3.3. Бункерный питатель как элемент аср

Работа дроссельных ИУ, каковыми и являются донные и боковые затворы и разгружатели, в потоке СМ осложнена рядом обстоятельств. В частности, затвор РО значительно легче работает на увеличение сечения, нежели на перекрытие потока, при этом исполнительный элемент приобретает нелинейность типа «гистерезис». Причина сопротивления заключается в трении рабочего органа затвора о материал. Наибольшее трение возникает в горизонтальном шиберном затворе (рисунок 6а), несколько лучшие условия истечения создаются при наклонном или вертикальном расположении шибера (рисунок 6б).

Секторный поворотный затвор (рисунок 6в) испытывает меньшее сопротивление, чем плоский. Разновидностью плоского затвора, перемещающегося с минимальным трением запирающей поверхности рабочего органа о материал, является затвор с бесконечной лентой (рисунок 6г). Бесконечная (кольцевая) лента, выполненная из резины или металлических пластин, может быть закреплена с одной стороны по кромке выпускного отверстия. При этом рама с роликами, по которым лента движется, перемещается в плоскости, перпендикулярной оси бункера. Изменение сечения выпускного отверстия происходит при отсутствии трения ленты о материал. Даже если лента не связана жестко с кромкой отверстия, трение будет сведено к допустимому минимуму.

Теоретически, при идеальной сыпучести материала, процесс истечения аналогичен непрерывному истечению жидкости. Тогда, в принципе, управлять расходом можно, изменяя площадь разгрузочного отверстия с помощью какого-либо дроссельного ИУ. Информационная схема гравитационного питателя, выполняющего функцию ИУ АСР, представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 — Информационная схема гравитационного питателя

Размер разгрузочного отверстия S _OTB является единственным реально возможным управляющим воздействием. Расход материала F _M на выходе из бункера подвержен влиянию ряда возмущений, среди которых, при достаточно малом разбросе размеров частиц Dr_М, наиболее существенным является вариация влажности материала М _M.

Статическая характеристика гравитационного питателя по основному каналу управления нелинейна, и может быть выражена соотношением (16) или близкими к нему (см. сводную таблицу в [6]). Все эти зависимости содержат эмпирические коэффициенты, затрудняющие расчет. Для практических целей представляет интерес методика, приведенная в [1]. Исходными данными для расчета являются параметры бункера и достаточно общие характеристики материала. Выше отмечалось, что при гравитационном истечении материал перемещается в объеме бункера неравномерно: в центре существует зона интенсивного движения, тогда как материал, находящийся ближе к стенке (застойная зона) движется медленнее и только подпитывает центральный поток. Схема истечения материала через круглое отверстие в центре плоского днища цилиндрического бункера приведена на рисунке 8.

Предполагается, что граница между подвижным и малоподвижным материалом представляет собой боковую поверхность перевернутого усеченного конуса, ось которого совпадает с осью, а меньшее основание – с площадью разгрузочного отверстия.

Формула для определения объемного расхода имеет вид

(18)

Здесь ν — коэффициент распределительной способности сыпучего материала; — диаметр выпускного отверстия, м; f — коэффициент внутреннего трения материала; f _w — коэффициент трения материала о стенки бункера; — вертикальное напряжение в зоне интенсивного истечения на уровне выпускного отверстия, Н/м².

Элементы формулы (18) раскрыты ниже.

,

(18а)

где — половинный угол раскрытия конуса, ограничивающего зону интенсивного истечения (см. Приложение Б), град; — коэффициент, определяемый из условий активного напряженного состояния сыпучего материала,

;	(18б)
	(18в)

Рисунок 8 — К расчету расхода при гравитационной разгрузке

С₂ определяется из условий пассивного напряженного состояния материала в конической части бункера; — среднее удельное вертикальное давление на динамический свод. Зависимость для определения этой величины достаточно сложна и требует численного интегрирования:

.

(18г)

α — текущая величина угла раскрытия конуса; , — вертикальные координаты, м (см. рисунок 7).

Формула (18) определяет статическую (рабочую) характеристику гравитационного питателя.

Динамическая характеристика гравитационного питателя определяется инерционностью ИУ (затвора) и в большинстве технологий может быть аппроксимирована передаточной функцией усилительного звена.

Гравитационные питатели редко применяют в качестве ИУ дозаторов [6] и АСР технологических параметров. Надежная работа с плавным непрерывным изменением расхода из них возможна лишь при динамической интенсификации потока путем вибрационного или пневматического псевдоожижения. При этом степень открытия затвора постоянна и определяет максимальную величину расхода.

Взвешиваемые бункеры удобно использовать в качестве поверочных устройств для менее точных дозаторов [1].

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. В каких режимах происходит гравитационное истечение СМ из бункеров?

2. В каких формах проявляется неполное опорожнение бункеров?

3. Методы интенсификации разгрузки бункеров.

4. Какая запорная арматура используется для перекрытия отверстий истечения в бункерных устройствах?

5. Что такое гидравлический радиус отверстия?

6. Получите рабочую характеристику гравитационного питателя по каналу «размер разгрузочного отверстия – массовый расход материала».