Способ контейнерного перемещения сыпучих материалов по трубопроводу

 

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к способу транспортирования сыпучих материалов с одновременным измельчением (в частности, рудной массы). Способ характеризуется тем, что при его осуществлении используют шаровые контейнеры, которые загружают на 50% их внутреннего объема. Скорость качения шаровым контейнерам задают такую, при которой происходит измельчение сыпучих материалов с одновременным их перемещением по трубопроводу. Изобретение позволяет повысить эффективность транспортировки сыпучих материалов по трубопроводу с одновременным их самоизмельчением. 1 ил.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к способу транспортирования сыпучих грузов, в частности рудной массы, с процессом одновременной обработки транспортируемого материала.

Известен способ транспортировки сыпучих материалов по трубопроводу, включающий загрузку контейнеров, введение в шлюзовую камеру, подачу сжатой рабочей среды, воздействующей на корпус контейнера (заявка 2000120337, 2.08.2000).

Известна установка для реализации этого способа, содержащая замкнутый грузовод, камеры загрузки и выгрузки контейнеров, пневмосистему подачи контейнеров (заявка 2000123651, 18.09.2000).

Известна также система трубопроводного контейнерного пневмотранспорта. Система включает в себя трубопровод с воздуходувными агрегатами и станциями погрузки и разгрузки контейнеров (заявка 93018062, B 65 G 51/00, публ. 1995 г. ). Способ, реализуемый с помощью данной системы, заключается в следующем. На станции погрузки контейнеры загружают и затем перемещают их по трубопроводу. Для перемещения контейнеров по трубопроводу используют воздуходувные агрегаты. Перед станцией разгрузки выполняют торможение контейнеров и затем их разгрузку.

Существенными недостатками этого способа являются высокая удельная энергоемкость и функциональная ограниченность за счет того, что энергия и время расходуются только на процесс перемещения контейнеров без выполнения дополнительных работ с транспортируемым материалом.

Задачей изобретения является повышение эффективности транспортировки сыпучих материалов за счет выполнения дополнительной операции - создания возможности их измельчения в процессе движения контейнеров от станции погрузки до станции разгрузки.

Поставленная задача решается тем, что в способе трубопроводного контейнерного перемещения сыпучих материалов, включающем загрузку контейнеров сыпучими материалами, перемещение их с регулируемой скоростью по трубопроводу с помощью воздуходувного агрегата, предлагается сыпучими материалами загружать шаровые контейнеры до 50% их внутреннего объема и при движении контейнеров по трубопроводу придавать им плоскопараллельное движение со скоростью качения, определяемой по формуле где ν₀ - скорость качения шаровидного контейнера, м/с; σ_д - динамическая прочность частиц сыпучего материала, МПа; ρ - плотность частиц сыпучего материала кг/м³.

Порядок реализации способа следующий.

Шаровидные контейнеры до 50% их внутреннего объема заполняют сыпучими материалами и герметизируют. На станции погрузки контейнеры загружают в трубопровод и с помощью воздуходувного агрегата перемещают их в продольном направлении трубопровода.

В результате контейнеры будут совершать плоскопараллельное движение, включающее в себя поступательное движение от основных воздуходувных агрегатов и вращательное движение. При этом шаровидные контейнеры должны развивать достаточно большие скорости качения, чтобы иметь значительные центробежные силы, воздействующие на частицы рудной массы внутри барабана и заставляющие эти частицы ударяться о поверхность контейнера и таким образом самоизмельчаться. Очевидно, что при малой величине диаметра катящегося контейнера гравитационная составляющая силы соударения будет мала по сравнению с центробежной составляющей, обеспечивающей самоизмельчение руды в контейнере. Задаем скорость качения контейнера, достаточную для получения центробежной силы соударения частиц рудной массы с внутренней поверхностью контейнера, обеспечивающей разрушение рудной массы.

Вращение рудной массы относительно центра шара порождает центробежную силу F_ц.б = mω²R, где m - масса частицы руды, R - радиус окружности, по которой движется частица, ω - угловая скорость ее движения. При столкновении с внутренней поверхностью сферы частицы руды подвергаются механическому давлению, что приводит к их дроблению.

Вращение контейнера вокруг его геометрического центра обеспечивается давлением сжатого воздуха вследствие того, что коэффициент трения качения К_тр.к. для пары сталь-сталь при радиусе контейнера r~1 м составляет 0,01, коэффициент трения скольжения для указанной пары намного больше. В результате возникает результирующий момент силы, обеспечивающий вращение шарового контейнера. Как следствие, отпадает необходимость в дополнительных воздуходувных агрегатах, создающих тангенциальный воздушный поток.

Эпюра скоростей точек поверхности катящегося контейнера имеет вид, показанный на чертеже.

Скорость точек меняется от нуля в точке Р до максимума в точке А. За среднюю скорость перемещения контейнера можно принять скорость ν₀ центра контейнера.

Эпюра скоростей является упрощенной и в какой-то мере суммирующей векторно скорости частиц рудной массы, соударяющихся как между собой, так и с внутренней поверхностью контейнера, перемещающегося со средней скоростью ν₀. Эту скорость определяем, поставив условием разрушение крупных частиц рудной массы внутри барабана при ударах о стенки катящегося контейнера.

Представим процесс соударения частиц рудной массы и стенки контейнера как процесс ударного воздействия на стенку бесконечно большого числа частиц единичного объема ω₁ = 1×1×1. Тогда кинетическая энергия движущейся частицы Т₁ с единичным объемом будет равна T₁ = T/ω₁, где T - полная кинетическая энергия, где m - масса частицы единичного объема.

Тогда
где ρ - плотность рудной массы. Согласно теории размерностей размерность T₁ будет

т. е. размерность Т₁ имеет размерность напряжения. Поэтому условием эффективного разрушения частиц при ударе о стенку контейнера будет неравенство

где σ_д - динамическая прочность частиц рудной массы.

Решив (2) относительно ν₀, получим

где ν₀ - скорость качения шаровидного контейнера, м/с;
σ_д - динамическая прочность частиц сыпучего материала, МПа;
ρ - плотность частиц сыпучего материала, кг/м³.

Указанные отличительные признаки: использование шаровых контейнеров; загрузка сыпучими материалами шаровых контейнеров на 50% их внутреннего объема; задание скорости качения шаровым контейнерам, при которой происходит дезинтеграция сыпучих материалов одновременно с перемещением их по трубопроводу, придают способу новое качество, заключающееся в повышении эффективности транспортировки сыпучих материалов по трубопроводу. Для реализации способа используют шаровидные контейнеры (сфероиды), имеющие крышку, через которую загружают полость контейнера, в результате загрузки примерно на 50% его объема создают условия перекатывания материала при движении контейнера, что и приводит к принудительному истиранию материала, доставляемого к месту его окончательной переработки (в случае руды), или для непосредственной сортировки и использования (как строительного материала).

Формула изобретения

Способ контейнерного перемещения сыпучих материалов по трубопроводу, заключающийся в загрузке контейнеров, перемещении их с регулируемой скоростью по транспортному трубопроводу с помощью воздуходувных агрегатов, отличающийся тем, что контейнеры шаровидной формы заполняют сыпучими материалами до 50% их внутреннего объема, и при перемещении по транспортному трубопроводу шаровым контейнерам придают плоскопараллельное движение со скоростью качения, определяемой из выражения

где ν₀ - скорость качения шаровидного контейнера, м/с;
σ_д - динамическая прочность частиц сыпучего материала, МПа;
ρ - плотность частиц сыпучего материала кг/м³.

РИСУНКИ

Рисунок 1