3. НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ УСТРОЙСТВ ДЛЯ
ХРАНЕНИЯ, ВЫПУСКА СЫПУЧИХ ГРУЗОВ И ОЧИСТКИ ЕМКОСТЕЙ
3.1. Емкости бункерно-силосного типа с боковым щелевым от-
верстием для выпуска сыпучих грузов
Анализ выпуска сыпучих грузов из бункеров со щелевым выпуск-
ным отверстием показал, что форма истечения относится к нормаль-
ной форме движения потока со всеми негативными явлениями, возни-
кающими в полости емкости: наличие застойных зон, образование
центрального канала и т.п. Использование в рассматриваемых бунке-
рах гравитационного выпуска возможно только на хорошосыпучих гру-
зах. Однако следует отметить, что бункера со щелевыми выпускными
отверстиями имеют значительный ресурс совершенствования, кото-
рый путем сочетания гравитационного и принудительного выноса из
полости емкости сыпучего груза позволяет эффективно функциониро-
вать им на среднесыпучих и трудносыпучих грузах. Наряду с этим мо-
жет быть увеличен полезный объем емкости за счет конструктивного
исполнения ее ограждений вертикальными стенками, вместо установ-
ленных под углом. Некоторые варианты оснащения бункеров со ще-
левыми выпускными отверстиями питателями с точной траекторией
движения рабочих органов могут повысить эффективность работы
бункеров на трудносыпучих грузах. Конструктивное исполнение щеле-
вых бункеров с односторонним и двусторонним истечением ограниче-
но прямоугольной формой с многократным превышением длины над
шириной, что сдерживает их применение из-за сложности сочетания с
другим оборудованием.
Предложенная нами конструктивно-технологическая схема боко-
вой разгрузки бункера по его периметру еще более усилила его пре-
имущества перед известными схемами (рис. 3.1). Подробное рассмот-
рение этой схемы истечения выявило следую-
щее. В отличие от движения к выпускному отвер-
стию по центральному каналу, в предлагаемой
схеме сыпучий груз перемещается вдоль ограж-
дающих конструкций по всему их периметру.
В классической схеме истечения движение
частиц груза происходит по центральному кана-
лу, ограждающие стенки которого состоят из со-
держимого бункера и являются частью застойной
зоны. Естественно, движение частиц по каналу
сопровождается трением о его стенки, т.е. внут-
ренним трением.
Застойной зоной в предлагаемой схеме яв-
ляется центральная часть емкости, а примыкаю-
щий к ее ограждающим конструкциям сыпучий
Рис. 3.1. Схема исте-
чения из бункера со
щелевым отверстием
по периметру дна
151
груз увлекается движением за счет сил тяжести. С уменьшением на-
сыпи сыпучего груза снижается объем застойной зоны, уменьшаю-
щейся в процессе выпуска до размеров конуса с углом, приблизитель-
но вдвое большим угла естественного откоса груза. Вид истечения в
предлагаемой схеме можно отнести к нормальному. Однако поток сы-
пучего груза ограничен с одной стороны стенками хранилища. Это су-
щественно расширяет возможности гравитационного выпуска. Поток
сыпучего груза не испытывает сжатия благодаря отсутствию сужаю-
щей его воронки, что способствует стабилизации процесса истечения
вследствие большей подвижности частиц в зоне выпуска. Следует от-
метить высокую технологическую надежность выпуска за счет боль-
шего объема одновременно движущегося сыпучего груза по перимет-
ру емкости. Локальное образование сводов в этом случае не может
дестабилизировать истечение по причине продолжающегося движе-
ния соседних зон выпуска, которые разрушают образующиеся своды
выносом частиц содержимого бункера из них.
Оснащение бункера со щелевым выгрузным отверстием затво-
ром по периметру его дна позволяет существенно расширить его
функциональные возможности и обеспечить соотношение площади
выпускного отверстия и сечения бункера вплоть до 1, чего невозможно
достичь другими конструкциями хранилищ. Использование затвора по
периметру бункера открывает новые возможности по восстановлению
сыпучести слежавшегося содержимого путем его извлечения с днища
с последующим измельчением.
Увеличением диаметра дна по сравнению с диаметром корпуса
бункера-силоса (или превышением размеров дна над размерами его
корпуса) можно нарастить по
его периметру косвенную за-
слонку, на которой разместить
питатель (скребковый для пря-
моугольного корпуса бункера
(рис.3.2), лопастной для цилин-
дрического (рис.3.3). Сочетание
косвенной заслонки и щелевого
выпускного отверстия по пери-
метру дна бункера обеспечива-
ет условие разуплотнения со-
держимого емкости при истече-
нии его из отверстия. Размеще-
ние привода, элементов креп-
ления рабочих органов питате-
ля на косвенной заслонке по-
зволяют обеспечить вынос их из
зоны контакта с сыпучим гру-
зом, что повышает надежность
Рис.3.3. Схема цилиндрического бун-
керного устройства с лопастным пита-
телем
Рис.3.2. Бункерное устрой-
ство со штанговым питате-
лем
152
работы бункерно-силосных систем в целом.
Устройство, изображенное на рис. 3.2, состоит из бункера 1, ра-
бочих органов 4, шарнирно закрепленных на штанге 2, выполненных в
виде отвалов-скребков, кольцевого затвора 5, предусмотренного по
всему периметру бункера, дна бункера 3. У половины отвалов-
скребков каждой штанги поворот за счет упоров ограничен в одну сто-
рону, у второй половины - в другую сторону. Это позволяет иметь в
полости бункера знакопеременное перемещение груза, способствую-
щее его истечению.
Скребки штанги вводятся через щелевое отверстие в полость
бункера. Для оперативного изменения ширины щелевого отверстия
предусмотрен кольцевой затвор по всему внешнему периметру бунке-
ра, ширина которого превышает максимальную ширину щелевого от-
верстия. Вертикальное перемещение его осуществляется автономно.
Бункерное устройство работает в следующем порядке. В бункер
загружается сыпучий материал (либо он засыпан). Груз, заполняя ем-
кость бункера, вытекает через щелевое отверстие на его дно по всему
периметру под углом естественного откоса. После этого устанавлива-
ется величина вертикального перемещения кольцевого затвора, кото-
рый размещается с зазором над торцами отвалов-скребков по пери-
метру бункера. При пуске приводной станции штанга совершает воз-
вратно-поступательное движение с величиной хода, предусмотренной
конструкцией привода. Рабочие органы побудителя сбрасывают разу-
плотненный сыпучий груз со дна «косвенной заслонки» на разгрузоч-
ный транспортер, стимулируя дальнейшее истечение его из полости
емкости. Направление перемещения груза скребком обусловлено ус-
тановкой упоров на штанге.
Исследование этого явления выявило, что высота насыпи не
влияет на качественные и энергетические показатели функциониро-
вания бункерных устройств. Это обусловлено тем, что гравитационное
истечение на последней стадии дополнено принудительным. Рабочие
органы побудителя работают в благоприятных условиях – вне полости
бункера - и счищают разуплотненный сыпучий груз. При этом пусковой
и рабочий моменты на приводе побудителя близки по своему значе-
нию. Частицы груза опускаются к щелевому отверстию вдоль стенок, а
не по центру бункера, с заменой трения внутреннего на внешнее. Со-
четанием гравитационного и принудительного выноса сыпучего груза
можно добиться оптимального режима функционирования как по каче-
ственным, так и по энергетическим показателям.
К существенному критерию оценки бункерно-силосных устройств
следует отнести наличие остатков сыпучих грузов в их полости после
завершения процесса опорожнения.
На выпуске органических и химических веществ их остаток в бун-
кере может служить очагом гниения, порчи для первых и химической
реакции для вторых, особенно при смене груза. Эти явления в конеч-
153
ном итоге приводят к зарождению и возникновению сводов. Поэтому
указанный критерий оценки особенно важен на выпуске компонентов
комбикорма. В связи с этим предлагается использовать рабочий ор-
ган, доходящий до середины емкости (см. рис.3.3). Исходя из мини-
мальных энергетических затрат на выпуск груза из бункера, высота
рабочего органа должна быть переменной (возрастающей от центра к
периферии бункера).
Оснащение дна цилиндрического бункера конусом со сводооб-
рушителем значительно расширяет возможности конструктивно-
технологической схемы на связных грузах путем селективного вклю-
чения сводоразрушителя от рабочих органов питателя (рис. 3.4).
Бункерное устройство (см. рис.3.4) состоит из рамы 1, оснащен-
ной неподвижной вертикальной осью 2, на которой в подшипниковом
узле размещен вращающийся диск 3 с установленными на нем с оп-
ределенным шагом рабочими органами 4, дна бункера 5, кольцевого
затвора 6, корпуса бункера 7, конуса 8, рыхлителя 9, причем лопасти
рыхлителя закреплены на вертикальном валу, проходящем через
вершину конуса. В случае вертикального перемещения в крайнее
верхнее положение при помощи рычага 10 лопатки рыхлителя выхо-
дят из зацепления с рабочими органами питателя. Кольцевой затвор 6
выполнен с возможностью вертикального перемещения по внешнему
периметру корпуса бункера на высоту, необходимую для обеспечения
заданной производительности, и имеет автономный привод для его
перемещения. Рабочие органы 4 вращаются над горизонтальной ча-
стью дна бункера и не входят в его полость.
Процесс выгрузки из данного бункерного устройства, заполнен-
ного компонентом комбикорма, происходит следующим образом.
Кольцевой затвор 6 выставляется на определенную высоту в соответ-
ствии с необходимой величиной подачи сыпучих грузов. Во время от-
крытия кольцевого затвора частицы груза высыпаются из щелевого
отверстия под углом естественного откоса на горизонтальную часть
дна 5, с которой сбрасываются рабочими органами 4.
Образование сводов происходит в зоне выпускного отверстия.
Образовавшийся свод опирается на конус и на ограждающие конст-
рукции (стенки емкости). Для того, чтобы лишить свод опоры предла-
гается использовать кольцевой затвор с возможность движения его по
вертикали.
Одно из таких устройств изображено на рис. 3.5. Оно содержит
корпус 1 и днище 2 с установленным на нем сверху конусом 3. Днище
2 емкости расположено со щелевым зазором 4 между ним и конусом.
Под днищем 2 емкости расположен диск 5 с лопастями 6, проходящи-
ми через зазор в полость емкости. Снаружи корпуса 1 емкости уста-
новлен кольцевой затвор 7 с боковым отверстием, перекрываемым
боковой заслонкой 8. Диск и затвор снабжены автономно работающи-
154
ми приводами. В днище емкости выполнен вырез 9, расположенный
под боковым отверстием кольцевого затвора.
Устройство работает следующим образом. Заполнение емкости
трудносыпучим грузом производится при опущенном кольцевом за-
творе 7 до лопастей 6. При выгрузке с помощью привода поднимают
кольцевой затвор 7 и вращением диска 5 осуществляют инициирова-
ние высыпания груза из емкости. При этом лопасти 6 разрыхляют
слежавшийся груз и выносят его через щелевой зазор за пределы
корпуса, а дальше по днищу 2 перемещают в вырез 9, через который
он выгружается в транспортное средство.
При образовании в емкости сводов вследствие слеживания груза
и дестабилизации его истечения производят дополнительное иниции-
рование высыпания за счет регулируемого открытия заслонки 8 на бо-
ковом отверстии в кольцевом затворе 7. При этом разгружаемый из
емкости материал, стимулируемый вращающимися лопастями 6, вы-
сыпается из отверстия (отверстий) в кольцевом затворе 7 непосредст-
венно в вырез (вырезы) 9 в днище 2 и падает в соответствующее
транспортное средство.
Бункеры с такими конструктивными элементами могут работать в
режиме загрузчика или дозатора. В последнем случае для расшире-
ния диапазона расхода размер щелевого отверстия между дном и
кольцевым затвором следует увеличить.
Практика свидетельствует, что даже хорошосыпучие грузы при
длительном хранении приобретают определенную слеживаемость.
Для восстановления их сыпучести достаточно определенного импуль-
са при выпуске. Как правило, для этой цели используются ударные на-
грузки по корпусу бункера или его конусной воронке. Для щадящего
режима работы бункеров (силосов) при длительном хранении мало-
связных грузов может быть использован рыхлитель на кольцевом за-
творе (рис. 3.6), который устанавливается в бункере, состоящем из
корпуса бункера 1, закрепленного на раме 8, по внешней поверхности
которого имеет возможность ограниченного перемещения в верти-
кальной плоскости кольцевой затвор 2. В нижней части последнего
при помощи шариковой обоймы 5 установлено, с возможностью вра-
щения, кольцо 4, с закрепленными на его внутренней поверхности
рабочими органами рыхлителя 6. Кольцо 4 имеет автономный привод
3 для вращения независимо от подъема кольцевого затвора, чем дос-
тигается селективность рыхления выпускаемого груза.
Процесс разгрузки представленного бункера протекает следую-
щим образом. В соответствии с необходимостью выбирается расход
груза в единицу времени при помощи фиксации кольцевого затвора 2
на определенной высоте. Под давлением столба содержимого бунке-
ра груз начинает истекать из выгрузного отверстия, конус дна 7 при
этом обеспечивает равномерное распределение потока по всему пе-
риметру емкости.
155
Исследованиями отечественных и зарубежных ученых установ-
лено, что стабильность выпуска сыпучих грузов во многом определя-
ется напряженным состоянием содержимого бункера, силоса. На сы-
пучий груз в полости емкости действуют горизонтальные и вертикаль-
ные силы, обусловленные силой тяжести насыпи. Для снижения на-
грузки на зоны, примыкающие к выпускному отверстию, используются
различные средства и методы, однако для связных грузов они мало
пригодны.
Отличительные особенности семейства щелевых бункеров со-
стоят в отсутствии выпускной воронки и наличии приспособлений
формирования изменения направления потока для его концентрации;
в использовании регулируемого бокового щелевого отверстия по пе-
риметру бункера, которым разделяется корпус и дно, а также в осна-
щении косвенной заслонкой по периметру емкости. На плоском дне
размещаются рабочие органы побудителя с приводом, расположен-
ным под его дном. Регулирование щелевого выпускного отверстия
может осуществляться кольцевым затвором, а сводообразование и
слеживаемость сыпучих грузов в полости бункера устраняться мас-
сивным сводообрушителем селективного включения от привода рабо-
чих органов побудителя. Рассматриваемое семейство бункеров обес-
печивает более полное использование потенциальной энергии насыпи
сыпучего груза для стимулирования истечения. При этом достигается
управляемое сочетание гравитационного и принудительного выноса
Рис.3.4. Цилиндрическое
бункерное устройство с
кольцевым затвором и
сводообрушителем
селективного действия
7
6
5
4
3
21
8
9
1
1 2
3
6
9
4
6
8
1
7
5 2
Рис. 3.5. Устройство
для выпуска
слеживающихся
трудносыпучих
грузов
1
2
3
8 7
6
5
4
Рис. 3.6. Схема бункера с
рыхлителем на
кольцевом затворе
156
груза из полости бункера, что позволяет значительно расширить воз-
можности функционирования бункерно-силосных систем, в том числе
и на трудносыпучих грузах.
Проанализировав форму истечения рассмотренного семейства
щелевых бункеров и бункерных устройств, можно отметить, что она во
многих случаях приближается к гидравлической форме движения по-
тока. Это характеризуется, прежде всего, движением частиц груза по
отношению к стенкам емкости, внешним трением частиц о поверх-
ность стенок и сохранением формы поверхности насыпи в емкости на
протяжении почти всего выпуска. При таком выпуске груз, обладаю-
щий большой связностью частиц между собой, имеет более сущест-
венные изменения поверхности насыпи по сравнению с исходным.
Значительным стимулирующим приемом процесса выпуска из
рассматриваемых типов бункеров является перемещение кольцевого
затвора. Импульс, полученный сыпучим грузом при манипуляции с
кольцевым затвором, обеспечивает исключение образования статиче-
ских сводов. Перемещением кольцевого затвора достигается получе-
ние большой площади выпускного отверстия – один из базовых при-
знаков гидравлической формы движения потока груза в полости емко-
сти. Особенно эффективным оказалось сочетание гравитационного и
принудительного выноса сыпучего груза из полости емкости, что мо-
жет быть достигнуто путем ввода в щелевое выпускное отверстие пе-
ремещающихся по точной траектории рабочих органов. Такое конст-
руктивное исполнение механизмов, стимулирующих выпуск, сущест-
венно снижает порог расхода сыпучих грузов по сравнению с бунке-
рами, в которых используется только гравитационное истечение, и по-
зволяет достичь режимов работы дозирующих систем.
В рассматриваемом семействе щелевых бункеров, силосов и
бункерных устройств появилась возможность решения важной про-
блемы - доступа к рабочим органам побудителя, транспортера-
питателя независимо от высоты насыпи в емкости, а локальное и
внутриполостное искусственное сводообразование позволило достичь
минимальных энергозатрат (в пределах 0,010…0,012 кВтч/т) на орга-
низацию выпуска сыпучих материалов. Это в 4…5 раз лучше показа-
телей энергопотребления зарубежных аналогов.
Появилась возможность установки в зоне выгрузки бесприводно-
го сводоразрушителя, который включается путем соединения его с
рабочими органами побудителя селективно, а работа его с учетом пе-
риода сводообразования может быть ориентирована на режим дози-
рования.
Таким образом, созданное семейство бункеров и бункерных уст-
ройств с боковым и донным выпуском, позволяет обеспечить ресур-
сосбережение в широком диапазоне физико-механических свойств
сыпучих грузов от хорошо- до трудносыпучих, от свеженасыпанных до
слежавшихся с возможностью восстановления сыпучести.
