Метод расчета дозирующих устройств сыпучих материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 681.177.5:681.177.6(022)

С. Г. Кондратов;!, В. А. Лашков

МЕТОД РАСЧЕТА ДОЗИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: методика расчета, сыпучий материал, влажность, гранулометрический состав, дозирующее устройство.

На основании функциональных зависимостей основных физико-механических характеристик исследуемых сыпучих материалов от влажности и гранулометрического состава разработана методика расчета бункерных устройств для ряда предприятий химической и других отраслей промышленности.

Keywords: calculation method, the bulk material, moisture, particle size distribution, dispensing device.

On the basis offunctional dependences of the basic physicomechanical characteristics of researched loose materials on humidity and fractional structure the design procedure of bunker devices for lines of the enterprises chemical and other industries is developed.

Механизация и комплекснаяавтоматизация промышленности и транспорта во многом зависят от создания совершенных средств автоматического взвешивания и дозирования сыпучих материалов и жидкостей в химической, металлургической, угольной и пищевой промышленности, строительстве, железнодорожном, речном и морском транспорте, производстве стройматериалов и пластмасс.

В процессах измельчения, классификации, смешения сыпучих материалов используется больше количество аккумулирующих емкостей: питателей и дозаторов сыпучих материалов, одной из сложных задач расчета которых является определение конструктивных параметров выпускаемой части, примыкающей к технологическому оборудованию.

Процесс дозирования существенно зависит от физико-механических свойств сыпучего материала, поэтому их особенности имеют решающее значение при выборе всего комплекса дозирующих устройств. Конструктивные параметры питателей и дозаторов в значительной степени определяются сыпучестью материалов, критериями которой, прежде всего, служат так называемые сдвиговые характеристики -коэффициенты внутреннего и внешнего трения. Указанные характеристики, в свою очередь зависят от формы и размера частиц, влажности, слеживае-мости и гранулометрического состава материала, срока хранения в неподвижном состоянии, наличия статического электричества на частицах и ряда других факторов.

В литературе приводятся конструкции устройств для дозирования различных сыпучих материалов [1, 2]. Для исключения влияния сдвиговых характеристик на точность дозирования в работе [1] приводится конструкция содержащая бункер с рабочими телами и возбудитель колебаний в виде соленоида.

В работе [2] бункер имеет рабочую камеру, в нижней части которой на сетке расположена электромагнитна катушка, а вдоль стенок над рабочей камерой установлена пружина из ферромагнитного материала, соединенная с сеткой и корпусом бункера.

Указанные конструкции дозаторов имеют ограниченное применение, связанное в первую очередь с порционным истечением материала.

Для обеспечения непрерывного равномерного истечения материала было проведено комплексное исследование физико-механических характеристик:

коэффициентов внешнего (^ ) и внутреннего трения (Т), угла естественного откоса (а), диаметра сво-дообразования (Рс) - в зависимости от влажности и

гранулометрического состава азотнокислого натрия. Сдвиговые характеристики исследуемого материала определялись по методике, изложенной в работе [3, 4], дисперсность и гранулометрический состав - с помощью прибора 029М ГОСТ 6613-86[5], влажность - методом досушки. Измельчение материалов производилось в шаровой мельнице и дисмембрато-ре. Дисперсность измельченных солей оценивалась по средней крупности Ьср . При исследовании зависимости f = Ф(и,Ьср) в качестве ограждающей

поверхности использовались следующие материалы: сталь полированная, латунь, медь, алюминий. Угол естественного откоса материалов определялся по двум методикам изложенных в работах [6, 7], диаметр сводообразования определялся по методике, представленной в работе Р.Л.Зенкова [8].

Для получения функциональной связи коэффициентов внутреннего (Т) и внешнего (^) трения от влажности (У) и дисперсности (Ьср) экспериментальные данные были обработаны по методу Бран-дона и проведена статистическая оценка коэффициентов полученных математических выражений по методу наименьших квадратов.

Таким образом, задавшись необходимой влажностью и дисперсностью исследуемых сыпучих материалов, в пределах опытных данных, можно рассчитать с достаточной степенью точности значения коэффициентов (Т) и (^), которые в дальнейшем использованы в расчетах и заложены в алгоритм методики расчета диаметра выпускного отверстия в бункере загрузочного устройства.

Определение диаметров выпускных отверстий проводилось по следующим формулам: 1 - по формуле Зенкова

D =

2т0(1 + sin^).

Y

2 - по формуле Ричмонда

D = 2

c + 2x0cos^tg^1 Y y(1~ sin^)

3 - метод Дженике без трубообразования с использованием коэффициента истечения

0 = 0() • VI .

А • Y '

4 - по формуле Лукьянова

0 > 4х0(1 + в!П(), У '

где Э - размер выпускного отверстия; т0 - начальное сопротивление сдвигу; а - угол внутреннего трения; ( - угол внешнего трения; у - насыпная плотность; С - сцепление между стенкой и материалом; 0(() - безразмерная функция; VI - главное усилие.

Статистическое сравнение результатов, полученных расчетным путем, с опытными данными показало удовлетворительную сходимость.

Установлено, что метод Э.В. Дженике достаточно точно отражает закономерности изменения размеров выпускного отверстия в зависимости от влажности и гранулометрического состава материалов (уровень доверительной вероятности 0,95). Параметры выпускных отверстий, рассчитанные по методу Р.Л. Зенкова, в ряде случаев ближе к значениям, полученным экспериментально (уровень доверительной вероятности 0,98). Сравнительный анализ погрешностей результатов расчета для натриевой соли азотной кислоты по приведенным зависимостям представлен в табл.1.

Таблица 1 - Значения погрешностей при расчетах по известным формулам

Материал Формула

1 2 3 4

Азотнокислый натрий 0,0098 7,6456 0,0243 5,6748

Анализ результатов показывает, что для инженерных расчетов бункерных устройств при дозировании некоторых нитратов, с наименьшей погрешностью можно использовать формулу Р.Л. Зенкова.

На основании проведенных исследований было разработано бункерное устройство, с высокой точностью дозирования сыпучих материалов. Устройство содержит конический бункер с сосной цилиндрической рабочей камерой. На перфорированном днище камеры расположены магнитные тела, а снаружи рабочей камеры - электромагнитная катушка.

На внутренней поверхности камеры по спирали с зазором размещены полки, причем полки соседних витков спирали расположены на различных

образующих конического бункера, а полки витков спирали, расположенные через один витокотноси-тельно друг друга, размещены на одних образующих конического бункера.

С целью обеспечения равномерной текучести потока массы сыпучего материала, особенно, свлажностью и = 3-5% и дисперсностью С1ср < 70

мкм, полки подвергаются вибрации за счет магнитных тел, закрепленных на внутреннем краю полок пружинными спицами.

Полки, установленные на внутренней поверхности бункера по линии спирали с зазором между собой, расположены под углом наклона, равном углу естественного откоса дозируемого материала, что способствует направленному движению потока.

Благодаря разработанной конструкции и использованию при этом результатов расчета размеров выпускного отверстия было получено рациональное устройство бункера для дозирования сыпучих материалов, обеспечивающее стабильное и бесперебойное истечение дозируемого материала. Некоторые характеристики дозирующего устройства приведены в табл.2.

Таблица 2 - Технические характеристики устройства для дозирования сыпучих материалов

Объем бункера, м3 0,001

Угол наклона прерывистой перегородки, град 30-50

Расстояние между полками по высоте бункера, м 0,05

Диаметр выпускного отверстия, м 0,07

Сила тока, А 20-30

Масса дозируемого материала, кг 0,5

Таким образом, разработан алгоритм методики расчета бункерных устройств для ряда предприятий химической и других отраслей промышленности на основании функциональных зависимостей основных физико-механических характеристик исследуемых материалов от влажности и гранулометрического состава. Предложенный алгоритм расчета позволяет надежно и быстро рассчитать конструктивные особенности бункерных и дозирующих устройств.

Литература

1. Авт.свид. СССР 673854 (1976).

2. Авт.свид. СССР 805070 (1976).

3. Л.И.Карнаушенко,Дис. докт.техн.наук, Одесса, 1985. 350 с.

4. С.Г. Кондрашева, В.А. Лашков, Л.Г.Голубев, П.К. Кириллов, Вестн. Казан. технол. ун-та, 2, 148-158 (2005).

5. ГОСТ 6613-86. Стандартинформ, Москва, 28 с.

6. Л.Г.Голубев,Б.С.Сажин,Е.Р. Валашек,Сушка в химико-фармацевтической промышленности. Медицина,Москва, 1978. 272 с.

7. Ю.И. Макаров, Аппараты для смешения сыпучих материалов. Машиностроение,Москва, 1973. 326 с.

8. Р.Л.ЗенковМеханика насыпных грузов. Машинострое-ние,Москва, 1964, 360 с.

© С. Г. Кондрашева - к.т.н., доцент. каф. машиноведения КНИТУ, В. А. Лашков - д.т.н., проф., зав. каф. машиноведения КНИТУ, lashkov_dm@kstu.ru.

© S. G. Kondrashova - c.t.s., associate professor of the department of mechanical engineering of KNRTU, V. A. Lashkov - d.t.s., head of the department of mechanical engineering of KNRTU lashkov_dm@kstu.ru.