Процессы истечения и сводообразования в бункерах
При истечении насыпного груза из бункера через разгрузочное отверстие образуется свод из подвижных частиц, воспринимающий давления вышележащих слоев. В первой зоне, лежащей над сводом, частицы движутся в замкнутом слое и соприкасаются друг с другом. Из этого слоя частицы непрерывно переходят в область самого свода. Под поверхностью свода начинается зона свободного падения частиц под действием собственной силы тяжести. В этой второй зоне уже нет связанных друг с другом слоев частиц, они не соприкасаются, при падении расстояния между ними увеличиваются [1, 2, 5, 6].
При экспериментальном сравнении бункеров с круглым, квадратным и прямоугольным разгрузочными отверстиями, имеющими одну и туже площадь сечения, установлено, что наибольшее количество груза в единицу времени разгружается из бункера с разгрузочным отверстием, характеризующимся наибольшим гидравлическим радиусом, т. е. из бункера с круглым отверстием. Затем следуют бункеры с квадратным и прямоугольным отверстиями. Щелевое и эллиптическое разгрузочные отверстия примерно равноценны по количеству разгружаемого материала, по скорости потока оба эти отверстия значительно уступают отверстию с круглым сечением.
В несимметричных бункерах сопротивление истечению в 2–3 раза больше, чем в симметричных.
Расчет пропускной способности бункеров
Пропускная способность (т/ч) бункера зависит от скорости истечения сыпучих материалов [1, 2, 5]. Для бункеров непрерывного действия
, (7.1)
где v – скорость истечения насыпного груза из отверстия бункера, м/с;
ρ – насыпная плотность груза, т/м3;
w' – площадь отверстия истечения с учетом кусковатости груза, м2; для круглого отверстия w' = π(D – a')2 / 4 (D – диаметр отверстия, м); для прямоугольного отверстия w' = (Аи – а')(Bи – а') (Аи и Bи – размеры сторон отверстия, м).
Определение гидравлического радиуса
, (7.2)
где D – диаметр выпускного отверстия бункера, мм;
а' – размеры максимальных кусков, мм.
Определение критического радиуса
. (7.3)
Скорость истечения v груза из бункера:
при Rг> Rкр, 
,
при Rг< Rкр, 
,
где λи – коэффициент истечения, λи = 0,2–0,65.
Площадь отверстия истечения
. (7.4)
Бункерные затворы
Бункерные затворы служат для закрывания и открывания выпускных отверстий бункеров и регулирования выходящего потока насыпного груза.
Точность регулирования потока открыванием выпускного отверстия возможна только при хорошо сыпучих материалах [2].
Бункерные затворы должны иметь простую и прочную конструкцию, малые габариты; обеспечивать удобство маневрирования и быстроту действия, плотность закрывания и возможность регулирования потока груза.
По типу привода затворы бывают ручные и механические (электрические, пневматические и гидравлические) с дистанционным управлением. По способу действия затворы разделяют на: отсекающие поток груза (затворы в виде плоской задвижки и секторные) и создающие подпор (лотковые) [2, 3]. Конструктивные исполнения затворов представлены на рис. 7.4.
Рис. 7.4. Конструктивные схемы затворов:
а, б – задвижки; в – ленточный гусеничный затвор; г – лотковый затвор;
д – односекторный затвор; е – двухсекторный (челюстной); ж, з – наклонный секторный;
и – сдвоенный секторный; к – пальцевый
Классификация затворов:
в виде плоской задвижки (рис. 7.4 а, б) устанавливаются в днище или боковой стенке бункера;
ленточные гусеничные (рис. 7.4, в) открывают или закрывают отверстие передвижением рамы с закрепленной на ней подвижной конвейерной лентой;
секторные (рис. 7.4, д–и) имеют цилиндрическую поверхность и при закрывании или открывании поворачиваются вокруг горизонтальной оси;
челюстные (рис. 7.4, ж, з) с движением сектора вверх или вниз;
пальцевые (рис. 7.4, к), состоящие из поднимающихся и опускающихся рычагов (пальцев), подвешенных на цепях;
лотковые (рис. 7.4, г) регулируют поток груза изменением угла наклона лотка.
Питатели и дозаторы
Питатели представляют собой механические устройства для обеспечения стабильного регулируемого грузопотока из бункера или воронки на конвейеры и средства периодического транспорта [2, 3, 5, 6].
В настоящее время широко используется большое разнообразие конструктивных исполнений питателей, каждый из которых имеет преимущества при определенных условиях эксплуатации и организации загрузки, однако универсального функционального решения не существует. Тип питателя выбирается в каждом отдельном случае в зависимости от характеристики транспортируемого груза, производительности и производственных условий (табл. 7.2).
Таблица 7.2
Типы и разновидности питателей
| Тип питателя | Назначение |
Ленточный  | Для равномерной подачи насыпных материалов на технологические машины и транспортирующие устройства. Обеспечивает регулируемую произво-дительность изменением высоты слоя груза на ленте с помощью шиберных устройств загрузочных бункеров |
Пластинчатый  | Для равномерной подачи тяжелых, крупно-кусковых, абразивных грузов |
Качающийся  | Для непрерывной подачи из бункеров кусковых и сыпучих материалов с насыпной плотностью до 2,6 т/м3. Имеет простую конструкцию, высокую надежность, производительность регулируется за счет хода лотка |
Вибрационный  | Для дозированной подачи кусковых и зернистых сыпучих материалов из бункеров, воронок и других загрузочных устройств. Питатели вибрационные с активатором предназ-начены для выгрузки из бункеров сыпучих мате-риалов, склонных к сводообразованию и зависанию |
Дисковый  | Для равномерной выдачи из бункеров кусковых, сыпучих и плохосыпучих материалов с насыпной плотностью до 2,5 т/м3, работает под давлением материала из бункера, производительность регулируется за счет изменения положения съемного ножа и числа оборотов двигателя |
Окончание табл. 7.2
Винтовой  | Для равномерной подачи пылевидных, зернистых, мелкокусковых насыпных грузов |
Барабанный  | Для равномерной подачи хорошо сыпучих зер-нистых и мелкокусковых грузов и с ребристой поверхностью барабана для крупнокусковых грузов |
Цепной  | Для равномерной подачи крупнокусковых одно-родных грузов |
Лопастный  | Для равномерной подачи мелкофракционного материала из бункера с высокой точностью подачи |
Питатели предназначены для непрерывной равномерной подачи сухих материалов с заданными (или регулируемыми) характеристиками потока в технологические машины и транспортирующие устройства, а так же как самостоятельное оборудование для наполнения тары сыпучими продуктами.
Питатели применяются на предприятиях горной, металлургической промышленности; на линиях по выпуску сухих строительных смесей; для подачи сыпучих материалов в различных технологических процессах измельчения, смешивания, транспортирования, обжига, фасовки.
Дозаторы – механические устройства цикличного действия, производящие при каждом цикле выдачу из бункера определённой порции (дозы) насыпного груза. Дозирование может производиться по объему или по массе. Дозирование по объему осуществляется с помощью мерного сосуда (рис. 7.5), плунжера или ячеечного барабана. Поворот мерного сосуда обеспечивается пневмоцилиндром.
Рис. 7.5. Схема дозатора с дозированием по объему
Некоторые типы дозаторов используются не только как самостоятельные агрегаты, но и в комплексе с другими дозирующими устройствами, обеспечивающими сложное многокомпонентное дозирование и имеют широкие возможности по встраиванию в технологические линии.
Метательные машины
Метательные машины представляют собой устройства, с помощью которых насыпному грузу сообщается кинетическая энергия, необходимая для направленного полета на некоторое заданное расстояние (20–30 м). Использование метательных машин особенно эффективно при подаче груза в труднодоступные места [2].
Метательные машины применяют в шахтах для закладки породой выработанных пространств (закладочные машины) и на открытых работах для отсыпки отвалов; в металлургии – для загрузки шихты в печи; на дорожно-строительных и земляных работах – при сооружении земляного полотна дороги, насыпке дамб и пр. (грунтометатели); на железнодорожном и водном транспорте – для заполнения трюмов судов (штивующие машины) и т.д.
По принципу действия различают метательные машины, сообщающие струе груза скорость вылета трением о рабочий орган; захватом-толканием и двумя этими способами одновременно.
Классификация метательных машин (рис. 7.6) по типу рабочего элемента:
ленточные: с прямой лентой (наклонный конвейер с лентой, движущейся с высокой скоростью); с изогнутой лентой (ленточно-барабанные), в которых груз засыпается между барабаном и лентой; в зависимости от места вылета груза подразделяются на машины с нижним и верхним вылетом;
лопастные: с расположением лопастного барабана на горизонтальном валу (струя груза подводится по периферии барабана и имеет высокую скорость), изменение направления струи обеспечивается выдвижением щитка; с расположением лопастного барабана на горизонтальной или вертикальной оси (груз подводится через центральное отверстие в кожухе с небольшой скоростью), изменение направления струи обеспечивается поворотом корпуса кожуха;
дисковые: вместо неподвижного круглого днища имеют плоский или конусный вращающийся диск с гладкой поверхностью или с радиальными лопастями, захватывающими и выбрасывающими груз радиально во все стороны.
Общим недостатком метательных машин является быстрое изнашивание соприкасающихся с грузом частей (особенно с кусковым и абразивным). Для увеличения срока службы лент число прокладок должно быть не более 2–3.
Рис. 7.6. Схемы метательных машин:
а – ленточная с прямой лентой; б, в – ленточно-барабанные;
г, д – лопастные (роторные); е – дисковая
Для облицовки лопастей и кожухов используют износостойкие материалы. Ленточные метательные машины обеспечивают меньшее разрушение груза и являются более предпочтительными, чем лопастные.