2.5. Распределители потока сыпучего
груза, поступающего в емкость
Существуют три наиболее распространенных способа заполне-
ния емкостей сыпучими грузами: струей, дождем и каскадом. У каждо-
го из этих способов есть свои достоинства и недостатки.
Наиболее простой, но и наименее предпочтительной является
загрузка компактной струей или самотеком. К основным недостаткам
этого вида заполнения относятся: сегрегация, неравномерное уплот-
нение груза и неполное использование объема хранилища.
Сегрегация груза наблюдается как на этапе свободного падения
груза, так и на поверхности образовывающейся насыпи вследствие
скатывания более крупных и тяжелых частиц груза к стенкам емкости.
Кроме того, образование насыпи снижает вместимость емкости
(рис.2.67).
Значительное уплотнение при компактной струе, прежде всего,
отмечается в нижних слоях насыпанного груза. При открытии выпуск-
ного отверстия происходит разуплотнение груза и скачкообразное пе-
рераспределение давления сжатия. Верхняя масса груза начинает
двигаться, образуя в процессе движения неустойчивые своды. В
110
результате дно емкости испытывает ин-
тенсивную нагрузку. При этом груз может
прекратить истечение, а для его возоб-
новления потребуются специальные
вспомогательные механизмы.
Для улучшения процесса загрузки
используются загрузочные устройства,
которые, несмотря на определенные за-
траты, в целом совершенствуют функ-
циональные параметры емкостей.
В случае загрузки рассредоточен-
ным потоком, т.е. с увеличением сече-
ния потока (загрузка дождем), наблюда-
ется более равномерная укладка частиц
груза, что приводит к увеличению вме-
стимости емкости, снижению расслоения
вследствие отсутствия насыпи. В этом
случае в начале процесса истечения давление на дно частично сни-
жается, днище емкости не испытывает внезапного дополнительного
давления при выпуске и дальнейшее истечение происходит более
равномерно.
Применение каскадных гравитационных спусков для загрузки ем-
костей позволяет достичь еще более равномерной укладки частиц и
плотности по всей высоте бункера, минимизировать сегрегацию. Этот
способ также способствует снижению пылеобразования и травмиро-
вания гранулированных грузов вследствие незначительной высоты
падения.
Существующие загрузочные устройства для сыпучих грузов
можно классифицировать по следующим признакам:
I. по объекту загрузки;
II. по виду груза;
III. по роду вспомогательных загрузочных устройств;
IV. по способу загрузки;
V. по назначению.
В развернутом виде классификация загрузочных устройств пред-
ставлена на рис. 2.68.
Наиболее распространенными являются гравитационные загру-
зочные устройства, так как они имеют простую конструкцию и не тре-
буют расходов на энергию привода. Вместе с тем им в большей мере
присущи отмеченные выше недостатки.
Для гравитационной загрузки сыпучих грузов с отсутствием
вспомогательных устройств, то есть компактной струей, применяют
конвейеры в различном конструктивном исполнении. Они могут быть
снабжены дополнительными устройствами (например, скребками),
обеспечивающими сброс груза с ленты в одну или несколько точек.
1
Рис.2.67. Схема загрузки
емкости компактной струей:
1- зона концентрации крупных и
тяжелых частиц груза, 2- не
используемый объем хранилища
2
111
Для очистки от металлических примесей используют магнитные сепа-
раторы; от твердых инородных примесей – пассивные отсекатели или
карманы с гребенчатыми улавливателями (рис. 2.69, а).
Загрузка при помощи нории также осуществляется струей, одна-
ко, несмотря на высокую производительность, это устройство имеет
более ограниченные функциональные возможности (рис. 2.69, б).
В качестве загрузчика кузовов транспортных средств, обеспечи-
вающего увеличение зоны действия и снижение потерь продукта при
загрузке нескольких емкостей, используется загрузочный рукав (рис.
2.69, в). Он состоит из шарнирно соединенных верхней и нижней труб.
Внутри верхней трубы находится винтовой транспортер.
Известно устройство для загрузки складов и различных транс-
портных и технологических емкостей, содержащее загрузочный патру-
бок, в нижней части которого закреплены две отводящие трубы с гоф-
рированными стенками (рис.2. 69, г). Благодаря этому, транспортиро-
вание груза происходит в двух или в одном направлении.
Рис.2.68. Классификация загрузочных устройств для хранилищ сыпучих грузов
возможные связи;
существующие связи
III. По роду вспомогательных загрузочных устройств
IV. По способу загрузки (применительно к пункту I)
Струей (1,2,3) Дождем (1,2,4,5) Каскадом (3)
С отсутствием
привода
С
комбинированным
приводом
С механическим
приводом
С пневматическим
приводом
С отсутствием
устройства
Хорошосыпучий Среднесыпучий Плохосыпучий
II. По виду груза
Комбинированный (1,2,3,4,5)
V. По назначению
Снижение насыпной
плотности
Увеличение вместимости
емкости
Снижение
сегрегации
Снижение
пылевыделений
ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
I. По объекту загрузки
1.Транспортные
средства
2.
Промежуточные
бункера
4.Отпускные
бункера
3. Силоса
5.Мобильные
емкости
112
Приспособлением, изображенным на рис.2.69, д, можно осуще-
ствлять заполнение емкостей большего горизонтального сечения.
Пластиковые цилиндрические трубы, соединенные между собой хому-
тами с пропущенным через них тросом, располагаются вертикально
или наклонно. Это позволяет осуществлять заполнение, например, с
верхней части бункера или здания; с причала в трюм сухогруза и т. п.
Гравитационный спуск, представленный на рис. 2.69, е, содержит
складывающийся гофрированный желоб, снабженный закрывающейся
заслонкой и приводом. Груз, попадая в желоб, по мере нагружения
растягивает его. При достижении грузом дна емкости от контакта от-
крывается заслонка, и подъемом желоба обеспечивается освобожде-
ние от груза. Вследствие малой высоты падения исключается разру-
шение целостных частиц (гранул) сыпучего груза.
Среди устройств, сни-
жающих плотность потока
падающего груза или осуще-
ствляющих заполнение ем-
кости дождем, заслуживают
внимания следующие конст-
рукции.
Конусные распредели-
тели используются для
уменьшения сегрегации гру-
за в процессе заполнения
емкости и для увеличения
равномерности заполнения.
Показанное на рис.2.70,
а устройство для распреде-
ления сыпучего груза имеет
конус с отверстиями и обе-
чайку с пазами, концентрич-
но расположенную с зазором
вокруг основания конуса. При
движении по конусу частицы
груза равномерно распреде-
ляются по его поверхности, и
часть их через отверстия на
поверхности конуса ссыпает-
ся в емкость, а часть, дос-
тигнув основания конуса,
распределяется по перифе-
рии емкости. Обечайка пре-
пятствует разлету крупных
частиц к краям емкости. В
результате такой подачи гру-
за в емкость исключается ко-
нусообразная форма насыпи,
1
3
2
а б
в г
д е
Рис.2.69. Загрузочные устройства с
концентрированным потоком: 1-
гребенчатый улавливатель; 2- отводящие
трубы; 3- шнековый транспортер
113
которая имеет место при сосредоточенной загрузке через патрубок,
или загрузке струей.
Гравитационное загрузочное устройство представлено на
рис.2.70, б и состоит из загрузочного патрубка и закрепленного на нем
при помощи хомута со стойками рассекающего конуса. Конус имеет
продольные вертикальные вырезы. При подаче груза его частицы,
контактирующие с поверхностью конуса, изменяют направление дви-
жения и распределяются по большему радиусу. Вырезы обеспечивают
частичное выпадение груза в центральной зоне.
Конструкция распределителя сыпучих грузов, изображенная на
рис.2.70, в, отличается от выше представленных тем, что переверну-
тый вершиной вниз конус является накопителем с выпускным отвер-
стием в нижней его части. Груз в процессе заполнения конуса частич-
но вытекает из отверстия, а часть пересыпается через края конуса,
сливаясь с частицами поступающего потока.
Приведенные выше устройства применимы для грузов разной
степени связности. Условием для их истечения будет являться размер
выпускного отверстия в нижней части перевернутого конуса. Оно
должно превышать размер возникающего динамического свода.
Для полного
использования
вместимости кузо-
ва вагона и рав-
номерного запол-
нения сыпучим
грузом по по-
перечному сече-
нию емкости мож-
но использовать
следующие уст-
ройства (рис.2.71).
Устройство, представ-
ленное на рис.2.71, а, работа-
ет следующим образом.
Загрузочный рукав 1 и
затвор-рассекатель 3 опуска-
ются тросом 6. После сопри-
косновения опорной центри-
рующей шайбы 2 с краями за-
грузочного люка опускание за-
грузочного рукава 1 прекраща-
ется. Затвор-рассекатель 3
проходит через люк емкости
под действием силы тяжести и
открывает выпускное отвер-
Рис.2.70. Конусные распределители
а б в
1
2
6
5
4
3 7
Рис. 2.71. Рассекатели потока сыпучих
грузов для транспортных средств:
а- цилиндрической формы, б-
прямоугольной формы
1
2
3
4
5
6
7
а б
114
стие загрузочного рукава 1. Направляющий рычаг 4 упирается в огра-
ничитель 5 и устанавливает затвор-рассекатель 3 в положении, сим-
метричном положению загрузочного рукава 1. Между стенками загру-
зочного рукава 1 и затвором-рассекателем 3 по всему периметру обра-
зуется равномерный зазор.
В процессе загрузки сыпучий груз подают в загрузочный рукав 1,
где частицы, падая, набирают скорость и ударяются о боковую по-
верхность затвора-рассекателя 3. Далее частицы скользят вдоль по-
верхности затвора-рассекателя, непрерывно изменяя направление
движения так, что в наиболее удаленной от оси симметрии точке они
приобретают скорость, направленную под расчетным углом к горизон-
ту, и отбрасываются к стенкам емкости, двигаясь вблизи крыши, что
обеспечивает заполнение углов между крышей и стенками емкости на
конечном этапе загрузки.
Уменьшить сегрегацию и динамическое уплотнение сыпучего гру-
за, полнее загружать вагоны-минераловозы позволяет использование
криволинейных разбрасывателей.
Разбрасывающее устройство (см. рис.2.71,б) состоит из направ-
ляющих элементов 1, опорных перекладин 2, оборудованных ограни-
чителями поворота 3, шарниров 4 и подъемных штанг 5 с упорами 6.
Посредством штанг устройство крепят к загрузочному рукаву 7. Шар-
нирное соединение перекладин 2 обеспечивает ввод разбрасывателя
через горловину загрузочного люка вагона.
Для введения разбрасывателя внутрь вагона загрузочный рукав
опускают вместе с устройством. В некоторый момент опорные пере-
кладины 2 опираются на края люка, распрямляются и разводят внутри
вагона нижние части направляющих элементов 1. К моменту полного
выпрямления опорные перекладины упираются в ограничители по-
ворота 3, опускание рукава 7 прекращается, и разбрасыватель прини-
мает рабочее положение.
Снижение степени сегрегации сыпучего груза достигается за счет
разделения потока груза на три части, из которых две крайние движут-
ся по симметрично расположенным направляющим элементам и отбра-
сываются к боковым стенкам вагона, а третья часть попадает в проме-
жуток между двумя профилированными поверхностями и заполняет се-
редину вагона.
Загрузочные устройства с применением привода также получили
широкое распространение (центробежные, дисковые, роторные раз-
брасыватели и др.).
На рис.2.72, а приведено устройство, состоящее из распреде-
лительного бункера, имеющего на боковой поверхности три ряда пря-
моугольных вырезов. Они расположены в шахматном порядке и слу-
жат для разгрузки бункера. В нижней части емкости на вертикальной
оси закреплены два ряда горизонтальных лопастей с возможностью
вращения. Попадая на лопасти, груз вызывает вращение оси, чем
115
достигается равномерное разбрасывание его частиц на большой
площади. Устройство может функционировать на грузах с разной сте-
пенью связности.
Для загрузки стационарных и передвижных емкостей использу-
ется устройство, содержащее вращающиеся на вертикальном валу
диски с кольцевыми перфорированными ограничителями (рис.2.72, б).
При вращении груз разгоняется центробежной силой в горизонталь-
ном положении и выплескивается через отверстия в ограждении. Раз-
ность диаметров дисков позволяет рассыпаться сыпучему грузу с раз-
ным диаметром в полости емкости. Увеличение полезного объема зо-
ны падения достигается изменением скорости вращения диска.
Немецкими инженерами предложена конструкция центробежного
разбрасывателя, представленная на рис.2.72, в. На вертикальном ва-
лу горизонтально закреплены диски с вертикально установленными
лопастями. Подача груза в емкость осуществляется одновременно с
вращением устройства. Груз, попадая на поверхность дисков, отбра-
сывается лопатками на расстояние, соответствующее диаметру коль-
ца. Тем самым достигается равномерное его распределение по всему
сечению емкости.
Последние две конструкции способны работать только на хоро-
шосыпучих грузах, так как связные грузы забивают отверстия и не да-
ют хода поступающему потоку груза.
Для обеспечения целостности гранулированного сыпучего груза,
а также для минимизации пылевыделения в результате длительного
падения частиц в высотных емкостях применяют каскадные спуски.
На рис. 2.73, а приведена схема комбинированного каскадного спуска.
В емкости под загрузочным раструбом крепится трос с расположен-
ными на нем пучками упругих элементов. В результате подачи сыпуче-
го груза в емкость, частицы его сталкиваются с упругими элементами
и теряют скорость при падении, при этом изменяется прежнее на-
правление движения. В результате частицы груза не только сохраня-
а б в
Рис.2.72. Распределители сыпучего груза в емко-
сти с наличием привода
а б
Рис. 2.73. Загрузочные
устройства с каскад-
ными спусками
116
ют свою целостность, но и располагаются в емкости хаотично, не об-
разуя ярко выраженных насыпей.
Для повышения уровня механизации погрузочных работ с легко-
повреждаемыми грузами может быть использовано устройство, со-
стоящее из бункера-накопителя и загрузочного желоба переменной
длины (рис.2.73, б). С внутренней стороны на нем смонтированы в
шахматном порядке наклонные полки. На корпусе бункера закреплены
барабаны, на них наматываются ленты, из которых состоит загрузоч-
ный желоб. При разматывании лент с барабанов они образуют трубу,
опускаемую в кузов транспортного средства или другую емкость, и за-
крепляются фиксаторами. По мере заполнения длина лент уменьша-
ется. Это позволяет снизить высоту падения груза как внутри желоба,
так и после выхода из него.
Для заполнения высотных емкостей применяют конструкцию,
расположенную вдоль всей ее высоты, выполненную в виде наклон-
ных патрубков, закрепленных своими концами друг с другом переход-
ными коленами (рис.2.74). В патрубках выполнены вырезы, с помо-
щью которых груз высыпается наружу в результате заполнения полос-
ти трубы и распола-
гается внутри емко-
сти под углом есте-
ственного откоса.
Такая конструкция
сокращает высоту
свободного падения
частиц сыпучего
груза и способству-
ет борьбе с сегре-
гацией. Указанное
приспособление не
извлекается после
окончания загрузки,
что является суще-
ственным недостат-
ком, так как служит
опорой для образо-
вания сводов и мо-
жет препятствовать
выпуску груза из
емкости.
Для техноло-
гических линий ис-
пользуются каскад-
ные спуски сыпучих
грузов с возможно-
Рис.2.75. Устройство каскадного спуска
сыпучих грузов:
1- полог для снижения скорости
движущихся частиц
Рис.2.74. Рас-
пределитель
сыпучего груза в
полости силоса
117
стью смешивания нескольких компонентов (рис.2.75). При этом части-
цы груза подвергаются постоянному торможению специальными поло-
гами. Тем самым достигается сохранность гранулированных частиц
груза от набирания ими разрушительной скорости.
Из анализа приведенных выше конструкций можно сделать вы-
вод, что распределители поступающего в емкость потока имеют
большое разнообразие в конструктивном исполнении, разные цели
применения и предназначены для грузов любой связности.
