Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Виды движения сыпучего материала в трубе

Будем различать три возможных вида движения сыпучего материала в трубе:

1) несвободное перемещение некоторого объема сыпучего материала в трубе двумя плоскими плунжерами – ведущим А и ведомым В (рис. 4);

2) гидравлическое истечение сыпучего материала из бункера (рис. 5);

3) нормальное истечение сыпучего материала из бункера (рис. 6).

Принесвободном движении (рис. 4) прилегающие к плунжерам слои материала сохраняют первоначальную плоскую форму. Промежуточные слои в процессе движения также сохраняют плоскую форму, раздвигаясь или, наоборот, суживаясь, в соответствии с формой трубы. Получается своего рода «ламинарное» движение сыпучего материала в трубе.

Несвободное движение сыпучего материала имеет скорее теоретическое, чем практическое значение, так как для осуществления сколько-нибудь значительных перемещений потребовались бы плунжеры переменных размеров. Этот вид движения сыпучего тела находит практическое применение лишь в трубах постоянного сечения (в транспортирующих устройствах с толкающими плунжерами).

Рис. 4. Схема несвободного движения сыпучего материала в трубе.

Рис. 5. Схема гидравлического истечения сыпучего материала из бункера.

Рис. 6. Схема нормального истечения сыпучего материала из бункера.

а – бункер с наклонными стенками; б – бункер с вертикальными стенками.

Многочисленные наблюдения за процессом истечения сыпучего материала из бункеров выявили существование двух форм истечения. Одна из них характеризуется движением сыпучего материала только в центральной части бункера и сопровождается образованием воронки на поверхности сыпучего материала. При втором виде истечения в движение приходит весь столб сыпучего материала в бункере; воронка на поверхности не образуется.

Гидравлическое истечение сыпучего материала из бункера (рис. 5) имеет место при отсутствии противодавления (усилия, приложенного к ведомому слою). К ведущему слою может быть приложено «толкающее» усилие Р; тогда будем иметь несвободное гидравлическое истечение. Истечение под действием только собственного веса материала назовем свободным.

Наблюдения показывают, что при гидравлическом истечении горизонтальность слоев сыпучего тела и, в частности, верхнего слоя, практически не нарушается. Слой АВ (рис. 5) последовательно занимает положения А₁В₁, А₂В₂ и т. д. Схема движения отдельных слоев материала получается вполне аналогичной несвободному движению.

Нормальное истечение имеет следующую схему процесса при круглом отверстии (рис. 6):

а) в центральной части бункера проходит движущийся поток материала, занимающий объем некоторого конуса ABCD, который можно назвать конусом истечения;

б) часть материала, прилегающая к стенкам бункера (показанная на рис. 6аплощадками АСЕ и BDF), остается неподвижной;

в) по мере опускания площадки АВ частицы из застойных зон АСЕ и BDF скатываются по линиям естественного откоса ЕА и FB и попадают в зону истечения.

Таким образом, процесс нормального истечения принципиально мало отличается от гидравлического истечения. Разница состоит лишь в том, что при гидравлическом истечении движение потока сыпучего тела происходит в объеме, ограниченном стенками бункера, а при нормальном истечении – в объеме конуса ABCD (рис. 6б ), образованного неподвижными частицами самого сыпучего тела.

Сравнение трех возможных видов движения сыпучего тела в трубе (несвободного движения, гидравлического и нормального истечения) показывает, что они должны подчиняться в принципе единым закономерностям. Движение сыпучего материала во всех случаях происходит без значительного искажения слоев, перпендикулярных к скорости движения. Этим подтверждается справедливость допущения о сохранении послойной укладки шаров во всех случаях движения материала в трубах переменного сечения.

Переходя к оценке современного состояния динамики сыпучих тел, можно отметить следующее:

1. Закономерности распределения давлений по дну и стенкам вертикально расположенного призматического бункера (силоса) экспериментально в известной мере изучены. Имеется теоретическая формула (Янсена), дающая более или менее удовлетворительное математическое выражение этой зависимости. Однако эта формула не отражает физических свойств сыпучего тела и механизма действия сил в сыпучем теле; этим затрудняется ее практическое использование.

2. Силы, действующие на дно и стенки сосудов непризматической формы, как при покое, так и при движении сыпучего материала, остаются неизученными.

3. Экспериментальными исследованиями установлено, что высота столба сыпучего материала в бункере не оказывает заметного влияния на скорость истечения. Основным фактором, определяющим скорость истечения, является размер отверстия бункера. Ряд исследователей отмечает влияние и других факторов на скорость истечения (размеров частиц, углов трения, формы днища бункера и т. п.).

Выполненные к настоящему времени довольно многочисленные исследования отдельных вопросов динамики сыпучих тел не привели, как видно из изложенного, к созданию единой теории, дающей удовлетворительное обоснование наблюдаемым в практике закономерностям. В результате исследований появилось лишь большое число различных эмпирических формул, не всегда согласующихся между собой.

Предлагаемая ниже теория движения сыпучих тел охватывает две основные задачи динамики:

1) теорию действия сил в сыпучем теле, включающую действие сил на дно и стенки сосуда при покое и движении сыпучего тела.

2) теорию движения (истечения) сыпучего материала из сосудов.

Обе задачи в каждом конкретном случае решаются на основе единого дифференциального уравнения движения потока сыпучего материала в бункере.

В результате анализа уравнений, описывающих скорость истечения и расход сыпучего материала, были получены бункеры наибольшей производительности (рис. 7).

Рис. 7. Бункеры наибольшей пропускной способности:

а – с круговым поперечным сечением; б –с многоугольным поперечным сечением; в – с прямоугольным поперечным сечением (щелевой)

Отличительной особенностью закономерностей гидравлического истечения является их практическая независимость от физических свойств сыпучего материала и стенок бункера (коэффициентов внешнего и внутреннего трения). Закономерности истечения не зависят также от высоты столба сыпучего тела над отверстием, а определяются лишь размерами отверстия (его площадью) и формой бункера вблизи отверстия [1].

2.9.2. Затворно регулирующие устройства

Для организации дисперсных систем необходимо необходимо наличие узлов ввода и вывода твердого материала (Орлов С.П. Дозирующие устройства, М.: Машиностроение,- 1966).

По гранулометрическому составу дозируемые материалы могут встречаться как тонкодисперсные так и крупнокусковые и отличаться друг от друга гигроскопичностью, корродирующими свойствами и пр. Конструкцию дозаторов определяют в основном размер и форма частиц, сыпучесть и объемная масса материала. Объемная масса материала может колебаться в пределах от 50 до 3000 кг/м³ и определять габариты питателя и бункерных устройств.

Для управления выпуском материала из бункеров используют объемный, весовой или объемно-весовой методы.

Объемные питатели просты по конструкции и обеспечивают более или менее постоянный объемный расход материала.. К ним относятся ленточные, пластинчатые, вибрационные, плунжерные, шнековые, тарелчатые, камерные, барабанные. Однако насыпной вес материала в зависимости от технологических условий может колебаться в пределах до 15-20%, что влечет колебания весовой производительности питателя.

Когда объемные питатели неприемлимы по технологическим соображениям используют весовые методы дозирования. При этом необходимо специальное измерительное оборудования, агрегаты получаются сложнее и более громоздкие, усложняется эксплуатация.

В промышленности для дозирования сухих тонкодисперсных материалов широкое применение имеют винтовые питатели. Основными показателями их работы является производительность, мощность приводного двигателя, величина утечки воздуха из материалопровода через питатель.

В общем случае производительность винтового питателя определенная по формуле

G = 3600 F_м r_об v, т/час,

где F_м - площадь поперечного сечения материала в питателе; r_об- объемный вес транспортируемого материала; v - поступательная скорость движения транспортируемого материала, зависящая от числа оборотов винта и его конструкции. Является теоретической вследствие наличия перепада давления в материалопроводе и питающем бункере и отличия F_мот F_т= (D² - d²) / 4 на величину y: F_м = F_т y. Значение величины y зависит от физических свойств транспортируемого материала, размеров винта, числа его оборотов, скорости и направления движения материала при поступлении в кожух питателя. Определяется эта величина опытным путем. Для грубой оценки обычно принимают y = 0,25 - 0,3.

Зная шаг заборных витков винта (h, м), толщину витков (d, м) и скорость вращения винта (n, об/мин) можно определить поступательную скорость движения материала:

v = n (h - d) / 60, м/с.

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 131415 16 17 18 Следующая ⇒