Бункер для сыпучих материалов для песка и других материалов

Бункера представляют собой емкости, предназначенные для кратковременного хранения сыпучих материалов. Их размещают в начальном и конечном пунктах  транспортирования, а также в местах перегрузки материалов 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 ее обслуживают.

Бункера выполняют сварными  из листового металла,  ав стационарных установках  железобетонными. Бункера небольшой вместимости временных установок могут быть деревянными.

По форме различают  бункера пирамидальные, призмопирамидальные, конические цилиндро-конические, параболические и щелевидные.

схемы бункеров

                               схемы бункеров

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

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 попали куски  излишне большего размера,  прохождение которых через  выпускное  отверстие затруднено, бункер перекрывают решетками с ячейкой, соответствующей максимально допустимому размеру кусков.

Разгрузка бункера может производиться двумя способами – нормальным, при котором движется столб материала, находящийся над  выходным отверстием и в торце его  образуется воронка, или гидравлическим, 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 (α > 45ᴼ + ϕ/2). При соответствующих условиях может  быть и промежуточный (смешанный)  вид истечения.

 схема истечения материала из бункера

        схема истечения материала из бункера

Пропускная способность бункера   П= 3,6 F vp,

Где F – площадь поперечного сечения выходного отверстия; v – скорость движения (истечения) материала.

При нормальном истечении  скорость (м/с) материала

v= k√3.2ꞡR=3.65λ √R,

где k – коэффициент истечения, определяемый опытным путем и зависящий от подвижности и гранулометрического состава материала Qλ=0.6 для  хорошо сыпучих  порошкообразных  и зернистых материалов, λ=0,4 для кусковых  материалов и λ=0,22 для пылевидных и влажных  порошкообразных материалов. R=FA 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

V =λ√2ꞡh=4.46λ√h,

Где, h – высота материала  в бункере, м.

При этом истечении скорость материала переменная.

Максимальная площадь (м2) сечения выходного отверстия  определяют по эмпирической формуле

F = 6.25 (nср + 0,08)2tꞡ2ϕ,

где, nср – поперечный размер типичного куска, м; ϕ – угол внутреннего трения.

Угол α  наклона стенок бункера  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 Gʃ  при условии, что G (sin0 — ʃ cos 0) =0.  Следовательно, свободный сход  имеет место при

tꞡ0>f>fс/sin(β/2),

где 0- угол наклона ребра; f= fс/sin(β/2) – приведенный коэффициент трения (здесь fc – коэффициент внешнего трения материала о стенку бункера;β – угол между наклонными гранями бункера).

Для квадратного бункера β=arctg0.3525 (c/h) размеры с  и h приведены на рисунке

схема определения угла наклона стенки бункера

схема определения угла наклона стенки бункера

tg 0 =tg α/√2 и, следовательно,

α=arctg√2tg0.

Очевидно, что этот угол должен  быть больше угла естественного откоса материала  в покое (α>p1).

Наклон следует делать максимально допустимым, так как с его увеличением уменьшается вместимость бункера.

Нормальная сила Т, действующая на устройства, перекрывающие выходные отверстия бункера, зависит от площади F (м2) сечения выходного отверстия, высоты столба материала hм и его свойств.

 

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; m – коэффициент подвижности; f – коэффициент  внутреннего трения.

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

m = 1+2 f2-2f √ 1+ f2.

Гидравлический радиус при квадратном выходном отверстии со  стороной В (м), R= B2/(4B)=0.25B. Следовательно,

T= B2pg 0.25B/0.175 ~14.2B3p.

При круглом выходном отверстии диаметром D R=πD2/(4 πD)=0.25D  и , следовательно,

T= 0.785D2pg0.25D/0.175=11D3.

Для бункеров с сыпучими материалами, опорожняемых каждый раз при разгрузке полностью, перекрывающие выходное отверстие устройства 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 в бункер, обладает склонностью к образованию  сводов,

схема сводообразования

                        схема сводообразования

мешающих нормальной разгрузке. Для уменьшения сводообразования размер выходного отверстия  следует  принимать не менее 3aср.  Если своды все же образуются, то ликвидировать их можно  искусственными мерами, например сообщением вибрации стенкам бункера или, в крайнем случае, шнуровкой ломом.