Бункера: назначение, классификация, составляющие элементы, расчет

3. Вопрос 37.   Бункера: назначение, классификация, составляющие элементы, расчет.

Бункера представляют собой емкости, предназначенные для кратковременного хранения сыпучих материалов. Их раз­мещают в начальном и конечном пунктах транспортирования, а также в местах перегрузки материала с одного транспортирую­щего устройства на другое. Их используют в качестве промежуточ­ных емкостей, обеспечивающих постоянство работы технологи­ческих агрегатов при неравномерном поступлении материалов.

Вместимость бункера зависит от срока хранения в нем ма­териала и производительности машин, которые он обслуживает.

Бункера выполняют сварными из листового металла, а в ста­ционарных установках железобетонными. Бункера небольшой вместимости временных установок могут быть деревянными. Не­большие бункера на строительстве могут быть передвижными.

Рисунок 3 - Схемы бункеров: а — пирамидального; б — призмопирамидального; в — конического;   г— цилиндроконического;   д — параболиче­ского; е— щелевидного

По форме различают бункера пирамидальные (рис. 3, а), призмопирамидальные (рис 3, б), конические (рис. 3, в), цилиндроконические (рис. 3, г), параболические (рис. 3, д) и щелевидные (рис. 3, е).

В параболических бункерах стенки работают только на рас­тяжение, и они наиболее экономичны; применяются преимуще­ственно в качестве хранилищ большого объема материала.

Загрузка бункеров производится сверху, а выдача мате­риала из них — снизу самотеком, через выпускные отверстия, размер которых зависит от гранулометрического состава материала и его физико-механических свойств (например, подвижности), а также от желательной скорости разгрузки.

Чтобы в бункер не попадали куски излишне большого раз­мера, прохождение которых через выпускное отверстие затруд­нено, бункер перекрывают решетками с ячейкой, соответствующей максимально допустимому размеру кусков.

Разгрузка бункера может происходить двумя способами — нормальным, при котором движется столб материала, находя­щийся над выходным отверстием и в торце его образуется воронка (рис. 4, а), или гидравлическим (рис. 4, б), при котором движется весь материал, находящийся в бункере, а торцовая поверхность остается плоской или становится волнистой. Послед­ний вид истечения имеет место только при разжиженных ма­териалах (жидких бетонах и растворах) или при усиленном сотря­сении стенок и хорошо подвижном материале, а также при кру­тых стенках бункера, когда угол их наклона превышает углы, под которыми находятся плоскости скольжения сыпучих материалов. При соответствующих условиях может быть и промежуточный (смешан­ный) вид истечения (рис. 4, в).

а)                            б)                             в)

Рисунок 4 - Схемы истечения материала из бункера

Пропускная    способность бункера

П = 3,6Fur,

где  F— площадь поперечного сечения выходного отверстия;

        u—скорость   движения (истечения) материала.

При нормальном истечении скорость (м/с) материала

где l — коэффициент истечения, определяемый опытным путем и зависящий от подвижности и гранулометрического состава материала l= 0,6 для хорошо сыпучих порошкообразных и зернистых материалов, l= 0,4 для кусковых материалов и l=0,22 для пылевидных и влажных порошкообразных мате­риалов), R=F/A—гидравлический радиус отверстия истечения, А -периметр отверстия.

При определении гидравлического радиуса принято считать, что площадь выходного отверстия уменьшается на площадь сече­ния типичного куска.

При гидравлическом истечении

где h — высота материала в бункере, м.

При этом истечении скорость материала переменная. Минимальную площадь (м²) сечения выходного отверстия определяют по эмпирической формуле

F=6,25(а_ср+ 0,08)² tg² j

где а_ср— поперечный размер типичного куска,м; j— угол внутреннего трения.

Для порошкообразных и зернистых строительных материалов (песка, гравия, цемента и др.) площадь сечения выходного от­верстия должна быть не меньше 0,3х0,3 м, т. е. равной 0,09 м².

Угол a наклона стенок бункера (рис. 5) определяют из условия свободного схода материала с ребра, связывающего две наклонные стенки. Материал, имеющийся на ребре, будет находиться в равновесии под действием веса G и силы трения Gf при условии, что G (sin q — f cos q) = 0. Следовательно, свобод­ный сход имеет место при

tgq ³ f ³ f_c/sin(b/2),

где q — угол наклона ребро; f_c/sin(b/2) — приведенный коэффициент тре­ния (здесь f_c— коэффициент внешнего трения материала о стенку бункера; b — угол между наклонными гранями бункера).

Рисунок 5 - Схема для определения угла наклона стенки бункера

Для квадратного бункера b =arctg 0,3525(c/h) (размеры с и h приведены на рис. 5); tg q = tg a/ и, следовательно,     a= arctg tgq.

Очевидно, что этот угол должен быть больше угла естествен­ного откоса материала в покое (a > r₁), т. е. для строительных материалов он должен находиться в пределах 45 ... 60°. Наклон следует делать минимально допустимым, так как с его увеличением уменьшается при данной высоте вместимость бункера.

Нормальная сила Т, действующая на устройства, перекры­вающие выходные отверстия бункеров, зависит от площади F (м²) сечения выходного отверстия, высоты столба материала h_м и его свойств. Для жидкотекучих материалов (жидкие бетоны и рас­творы)

Т = Fhrg,

где h — высота столба материала, м;  r  - плотность материала, кг/м³;    g — ускорение свободного падения.

При нормальных сыпучих материалах сила Т меньше, так как часть веса уравновешивается силами внутреннего трения между частицами материала. В этом случае для инженерных рас­четов можно принимать

Т = Fp == FpRg/(mf),

где р  - среднее вертикальное давление материала; R — гидравлический радиус выходного отверстия; т — коэффициент подвижности; f — коэффициент внутреннего трения.

В механике сыпучих тел коэффициентом подвижности назы­вают отношение давлений на рассматриваемой площадке — мини­мального бокового к нормальному:

Для бункеров с сыпучими материалами, опорожняемых каж­дый paз при разгрузке полностью, перекрывающие выходное отверстие устроиства целесообразно рассчитывать при действии силы

Т₁=КТ

- где коэффициент К= 1,5 ... 2,0 учитывает уве­личение силы сверх расчетной в период заполнения бункера.

Материал, засыпанный и бункер, обладает склонностью к об­разованию сводов (рис. 6), мешающих нормальной разгрузке. Для уменьшения сводообразования размер выходного отверстия следует принимать не меньше 3а_ср. Если своды все же образуются, то ликвидировать их можно искусственными мерами, например сообщением вибрации стенкам бункера или, в крайнем случае, шуровкой ломом.

    Рисунок 6 - Схема сводообразования