіцієнт, який враховує вертикальні сили тертя насипного вантажу об стінки бункера, «коефіцієнт зависання»; n’ — коефіцієнт бокового тиску.

94

Коефіцієнт бокового тиску вважають рівним коефіцієнтові рухомості m, який визначають за формулою

Коефіцієнт ε визначають залежно від значення добутку

де f1 — коефіцієнт тертя насипного вантажу об стінки посудини; Rδ — гідравлічний радіус бункера:

Тиск легкосипучих вантажів на похилі стінки неглибоких бункерів визначають за формулою

де h — глибина розміщення точки дії напруження під вільною поверхнею насипного вантажу; α — кут нахилу стінок до горизонту; m — коефіцієнт рухомості.

Тиск на горизонтальні ділянки днища неглибоких бункерів визначається гідростатичним законом.

Тиск на горизонтальні ділянки днища глибоких бункерів

Тиск на затвори визначають як тиск на горизонтальні стінки бункерів:

де k0 — коефіцієнт, що враховує особливості експлуатації бункеpів. Для похилих і вертикальних затворів тиск визначають за формулою

де α — кут нахилу затвора до горизонту.

95

Для бункерів, які повністю спорожнюють, k0 = 2. Для неспорожнюваних повністю k0 = 1.

Знаючи середній тиск на затвор σ, можна розрахувати силу G, яка діє на затвор, за формулою:

де F — площа випускного отвору.

6.3. Затвори

Затвором називають пристрій для відкривання і закривання випускного отвору бункера.

За способом керування розрізняють затвори ручні і урухомні. Як урухомні застосовують електродвигуни і пневматичні циліндри, рідше гідравлічні двигуни. Конструюючи затвори бункерів, слід прагнути досягти мінімальних габаритів; малої маси затвору; зручності обслуговування; уникнути нещільності, через яку сипучий матеріал може висипатися в закритому положенні; гарантувати безпечну роботу для обслуговуючого персоналу і поліпшення умов праці.

За видом робочого органу затвори поділяють на клапанні, секторні, щелепні, пальцеві, ланцюгові й ін.

Клапанні затвори. Робочим органом клапанних затворів слугує шарнірний клапан, що обертається навколо осі, прикріпленої до стінки біля випускного отвору.

Різновиди затворів: відкидні, притискні, підпірні.

Відкидний затвор (рис. 6.9) придатний для перекриття випускного отвору порожнього бункера. Цей вид має перевагу перед іншими типами затворів, якщо оперують з вантажами, залежними й такими, що утворюють склепіння над випускним отвором бункера.

Недолік такого затвору — значне зусилля, потрібне для утримання затвора відкритим, оскільки противагу клапану розраховано на подолання повного тиску вантажу на клапан.

Цього недоліку позбавлений притискний затвор (рис. 6.10), який так само придатний лише для перекриття отвору порожнього бункера. Цього недоліку не має підпірний затвор (рис. 6.11). Його робочий орган лоток повертається відносно осі біля нижнього краю випускного отвору.

96

Розрахування секторних затворів:

а) без противаги (рис. 6.12).

Найбільше зусилля на ручку Р у момент зрушення сектора з місця визначають за формулою

де T = Gf1 — сила тертя; G — сила тиску вантажу на затвор; f1 — коефіцієнт тертя насипного вантажу об матеріал; Rc — радіус сектора; R1 — радіус ручки. Момент опору в шарнірі

де Gп — сила тяжіння противаги; Rп — плече противаги.

Ланцюгові затвори. Ланцюговий затвор (рис. 6.14) складається з похилого лотка і кількох якірних ланцюгів, розміщених вдотик один до одного й підвішених над випускним отвором бункера так, що вони утворюють ніби суцільну завісу. На нижніх кінцях ланцюгів підвішено вантажі, зв’язані з круглоланковими ланцюгами, які піднімають вантажні ланцюги.

Ланцюгові затвори застосовують для середньокускових й дрібнокускових матеріалів, а також можна застосовувати для зернистих і порошкоподібних вантажів.

Розрахування ланцюгових затворів. Разглянемо рівновагу матеріалу у формі клина abc (рис. 6.15). На нього діють за умови граничної рівноваги такі сили: G — сила тиску на площину; N — сила тиску на матеріал; Nf — сила тертя матеріалу по ланцюгу; N1 — реакція від тиску на дно жолоба; N1f1 — сила тертя насипного вантажу по дну жолоба. Умову рівноваги клина abc визначають за рівняннями:

де β — кут нахилу лінії ланцюгів до дна жолоба; kз — коефіцієнт запасу зчеплення (kз = 1,3...1,4).

98

де Gлан — сила тяжіння ланцюгів з вантажами; α — кут нахилу лотка до горизонту.

Розв’язавши рівняння, дістанемо:

де С — висота бортів лотка; lлан — довжина ланцюгів.

Силу Р, потрібну, щоб підняти і відкрити затвор, визначають за формулою

гів; Gлан — сила тяжіння власне ланцюгів без вантажів. Силу тяжіння вантажів бажано брати рівною одній третині від загальної Gлан′ .

Плоскі затвори. Робочий орган плоских затворів — це плоска пластина, що переміщується в пазах стінок прямокутного випускного отвору бункера.

Перевага плоских затворів — їх малі габарити й можливість приєднувати до них закриті самопливні труби, які усувають пилоутворення.

99

Недолік — заїдання засувки в напрямних, що виникає внаслідок засмічування напрямних частинками вантажу.

Плоскі затвори зазвичай застосовують для бункерів, які не потребують частого відкривання й закривання випускних отворів.

Розрахування плоских затворів. Якщо засувка переміщається в на-

прямних пазах, то зусилля під час оперування горизонтальним плоским затвором з ковзкою засувкою

де G — сила тиску на затвор бункера; f1 — коефіцієнт тертя насипного вантажу по матеріалу; Go — власна сила тяжіння засувки; f2 = 0,4…0,5 — коефіцієнт тертя засувки в пазах; kз = 1,25…1,5 — коефіцієнт запасу.

Зусилля для переміщення похилої засувки в пазах визначають так:

Якщо засувка переміщується на підтримувальних роликах, то зусилля, яке потрібно докласти до засувки, щоб закрити випускний отвір, визначають за формулою

де kз = 0,25…1,4 — коефіцієнт запасу; k = 0,01…0,012 — коефіцієнт тертя кочення засувки по роликах; fц — коефіцієнт тертя в цапфах роликів; G1 — загальна сила тяжіння підтримувальних роликів; d — діаметр цапф роликів; D — зовнішній діаметр роликів.

Гусеничні затвори. Гусе-

ничні затвори поділяють на стрічкові й пластинчасті. Робочий орган стрічкового затвора — нескінченна гумована (на гумовій основі) стрічка під випускним отвором бункера, закріплена в точці а

(рис. 6.16).

Рис. 6.16

100