Устройство для выгрузки сыпучих материалов

 

Изобретение относится к хранению и разгрузке сыпучих материалов, в частности к бункерам, и может быть использовано в горно-добывающей, строительной, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Устройство для выгрузки сыпучих материалов включает бункер с нижним выпускным отверстием и сужающейся нижней частью и разделители потока, которые скреплены между собой и прикреплены к стенкам бункера. Нижний разделитель выполнен в виде конуса, каждый вышележащий разделитель представляет собой кольцо в виде усеченного конуса. Диаметр каждого вышележащего разделителя больше диаметра нижележащего, ось каждого разделителя совпадает с вертикальной осью бункера. Для определения размеров и местоположения разделителей, а также положения верхней границы сыпучего материал используют приведенные соотношения. В зависимости от размеров и местоположения разделителей осуществляется выгрузка сыпучего материала с различной верхней поверхностью. Изобретение обеспечивает сохранение в ходе выгрузки верхней поверхностью сыпучего материала горизонтального положения, а движение частиц происходит по всему объему бункера. 3 ил.

Заявляемое изобретение относится к области хранения и истечения сыпучих материалов, в частности к бункерам, и может быть использовано в горно-добывающей, строительной, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен способ выгрузки сыпучих материалов из вертикального бункера, заключающийся в увеличении эллипсоида выпуска путем рассечения потока. Бункер с нижним выпускным отверстием и сужающейся нижней частью, выбранный в качестве прототипа заявляемого устройства [А.с. СССР 1585259, В 65 G 65/30, В 65 D 88/64, 1990, БИ 30], содержит вертикальный плоский твердый активатор, который выполняет функцию разделителя потока и установлен на определенной высоте над выпускным отверстием.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает движения частиц сыпучего материала в объеме бункера. Это объясняется тем, что при истечении образуются два эллипсоида выпуска, и общая фигура выпуска увеличивается только в вертикальном сечении бункера, перпендикулярном пластине. Таким образом, внутри бункера образуются зоны, в которых частицы неподвижны, что приводит к возможности сводообразования и недостаточной интенсивности истечения.

Цель изобретения состоит в повышении интенсивности выгрузки сыпучего материала за счет обеспечения движения частиц по всему объему бункера.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для выгрузки сыпучих материалов разделители потока скреплены между собой стержнями и образуют общую конструкцию, которая прикреплена к стенкам бункера, при этом нижний разделитель выполнен в виде конуса, каждый вышележащий разделитель представляет собой кольцо в виде усеченного конуса, образующая которого имеет угол наклона к горизонту, равный или больший угла откоса сыпучего материала, причем диаметр каждого вышележащего разделителя больше нижележащего, ось каждого разделителя совпадает с вертикальной осью бункера, а размеры и местоположение разделителей определяют из соотношений.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показаны вертикальное поперечное сечение устройства и процесс выгрузки сыпучего материала с горизонтальной верхней поверхностью; на фиг. 2 показаны вертикальное поперечное сечение устройства и процесс выгрузки сыпучего материала с верхней поверхностью в виде конуса; на фиг. 3 показан узел I (сечение устройства, на котором указаны величины, необходимые для определения размеров и расположения разделителей).

Устройство включает в себя бункер 1 с нижним выпускным отверстием 2 и сужающейся нижней частью 3 и разделители потока, причем нижний разделитель 4 имеет форму конуса, а каждый вышележащий разделитель 5, 6 представляет собой кольцо в виде усеченного конуса, диаметр этих колец увеличивается, а их ось совпадает с вертикальной осью 7 бункера. Все разделители скреплены между собой, и образованная общая конструкция прикреплена к стенкам бункера стержнями 8.

Выгрузка сыпучего материала производится следующим образом (фиг.1 и фиг. 2). При открытии в бункере 1 выпускного отверстия 2 над ним формируется поток движущихся частиц. Этот поток нижним разделителем 4 разделяется таким образом, что в любом вертикальном поперечном сечении бункера образуются два потока 9 и 10. Вышележащий разделитель 5 обеспечивает деление этих потоков и образование потоков 11 и 12. Дальнейшее деление потоков 11 и 12 производится вышележащим разделителем 6, причем образуются потоки 13 и 14. Все потоки пересекаются, и образуется общий поток с увеличенными поперечными размерами, соответствующими размерам бункера. При выгрузке верхняя поверхность сыпучего материала 15 равномерно опускается, принимая положения 16-18. Описанная картина выгрузки одинакова в любом вертикальном поперечном сечении бункера.

Местоположение разделителя определяет скорости образующихся выше него потоков. Это позволяет управлять общей фигурой выпуска при различном положении верхней границы сыпучего материала. Сечение устройства, на котором указаны величины, необходимые для определения размеров и расположения разделителей, показано на фиг. 3.

Для последовательного деления потока может использоваться любое количество наклонных разделителей, расположенных друг выше друга. Угол наклона этих разделителей должен быть не меньше угла естественного откоса сыпучего материала γ. Последовательное разделение потока происходит, если расстояния между соседними разделителями по горизонтали а и вертикали h удовлетворяют условиям где d - крупность частиц сыпучего материала.

Известно, что скорости частиц в потоке тем меньше, чем выше от отверстия и дальше от вертикальной оси потока они находятся. Это позволяет управлять скоростями образующихся потоков и, следовательно, общей фигурой выпуска при различном положении верхней границы сыпучего материала. На фиг. 3 разделитель 5 расположен таким образом, что между его нижним торцом и осью потока 9 существует расстояние a₁. Это приводит к тому, что скорость потока 11 меньше скорости потока 9. Если нижний торец разделителя 5 располагается на оси потока и a₁=0, то скорости образующихся выше него потоков 9 и 11 равны (фиг.1).

Нахождение параметров общей фигуры выпуска связано с вычислением высоты столба сыпучего материала над каждым разделителем в зависимости от его местоположения. Эти вычисления производятся исходя из условия одновременности достижения выпускного отверстия частицами, находящимися на оси каждого потока, на поверхности сыпучего материала 15.

Будем считать известной высоту столба сыпучего материала для потока 9, подвергающегося делению, - H₁ (фиг.2). Расположение вышележащего разделителя 5, то есть расстояния h и а, определено из выражений (1). Для этих исходных данных определяется высота столба сыпучего материала для потока 11, образующегося за разделителем, - H₂: где a₁ - расстояние от торца разделителя до вертикальной оси эллипсоида, a₁=a-2d, причем а≥2d; Если нижний торец разделителя находится на оси потока, подвергающегося делению, и a₁=0, то величина H₂ находится как разность: H₂=H₁-h, то есть в данном случае скорости потоков равны и, следовательно, высота столбов сыпучего материала над разделителем с обеих сторон также равна.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Бункер высотой 2 м с шириной верхней части 1 м имеет диаметр выпускного отверстия 0,2 м. Сыпучий материал представляет собой частицы крупностью d=10 мм= 0,01 м с углом естественного откоса 45^o и коэффициентом разрыхления k_p= 1,5. Сыпучий материал имеет в бункере горизонтальную верхнюю поверхность (фиг.1).

Определяем расстояния между разделителями. Так как поверхность горизонтальная, то потоки с обеих сторон каждого разделителя должны иметь одинаковую скорость. То есть нижний конец разделителя находится на оси потока, подвергающегося делению, и расстояние между разделителями по горизонтали а равно расстоянию между разделителем и осью образующегося огибающего потока, a=2d=20 мм =0,02 м. Из условий h>20+42,4; то есть h>62,4 мм.

Принимаем h=100 мм=0,1 м.

Определяем расположение разделителей, считая а₁=a-2d=0; H₂=H₁-h.

1) Нижний (первый) разделитель 4 представляет собой конус радиусом R₁= 0,1 м и расположен на вертикальной оси бункера на высоте h=0,1 м от уровня выпускного отверстия 2.

2) Второй разделитель 5 расположен на высоте h=0,1 м над первым и представляет собой кольцо, выполненное в виде усеченного конуса, высотой l= 0,1 м, его образующая имеет угол наклона 45^o. Радиус нижней части разделителя R_2н= R₁+2d= 0,1+0,02=0,12 м, верхней части R_2в= R_2н+l•tg45^o=0,12+0,1= 0,22 м. Верхний конец разделителя расположен на высоте 0,3 м от уровня выпускного отверстия.

3) Третий разделитель 6 расположен на высоте h=0,1 м над вторым и представляет собой кольцо, выполненное в виде усеченного конуса, высотой l=0,1 м, его образующая имеет угол наклона 45^o. Радиус нижней части разделителя R_3н= R_2в+2d=0,22+0,02=0,24 м, верхней части R_3в= R_3н+l•tg45^o=0,24+0,1=0,34 м. Верхний конец разделителя расположен на высоте 0,5 м от уровня выпускного отверстия.

По мере выгрузки сыпучего материала горизонтальная верхняя поверхность 15 равномерно опускается по всему объему бункера, принимая положения 16-18.

Пример 2.

Бункер высотой 2 м с шириной верхней части 1 м имеет диаметр выпускного отверстия 0,2 м. Сыпучий материал представляет собой частицы крупностью d=10 мм= 0,01 м с углом естественного откоса 45^o. Сыпучий материал засыпан в бункер таким образом, что имеет верхнюю поверхность в виде конуса (фиг.2).

Принимаем расстояние между разделителями по вертикали h=100 мм=0,1 м. Определяем расположение разделителей, пользуясь формулами


Учитываем, что ось потока, огибающего разделитель, находится на расстоянии 2d=0,02 м от него.

1) Нижний (первый) разделитель 4 представляет собой конус радиусом R₁= 0,1 м, расположен на вертикальной оси бункера на высоте h=0,1 м от уровня выпускного отверстия. Ось потока 9, огибающего этот разделитель, расположена на расстоянии R₁+2d= 0,1+0,02=0,12 м от вертикальной оси 7 бункера. Высота столба сыпучего материала по оси этого потока H₁=2-0,1-0,12=1,78 м.

2) Второй разделитель 5 расположен на высоте h = 0,1 м над первым и представляет собой кольцо, выполненное в виде усеченного конуса, высотой l= 0,1 м, его образующая имеет угол наклона 45^o. Подбираем величину а₁ - отклонение разделителя 5 от оси потока 9. При a₁=15 мм=0,015 м

что соответствует реальной высоте потока 11 за вторым разделителем 5:
2-(0,1+0,1+0,1)-(0,1+0,02+0,015+0,1+0,02)=1,45 м.

Таким образом, второй разделитель имеет нижний радиус R_2н=R₁+2d+a₁= 0,1+0,02+0,015= 0,135 м; верхний радиус R_2в=R_2н+ l•tg45^o=0,135+0,1=0,235 м. Ось потока 10, огибающего второй разделитель, находится на расстоянии 0,235+2•0,01=0,255 м от оси бункера.

3) Третий разделитель 6 расположен на высоте h=0,1 м над вторым и представляет собой кольцо, выполненное в виде усеченного конуса, высотой l= 0,1 м, его образующая имеет угол наклона 45^o. Отклонение разделителя 6 от оси потока 10: a₁=15 мм=0,015 м, H₂=1,45 м, рассчитываем

Действительная высота столба сыпучего материала по оси потока 13 H₃=2-0,4-(0,37+0,02)=1,2 м, что приближенно равно рассчитанному значению.

Таким образом, третий разделитель имеет нижний радиус R_3н=R_2в+2d+а₁= 0,235+0,02+0,015=0,27 м; верхний радиус R_3в=R_3н+l•tg45^o= 0,27+0,1=0,37 м.

При выгрузке сыпучего материала его верхняя поверхность 15, имеющая вид конуса, выравнивается до горизонтальной, принимая положения 16-18, причем движение частиц происходит по всему объему бункера.

Использование предлагаемого устройства выгрузки сыпучих материалов позволяет увеличить фигуру потока до размеров бункера, управлять параметрами общей фигуры выпуска и обеспечить равномерное горизонтальное опускание верхней поверхности сыпучего материала, исключить образование неподвижных зон в бункере и сводообразование, что повышает интенсивность выгрузки.

Формула изобретения

Устройство для выгрузки сыпучих материалов, включающее бункер с нижним выпускным отверстием и сужающейся нижней частью, разделители потока, отличающееся тем, что разделители потока скреплены между собой стержнями и образуют общую конструкцию, которая прикреплена к стенкам бункера, при этом нижний разделитель выполнен в виде конуса, каждый вышележащий разделитель представляет собой кольцо в виде усеченного конуса, образующая которого имеет угол наклона к горизонтальной плоскости, равный или больший угла откоса сыпучего материала, причем диаметр каждого вышележащего разделителя больше диаметра нижележащего, ось каждого разделителя совпадает с вертикальной осью бункера, а размеры и местоположение разделителей определяют из соотношений

где а и h - расстояния между соседними разделителями по горизонтали и вертикали;
d - крупность частиц;
γ - угол естественного откоса сыпучего материала;
положение верхней границы сыпучего материала определяют из выражений

где Н₂ - высота столба сыпучего материала для потока, образующегося за разделителем;
Н₁ - высота столба сыпучего материала для потока, подвергающегося делению;
а₁ - расстояние от торца разделителя до вертикальной оси эллипсоида, а₁ = а-2d;

где k_р - коэффициент разрыхления сыпучего материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3