Гидравлическое истечение. Скорость груза тем больше, чем выше столб материалов и не зависит от размеров выпускного отверстия.

В бункерах с нормальным истечением материал, попавший на дно бункера, вытекает лишь перед тем, как бункер полностью опорожниться. В застойных зонах, где груз лежит неподвижно, может происходить окисление, спекание или другие процессы, ухудшающие качество груза. При нормальном истечении, особенно пылевидного груза, может происходить выброс его частиц. Бункер с нормальным истечением целесообразно применять только для кусковых, химически стабильных материалов.

В настоящее время для кусковых плохосыпучих грузов применяют выпускные гиперболические воронки, которые предотвращают сводообразование и повышают пропускную способность бункера (рис. 5).

Воронка характеризуется коэффициентом сужения

c_в = (F₂ – F₁)/ F₁,

где F₂ и F₁ – площади двух соседних сечений.

а) коническая; б) гиперболическая

Рисунок 5 – Воронки

В обычных воронках (рис. 5а) угол наклона стенок постоянен. Недостаток таких воронок – резкое возрастание книзу коэффициента c_в.

В гиперболических выпускных воронках (рис. 5б) достигается постоянное значение коэффициентов сужения, что уменьшает сопротивление стенок. Кроме того, вертикальное давление постоянно уменьшается с увеличением глубины «y» и стремится к некоторому постоянному значению, которое не так высоко, чтобы вызвать уплотнение материала. Гиперболические воронки предназначены для выпуска плохосыпучих материалов: материал, который загружается в бункер первым, первым и выгружается. В таких воронках не образуется застойных зон.

Определение пропускной способности бункеров

Пропускная способность бункера (т/ч) зависит от скорости истечения сыпучих материалов.

Средняя скорость движения грузов при гидравлическом истечении (формула Торичелли с поправкой l_и)

, (19)

где l_и – коэффициент истечения (l_и = 0,20-0,65, причем большие значение для сухих сортированных, зернистых, хорошо сыпучих материалов, например, для высушенного речного печка; для руды l_и = 0,50);

g – ускорение свободного падения, м/с²;

h – высота столба насыпного груза, м.

Коэффициент истечения для различных насыпных грузов:

– пылевидные, порошкообразные, мелкокусковые материалы с большим содержанием пыли, а также влажные порошкообразные материалы l_и = 0,20‑0,25;

– крупнозернистые материалы и материалы с крупными кусками неправильной формы l_и = 0,30‑0,50;

– легкосыпучие материалы, такие как песок, сортированный уголь l_и = 0,55‑0,65.

При нормальном истечении скорость груза зависит от размеров и формы выпускного отверстия. Сначала определяют гидравлический радиус отверстия истечения R_г и критическое значение этого радиуса R_кр

,

где F_и – эффективная площадь отверстия истечения, определяемая с учетом размера а¢ типичных кусков (размеры отверстия уменьшаются на величину а¢), м²;

L_от – периметр эффективного отверстия истечения, м.

а) круглое; б) квадратное; в) прямоугольное; г) щелевое

Рисунок 6 – Схемы для расчета гидравлического радиуса отверстия

Гидравлический радиус для круглого отверстия

.

Гидравлический радиус для квадратного отверстия

.

Гидравлический радиус для прямоугольного отверстия

.

Гидравлический радиус для щелевого отверстия

Критический гидравлический радиус отверстия истечения

, (20)

где t_o – начальное сопротивление сдвигу (кокс t_o = 0,22 кПа; сухой песок t_o = 0,37 кПа; шлак t_o = 0,7 кПа;), Па;

r – насыпная плотность груза, т/м³;

k – коэффициент подвижности (см. формулу 6).

Для жидкости R_кр = 0, т.к. t_o = 0 и а¢ = 0.

Коэффициент подвижности может быть определен по приближенной формуле

k» 0,18/ m,

где m – коэффициент внутреннего трения (или через угол трения m = tg j).

При гидравлическом радиусе отверстия истечения R _г ³ R_кр скорость истечения груза

. (21)

При R _г < R_кр

. (21)

Для бункеров непрерывного действия пропускная способность, т/ч

П = 3600× F¢ × v × r, (22)

где F¢ – площадь отверстия истечения определяется с учетом кусковатости груза, м²;

v – скорость истечения насыпного груза, м/с;

r – насыпная плотность груза, т/м³.

Площадь отверстия истечения для круглого отверстия

,

для прямоугольного отверстия

.

Пример. Определим величину П для бункера непрерывного действия при следующих исходных данных: насыпной груз – сухой сортированный каменный уголь (r = 0,8 т/м³); крупность кусков a' = 50 мм; диаметр выпускного отверстия D = 400 мм.

Решение.

Гидравлический радиус для круглого отверстия

м.

Принимая t_o = 0 из формулы 20 получим

м.

Поскольку R _г > R_кр, используем для расчета формулу 21 (принимаем l_и = 0,5)

м/с.

Площадь отверстия истечения

м².

П = 3600× F¢ × v × r = 3600×0,096×0,83×0,8 = 229 т/ч.

Дата добавления: 2015-07-19