Бункер для сыпучего материала

 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для хранения и выгрузки сыпучих материалов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства: строительной, металлургической, угольной, горнодобывающей, химической, пищевой, транспортной и др. Бункер для сыпучего материала включает корпус, сборную воронку с горловиной, дозирующую систему с затвором, рассекатель, расположенный внутри бункера, дополнительно в нем рассекатели выполнены в виде расположенных по периметру сборной воронки элементов, имеющих форму двугранных углов, основания которых лежат соответственно на внутренних поверхностях воронки и корпуса. Для создания критических значений концентрации напряжений в сыпучем материале бункер снабжен ослабляющими элементами, закрепленными на внутренней поверхности корпуса, и подрезающим инструментом, внутренняя поверхность полого затвора и внешняя поверхность сборной воронки снабжены тензодатчиками, связанными с системой управления затвором для регулирования давления и выпуска сыпучего материала. Ослабляющие элементы выполнены в виде наклонных к горизонтальной плоскости параллельных между собой направляющих для обеспечения самоскольжения сыпучего материала в сторону сборной воронки, расположенных равномерно выше рассекателей и прикрепленных к внутренней поверхности корпуса. Ослабляющие элементы могут быть выполнены в виде призм с треугольным поперечным сечением, прикрепленных к внутренней поверхности корпуса параллельно горизонтальной плоскости с образованием двух противоположных рядов, смещенных по вертикали относительно друг друга так, что верхняя и нижняя грани двух смещенных по вертикали противоположных призм расположены в плоскости самоскольжения в сторону сборной воронки для нарезания блоков внутри сыпучего материала. Подрезающий инструмент расположен по внутреннему периметру корпуса с возможностью поступательного перемещения, согласованного с системой управления затвором и тензодатчиками, и снабжен дополнительными одинаковыми по форме ножами, расположенными друг к другу взаимно перпендикулярно, жестко закрепленными в краях подрезающего инструмента и в месте их взаимного пересечения, а их режущая часть имеет выпукло-пилообразную форму. 4 з. п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для хранения и выгрузки сыпучих материалов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства: строительной, металлургической, угольной, горнодобывающей, химической, пищевой, транспортной и др.

Известна емкость для сыпучих материалов [1] содержащая корпус с выпускным отверстием, размещенные с внутренней его стороны с интервалом по высоте надувные элементы и расположенные над ними пластины, в которой дополнительно жестко прикреплены пластины верхней частью к стенкам емкости и установлены так, что перекрывают нижним концом верхнюю часть нижерасположенной пластины.

Недостатком этой емкости является то, что фактически необходимо изготовить вторую емкость, представленную в виде наборных пластин, и поместить ее внутрь улучшаемой. Кроме этого, в случае разрыва (нарушения герметичности) надувного элемента может сформироваться взрывоопасная смесь, а также возникают осложнения с заменой и ремонтом этих элементов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является бункер для сыпучего материала [2] содержащий корпус с наклонным в сторону разгрузочного отверстия (горловины) днищем (сборная воронка) и поворотный вокруг горизонтальной оси затвор (дозирующая система), который дополнительно снабжен рассекателем, имеющим контактирующую с задней по ходу движения материала стенкой Λ -образную рабочую поверхность ( в виде двугранного угла) и сопряженную с последней и контактирующую с днищем (сборной воронкой) конусообразную поверхность, обращенную в сторону разгрузочного отверстия (горловины), а на днище закреплены отклоняющие козырьки, примыкающие к боковым стенкам рассекателя.

Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет полностью избавляться от зависания сыпучей среды (сводообразования) выше рассекателя с Λ -образной рабочей поверхностью и затвора, так как ребро этого рассекателя параллельно горизонтальной плоскости и обладает ограниченной сферой влияния вверх.

Чтобы избежать зависания сыпучей среды (сводообразования) и повысить надежность при ее выпуске предлагаемый бункер для сыпучего материала, включающий корпус, сборную воронку с горловиной, дозирующую систему с затвором, рассекатель, расположенный внутри бункера, дополнительно рассекатели выполнены в виде по периметру сборной воронки расположенных элементов, имеющих форму двугранных углов, основания которых лежат соответственно на внутренних поверхностях воронки и корпуса, для создания критических значений концентрации напряжений в сыпучем материале снабжен ослабляющими элементами, закрепленными на внутренней поверхности корпуса, и подрезающим инструментом, внутренняя поверхность полого затвора и внешняя поверхность сборной воронки снабжены тензодатчиками, связанными с системой управления затвором для регулирования давления и выпуска сыпучего материала; ослабляющие элементы выполнены в виде наклонных к горизонтальной плоскости параллельных между собой направляющих (ребер) для обеспечения самоскольжения сыпучего материала в сторону сборной воронки, расположенных равномерно выше рассекателей и прикрепленных к внутренней поверхности корпуса; ослабляющие элементы (ребра) выполнены в виде призм с треугольным поперечным сечением, прикрепленных к внутренней поверхности корпуса параллельно горизонтальной плоскости с образованием двух противоположных рядов, смещенных по вертикали относительно друг друга так, что верхняя и нижняя грани двух смещенных по вертикали противоположных призм расположены в плоскости самоскольжения в сторону сборной воронки для нарезания блоков внутри сыпучего материала; подрезающий инструмент расположен по внутреннему периметру корпуса с возможностью поступательного перемещения, согласованного с системой управления затвором и тензодатчиками; подрезающий инструмент снабжен дополнительными одинаковыми по форме ножами, расположенными друг к другу взаимно перпендикулярно, жестко закрепленными в краях подрезающего инструмента и в месте их взаимного пересечения, а их режущая часть имеет выпукло-пилообразную форму.

Предлагаемый бункер имеет следующие отличительные признаки: рассекатели выполнены в виде по периметру сборной воронки расположенных элементов, имеющих форму двугранных углов, основания которых лежат соответственно на внутренних поверхностях воронки и корпуса, для создания критических значений концентрации напряжений в сыпучем материале (этот признак, когда ребра элементов, имеющих форму двугранных углов, не параллельны горизонтальной плоскости, авторам не известен в существующих бункерах); бункер снабжен ослабляющими элементами; ослабляющие элементы закреплены на внутренней поверхности корпуса; бункер снабжен подрезающим инструментом; внутренняя поверхность полого затвора и внешняя поверхность полого затвора и внешняя поверхность сборной воронки снабжены тензодатчиками, связанными с системой управления затвором для регулирования давления и выпуска сыпучего материала; ослабляющие элементы выполнены в виде наклонных к горизонтальной плоскости параллельных между собой направляющих (ребер) для обеспечения самоскольжения сыпучего материала в сторону сборной воронки, расположенных равномерно выше рассекателей; ослабляющие элементы (ребра) выполнены в виде призм с треугольным поперечным сечением, прикрепленных к внутренней поверхности корпуса параллельно горизонтальной плоскости с образованием двух противоположных рядов, смещенных по вертикали относительно друг друга так, что верхняя и нижняя грани двух смещенных по вертикали противоположных призм расположены в плоскости самоскольжения в сторону сборной воронки для нарезания блоков внутри сыпучего материала; подрезающий инструмент расположен по внутреннему периметру корпуса с возможностью поступательного перемещения, согласованного с системой управления затвором и тензодатчиками; подрезающий инструмент снабжен дополнительными одинаковыми по форме ножами, расположенными друг к другу взаимно перпендикулярно, жестко закрепленными в краях подрезающего инструмента и в месте их взаимного пересечения, а их режущая часть имеет выпукло-пилообразную форму.

На фиг. 1 представлен продольный разрез Е-Е бункера; на фиг. 2 поперечный разрез F-F бункера; на фиг. 3 развертка внутренней поверхности корпуса бункера со следами равномерно расположенных ослабляющих элементов в виде наклонных направляющих (ребер) с одинаковым углом α наклона к горизонтальной плоскости, обеспечивающим самоскольжение сыпучей среды в сторону сборной воронки; на фиг. 4 продольный разрез В-В бункера в случае, когда ослабляющие элементы выполнены в виде призм с треугольным поперечным сечением, прикрепленных к внутренней поверхности корпуса параллельно горизонтальной плоскости с образованием двух противоположных рядов, смещенных по вертикали относительно друг другу так, что верхняя и нижняя грани двух смещенных по вертикали противоположных призм образуют плоскости самоскольжения сыпучей среды в сторону сборной воронки под углом α; на фиг. 5 вид сверху бункера, изображенного на фиг. 4; на фиг. 6 продольный разрез А-А бункера, в котором вместо ослабляющих элементов, расположенных на внутренней поверхности корпуса, по его внутреннему периметру размещен подрезающий инструмент с возможностью поступательного перемещения, согласованного с системой управления движения затвора и тензодатчиками; на фиг. 7 поперечный разрез Б-Б на фиг. 6; на фиг. 8, 9 подрезающий инструмент.

Бункер (фиг. 1-3) включает корпус 1, сборную воронку 2 с горловиной 3, дозирующую систему с затвором 4, рассекатели 5, выполненные в виде по периметру сборной воронки расположенных элементов, имеющих форму двугранных углов, основания которых лежат соответственно на внутренних поверхностях воронки и корпуса, а ребра (вершины) двугранных углов имеют общие точки внутри бункера с корпусом 1 и воронкой 2. Выше рассекателей 5 к внутренней поверхности корпуса 1 прикреплены равномерно расположенные ослабляющие элементы 6 в виде наклонных под углом α к горизонтальной плоскости параллельных между собой направляющих (ребер) для обеспечения самоскольжения сыпучего материала в сторону сборной воронки 2. Внутренняя поверхность полого в его верхней части затвора 4 и внешняя поверхность сборной воронки 2 снабжены тензодатчиками 7 для регистрации давления сыпучей среды в статике, связанными с системой управления затвором 4, предназначенной для регулирования выпуска среды из горловины 3 (на фиг. 1-3 система управления затвором не показана). Периметр сборной воронки и корпуса, кроме квадратной, может иметь форму окружности. В этом случае рассекатели 5 могут быть равномерно расположены вдоль окружности. С одной стороны, рассекатели 5 и ослабляющие элементы 6, поскольку они заглублены в сыпучую среду, выполняют роль концентраторов напряжений (см. книгу: Гастев В.А. Краткий курс сопротивления материалов. М. Наука, 1977, с. 66-70, 137-138). С другой стороны, поверхности и ребра рассекателей 5 и ослабляющих элементов 6 имеют угол α наклона к горизонтальной плоскости для обеспечения самоскольжения сыпучей среды при выпуске из бункера при открытом затворе 4 за счет нарушения ее равновесия под действием силы тяжести.

Полость верхней части затвора 4 соединяется внутренним каналом 8 хвостовика 9 с оперением 10, связанного с рукояткой 11 управления движением затвора 4 шарниром 12, с каналом внутри шарнира 12, переходящим в канал 13 внутри рукоятки 11, предназначенным для вывода и ввода проводов, коммутирующих тензодатчики 7 внутри затвора 4 с системой управления его движения. Оперение 10 хвостовика 9 служит его направляющими внутри горловины 3 при движении затвора 4 вверх. Рукоятка 11 имеет неподвижную опору 14, благодаря которой усилие Р, приложенное от исполнительного органа системы управления движением затвора 4 к концу рукоятки 11, передается с помощью рычага хвостовику 9, жестко связанному с затвором 4. Поперечное сечение F-F бункера представлено на фиг. 2, имеет форму квадрата, а в общем случае оно может быть любой формы и, в частности, в форме окружности.

На фиг. 3 представлена развертка внутренней поверхности корпуса бункера с поперечным сечением в форме квадрата со следами ослабляющих элементов 6 в виде параллельных наклонных направляющих (ребер) с углом α наклона к горизонтальной плоскости, обеспечивающим самоскольжение сыпучей среды в сторону сборной воронки 2. Если корпус 1 бункера имеет форму цилиндра, то ослабляющие элементы 6 на его внутренней поверхности образуют многозаходную винтовую линию, которая в развертке даст вид, представленный на фиг. 3, с углом α наклона их следов к горизонтальной плоскости.

Вариантом бункера может быть такой, в котором вместо наклонных ослабляющих элементов 6 (фиг. 1-3) включены ослабляющие элементы (ребра) 15 в виде призм с треугольным поперечным сечением, прикрепленных к внутренней поверхности бокового корпуса 1 параллельно горизонтальной плоскости с образованием двух противоположных рядов, смещенных по вертикали относительно друг друга так, что верхняя и нижняя грани двух смещенных по вертикали противоположных призм образуют плоскости 16 самоскольжения сыпучей среды в сторону сборной воронки под углом α (фиг. 4-5). Вид сверху на бункер (фиг. 4) показан на фиг. 5.

Третьим вариантом бункера (фиг. 6-9) может быть такой, в котором вместо ослабляющих элементов 6 или 15, прикрепленных к внутренней поверхности бункера, включен подрезающий инструмент 17 с возможностью поступательного перемещения с помощью тросов 18, 19, закрепленных в проушинах 20, 21 перекинутых через неподвижные блоки 22, 23 и 24. Блоки 24 шарнирно закреплены на кронштейнах 25, жестко связанных с поверхностью рассекателей 5. Сыпучая среда 26, находящаяся внутри бункера, имеет верхнюю границу 27, а после первичного этапа ее осыпания нижняя граница сыпучей среды займет одно из положений 28 или 29. На фиг. 7 приведен поперечный разрез Б-Б бункера на фиг. 6. В вариантном исполнении подрезающий инструмент 17 может быть оснащен дополнительными одинаковыми по форме ножами 30 и 31, расположенными друг к другу взаимно перпендикулярно, жестко закрепленными в краях подрезающего инструмента в форме квадрата (окружности) и в месте их взаимного пересечения (фиг. 8-9). Режущая часть дополнительных ножей 30 и 31 может иметь форму, кроме выпуклой, и другую, например выпукло-пилообразную.

Бункер работает следующим образом.

Первоначально он заполняется сыпучей средой до некоторого верхнего уровня с границей 27 (фиг. 6). Затем по показаниям тензодатчиков 7, расположенных на внутренней поверхности затвора 4 и имеющих связь с системой управления движением затвора 4 с помощью электровыводов по каналам 8 хвостовика 9, шарнира 12 и каналу 13 в рукоятке 11, а также тензодатчиков 7, расположенных на внешней поверхности сборной воронки 2, предварительно протарированных, определяют силу давления или давление сыпучей среды 26 на затвор 4 и поверхность сборной воронки 2. Согласно величине этого давления, зависящей также от скорости движения сыпучей среды, система управления движением затвора 4 передает команду исполнительному органу (например, электродвигателю или гидроприводу), связанному с концом рукоятки 11 и развивающему необходимую величину усилия Р, чтобы поднять затвор 4 на определенную высоту. Конец рукоятки 11, опускаясь вниз в качестве рычага, имеющего опору 14, передает усилие вверх своим другим концом, связанным шарниром 12 с хвостовиком 9, связанным жестко с затвором 4. При этом благодаря оперению 10, жестко прикрепленному к внешней поверхности хвостовика 9, осуществляется продольное перемещение затвора 4 по оси горловины 3. Сыпучая среда 26, высыпаясь в образовавшийся кольцевой зазор между затвором 4 и стенкой горловины 3, перемещается вниз, нарушая ее сложившееся равновесие. Постепенно нарушение равновесия сыпучей среды достигает установленных элементов-рассекателей 5 в виде двугранных углов, основания и вершины (ребра) которых имеют общие точки в внутренними поверхностями бокового корпуса 1 и сборной воронки 2. Углы наклона к горизонтальной плоскости у затвора 4 и элементов-рассекателей 5 (граней, ребер) выполнены одинаковыми и равными углу α, обеспечивающему самоскольжение сыпучей среды. Величина угла α самоскольжения устанавливается предварительными экспериментами для конкретной сыпучей среды.

Рассекатели 5 в случае использования бункера с поперечным сечением в форме квадрата, расположенные в углах этого бункера, одновременно служат защитой ребер сборной воронки 2 от критических напряжений, способных привести к разрыву ребер жесткости, устанавливаемых снаружи сборной воронки 2. Нарушение равновесия сыпучей среды 26 распространяется вверх от верхний точек рассекателей 5, вызывая ее движение вниз в сторону сборной воронки 2. Основными препятствиями осуществлению этого движения вниз являются сопротивления, возникающие на внутренней поверхности корпуса 1. К ним относятся трение и боковой распор среды. Трение уменьшают за счет специальных покрытий, т. е. добиваются некоторой минимальной величины. Боковой распор можно уменьшить за счет дополнительных ослабляющих элементов 6, закрепленных на внутренних боковых стенках бункера под углом α к горизонтальной плоскости, обеспечивающих самоскольжение сыпучей среды и берущих на себя часть вертикальной нагрузки, вызванной весом сыпучей среды, снижая тем самым величину бокового распора и величину сопротивления ее движению на стенках бункера. Основная масса сыпучей среды 26, находящаяся вне зоны действия ослабляющих элементов 6, своим весом давит вниз, вызывая ее скольжение в пограничном слое по параллельным направляющим ослабляющим элементам 6, опускаясь вниз в сторону сборной воронки, избавляя бункер от зависания сыпучей среды и возникающих в связи с этим сложностей его эксплуатации. Таким образом, благодаря введенным рассекателям 5 и ослабляющим элементам 6 добиваются поставленной цели исключения зависания сыпучей среды и повышения надежности при ее выпуске, используя ее потенциальную энергию без привлечения посторонних механизмов и энергии. Движение среды вниз при этом осуществляется равномерно без скачков, без волновых импульсов, способных вызывать трещины и разрушения. Выпуск среды из бункера прекращают по мере надобности, управляя усилием Р, передаваемым рукоятке 11 в верхнем направлении.

В случае выпуска среды после приостановки бункера операции повторяются по описанному выше. Описанный вариант бункера является оптимальным. Возможны и другие варианты, например, когда ослабляющие элементы (ребра) 15 представлены в виде треугольных призм, прикрепленных к внутренней поверхности бункера параллельно горизонтальной плоскости с образованием двух противоположных рядов, смещенных по вертикали относительно друг друга так, что верхняя и нижняя грани двух смещенных по вертикали противоположных призм образуют плоскости самоскольжения сыпучей среды в сторону сборной воронки (фиг. 4-5). При этом механизм движения сыпучей среды следующий. После начального выпуска сыпучего материала в нем происходит разбиение на блоки I-VII, которые будут захватываться движением вниз поочередно по плоскостям самоскольжения 16. Увеличивая количество ослабляющих элементов (ребер) 15, размещая их между приведенными на фиг. 4, добиваются дробления (нарезания) сыпучего материала на более мелкие по объему части (блоки) с тем же поочередным механизмом самоскольжения в сторону сборной воронки. В этом случае давление на дно сборной воронки 2 и внешнюю поверхность затвора 4 будет периодически меняться, что будет регистрироваться тензодатчиками 7 и соответственно ему будет работать система управления движением затвора 4.

При использовании вместо ослабляющих элементов подрезающего инструмента 17 (фиг. 6-9) порядок действий следующий. После выпуска начального объема сыпучего материала 26 с верхней его границей 27 образуется его зависание (сводообразование), например, по границам 28 или 29. Чтобы избавиться от него на некотором участке бункера, необходимо поднять инструмент 17 вверх. Это произойдет тогда, когда тензодатчики 7 укажут на снижение давления на поверхность сборной воронки 2 и поверхность затвора 4, после чего системой управления будет сформирована команда на опускание затвора 4 и подъем инструмента 17 под действием усилия F₁ с помощью тросов 18, закрепленных в проушинах 20 и перекинутых через блоки 22. Ослабленный контакт сыпучего материала со стенкой бункера на некотором ее участке под действием собственного веса подрезанного материала 26 вызовет его обрушение на дно сборной воронки 2, укажет с помощью тензодатчиков 7 на повышение давления и сформирует команду в систему управления на подъем затвора 4 на заданную величину. По мере падения давления на дно сборной воронки 2 сформируется команда на закрытие затвора 4 и подъем подрезающего инструмента 17 на следующем участке по высоте бункера, после чего операции повторяются до тех пор, пока материал 26 не будет полностью израсходован. После этого инструмент 17 необходимо опустить в крайнее нижнее положение над рассекателями 5. Для этого система управления формирует команду исполнительному органу на опускание усилием F₂ с помощью тросов 19, жестко связанных с проушинами 21 подрезающего инструмента 17 и перекинутых через неподвижные блоки 24 и 23. Блоки 24 шарнирно связаны с кронштейнами 25, которые прикреплены к рассекателям 5. В результате операции опускания инструмента 17 в крайнее нижнее положение бункер подготавливается к заполнению его сыпучим материалом 26 до верхней границы 27, после чего действия по выпуску сыпучего материала повторяются.

Инструмент 17 допускает варианты. Например, он дополнительно может быть оснащен одинаковыми по форме ножами 30 и 31, расположенными друг к другу взаимно перпендикулярно, жестко закрепленными в краях подрезающего инструмента с периметром по форме корпуса и в месте их взаимного пересечения, а их режущая часть имеет выпуклую или выпукло-пилообразную форму (фиг. 8-9). Такое выполнение режущего инструмента 17 в виде режущих секций уменьшает падающие объемы сыпучего материала на рассекатели 5 и осуществляет эффективное дробление и подрезание материала 26.

Предлагаемое изобретение позволяет избежать сводообразования и надежно производить выпуск сыпучего материала.

Формула изобретения

1. БУНКЕР ДЛЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА, содержащий корпус, сборную воронку с горловиной, дозирующую систему с затвором и расположенный в корпусе рассекатель, отличающийся тем, что он снабжен закрепленными на внутренней поверхности корпуса ослабляющими элементами и подрезающим инструментом, затвор выполнен полым, а его внутренняя полость и внешняя поверхность сборной воронки снабжены тензодатчиками для регулирования давления и выпуска сыпучего материала, при этом рассекатель состоит из расположенных по периметру сборной воронки элементов, имеющих форму двугранных углов, основания которых лежат соответственно на внутренних поверхностях воронки и корпуса.

2. Бункер по п.1, отличающийся тем, что ослабляющие элементы представляют собой наклонные к горизонтальной плоскости и параллельные между собой ребра для обеспечения самоскольжения сыпучего материала в сторону сборной воронки, расположенные равномерно выше рассекателя и прикрепленные к внутренней поверхности корпуса.

3. Бункер по п. 1, отличающийся тем, что ребра имеют в сечении форму треугольника и прикреплены к внутренней поверхности корпуса параллельно горизонтальной плоскости с образованием двух рядов, смещенных по вертикали относительно друг друга так, что верхняя и нижняя грани двух смежных ребер расположены в плоскости самоскольжения материала в сторону сборной воронки.

4. Бункер по п.1, отличающийся тем, что подрезающий инструмент расположен по внутреннему периметру корпуса с возможностью поступательного перемещения в соответствии с перемещением затвора.

5. Бункер по п.1, отличающийся тем, что подрезающий инструмент снабжен расположенными взаимно перпендикулярно ножами, жестко закрепленными в корпусе инструмента и в месте их пересечения, а их режущая кромка имеет выпуклообразную форму.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9