CC BY
401
В. П. Сиваков, М. Ю. Голынский
РАЦИОНАЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ БУНКЕРА ЩЕПЫ
Ключевые слова: бункер, технологическая щепа.
Предложена рациональная конструкция бункера, состоящая из устройств для уплотнения технологической щепы в верхней части бункера и устройств для устранения сводообразования и обеспечения равномерного истечения технологической щепы из бункера. Применение специальных устройств повышает степень наполнения бункера и увеличивает скорость его опорожнения
Keywords: bunker, pulpchips.
The rational construction of bunker, consisting of devices for the compression ofpulpchips in overhead part of bunker and devices for the removal of svodoobrazovaniya and providing of even expiration ofpulpchips from a bunker, is offered. Application of the special devices is promoted by the degree offilling of bunker and increases speed of his
emptying
Основными режимами работы бункера для хранения технологической щепы являются режимы загрузки и выгрузки сырья. При загрузке необходимо уплотнять объем технологической щепы для увеличения массы щепы хранящейся в бункере. Для режима выгрузки нужно обеспечить равномерное истечение технологической щепы на тарельчатый питатель. Для интенсификации режимов работы бункера щепы была разработана его рациональная конструкция, представленная на рис. 1
Рис. 1 - Схема рациональной конструкции бункера: 1 - бункер; 2 - тарельчатый питатель; 3 -погружные виброактиваторы; 4 - коническо -цилиндрический выступ; 5 - виброактиватор; 6 -полостные мембраны; 7 - давление щепы в бункере при свободной засыпке; 8 - давление в бункере при виброуплотнении щепы погружными
виброактиваторами
Для эффективного уплотнения
технологической щепы при загрузке бункера установлены погружные виброактиваторы 3 [1]. Перед загрузкой виброактиваторы располагают в бункере на расстоянии около одного метра над выгрузочным днищем бункера. Выгрузочное днище бункера загружают технологической щепой при неработающих виброактиваторах. Виброактиваторы включают в работу, когда уровень сырья над ними достигнет одного метра. По мере наполнения бункера виброактиваторы поднимают вверх, сохраняя уровень
щепы над ними около одного метра. Виброактиваторы работают со
среднеквадратической частотой 16 Гц и виброскоростью до 40 мм/с. Такой режим работы значительно уменьшает крошение технологической щепы при виброобработке [2]. После заполнения бункера виброактиваторы отключают. Заполнение бункера технологической щепой при использовании погружных виброактиваторов увеличивается до 20% [3].
Для математического описания процесса
истечения сыпучего материала из бункера зададимся параметрами, характерными для бункеров, применяемых в ЦБП:
йэкв = 0,05 м - диагональ между двумя максимально удаленными точками частицы
технологической щепы;
д - коэффициент внутреннего трения, для щепы из осины он варьируется от 0,55 до 2,00;
наиболее часто принимает значение Ц = 0,9 ;
Я = 1,25 м - радиус выпускного отверстия
бункера.
Для бункеров, где размер частиц значительно меньше радиуса выпускного отверстия для расчета истечения сыпучего материала
используют приближенные формулы [4].
Высота наиболее часто образующегося
свода определяется по формуле:
у = р.р = 0.9.1.25 = 1.125! (1)
Минимальная высота свода:
Утт =Ц™, • К = 0.55. 1.25 = 0.6881 (2)
Эксцентриситет динамически
неустойчивого свода над отверстием равен
В = д/1 -ц2 =41 - 0,92 = 0,436 (3)
Эксцентриситет способствует разрушению свода. При эксцентриситете дуги поперечного сечения свода не равны между собой. Неравенство дуг приводит к тому, что сила от давления в сырье со стороны большой дуги выше, чем со стороны меньшей дуги поперечного сечения свода. Разность сил направлена к устранению эксцентриситета для приведения свода к симметрии (равенству дуг).
Выравнивание сил, происходящее при движении системы к равновесию, приводит к разрушению свода по большей дуге.
Максимальная скорость истечения определяется по формулам свободного падения с высоты у, как
Wмах = д/2• д .Ц. К = >/2 • 9.81 • 0,9 • 1.25 = 4,698м /с (4) Механизм движения частиц при выпуске их из отверстия предполагает истечение как результат свободного падения частиц после разрушения равновесного свода. Средняя скорость истечения должна быть равна половине максимальной, так как кривая, описывающая равновесный свод, подчиняется законам параболы.
W = 0^ах = 0.5. 4,698= 2,349м/с (5) Частота образования сводов определяется по формуле:
1,17 ^д^
.-
1 115.Ц2 ,
1 + , -2 . 'д
1 --2
1 -л/1 1.17 V9.81.1.25. 0,9
(6)
1.15. 0,92 , 1 + л/1 - 0,92 --------------1д------
1 - 0,92 1 -у11 - 0,92
26Гц
0.05.
1+
Периодичность сводообразования меньше 1с, что свидетельствует о том, что истечение технологической щепы из типовых бункеров происходит в условиях постоянного
сводообразования.
Для устранения сводообразования в нижней части выгрузочного днища устанавливают на тарельчатый питатель коническо - цилиндрический выступ 4 с виброактиватором 5 [5-8].
При выгрузке из бункера технологическая щепа под действием собственного веса перемещается по кольцевому зазору между стенками бункера 1 и коническо - цилиндрическому выступу 4 опускается на поверхность диска 2 и спускается на приемный лоток. При образовании сводов или медленном истечении технологической щепы включается виброактиватор 5. Вибрационная обработка разрушает сводообразования и ускоряет движение технологической щепы при разгрузке бункера.
Наиболее устойчивыми к разрушению являются своды при у1 располагающимся в интервале ут1П < у < у . Выступ виброактиватора расположен таким образом, чтобы его вершина пересекала зенит сводов, располагающихся между ут1п и у.
Коническо - цилиндрический выступ виброактиватора на тарельчатом питателе имеет угол конуса меньше угла естественного откоса насыпного материала, что предотвращает образование сводов, а вибрационное перемещение конической части выступа интенсифицирует скорость истечения насыпного материала.
Для предотвращения сводообразования и увеличения подвижности сырья при выгрузке в зоне перехода цилиндрической части бункера к конической устанавливают полостные мембраны 6 [9]. Полостные мембраны располагаются с углом 120° друг относительно друга в поперечном сечении бункера. В мембраны подается сжатый воздух, который увеличивает их объем. Образующая свода, опирающаяся на поверхность мембраны перемещает зенит свода на величину Деп. Это создает переменный эксцентриситет еп. Наличие переменного эксцентриситета уменьшает частоту образования сводов в объеме технологической щепы и увеличивает его подвижность. Для
интенсификации процесса полостные мембраны включают последовательно, что обеспечивает круговое перемещение эксцентриситета в
поперечном сечении бункера. Полостные мембраны приводят в работу только в режиме выгрузке сырья.
Уплотнение технологической щепы в срединной и верхней частях бункера не оказывает существенного влияния на режим выгрузки. При виброуплотнении объема технологической щепы в бункере погружными виброактиваторами щепа, расположенная в выгрузочном днище бункера не уплотняется. В выгрузочном днище бункера сохраняется такое же давление от выше
расположенной щепы как и при свободной засыпке
(рис. 2).
Рис. 2 - Эпюра давления технологической щепы на стенки бункера: 1 - давление щепы в бункере при свободной засыпке; 2 - давление в бункере при виброуплотнении щепы погружными виброактиваторами
Перепад давления, образованный повышенной плотностью объема технологической щепы между срединной частью бункера и верхней части выгрузочного днища, будет способствовать увеличению подвижности технологической щепы в бункере, так как щепа будет стремиться переместиться из зоны высокого давления в зону более низкого давления.
Применение в бункере дополнительных устройств повышает степень наполнения бункера, уменьшает простои технологического оборудования и увеличивает скорость наполнения варочного котла технологической щепой.
и
а
2
Литература
1 Пат. 64187 РФ, В 65 Б 88/64. Бункер / В.П. Сиваков, М.Ю. Голынский (Россия). - № 2006145086/22; Заявлено 18.12.2006; Опубл. 27.06.2007, Бюл. № 18.
2. Голынский М.Ю. Теория расчета вибрационного
уплотнения технологической щепы виброактиватором [Текст] / М.Ю. Голынский // Материалы VI всероссийской научно-технической конференции Ч.2 «Научное
творчество молодежи - лесному комплексу России» -Урал. гос. лесотехн. ун-т.-Екатеринбург, 2010. - С. 275.
3. Голынский М.Ю. Уплотнение щепы при вибрационной обработке [Текст] / М.Ю. Голынский, В.П. Сиваков // Целлюлоза. Бумага. Картон. - 2007. - №1 - С. 9.
4. Фиалков Б. С. Управление истечением сыпучести материалов [Текст]/ Б.С. Фиалков, В.Т. Плицын - Алма-Ата: Наука, 1982, 254 с.
5. Голынский М.Ю. Устройства для интенсификации выгрузки технологической щепы из бункеров [Текст] / М.Ю. Голынский // Сборник материалов VI Междунар.
науч.-техн. конф. « Урал промышленный - Урал полярный: социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса» - Урал. гос. лесотехн. ун-т.- Екатеринбург, 2007. - С. 199.
6. Пат. 57288 РФ, В 65 Б 88/64. Тарельчатый питатель /
В.П. Сиваков, М.Ю. Голынский (Россия). - №
2006107201/22; Заявлено 07.03.2006; Опубл. 10.10.2006, Бюл. № 28.
7. Голынский М.Ю. Модернизация тарельчатого питателя [Текст] / М.Ю. Голынский, В.П. Сиваков // Материалы III всероссийской научн.-техн. конф.
8. Голынский М.Ю. Установка виброактиватора для обрушения сводов технологической щепы [Текст] / М. Ю. Голынский, В. П. Сиваков // Вестник Московск. государ. универ. леса. Лесной вестник. - 2007. - №8- С. 162.
9. Пат. 58518 РФ, В 65 Б 88/64. Бункер / В.П. Сиваков, М.Ю. Голынский (Россия). - № 2006118842/22; Заявлено 30.05.2006; Опубл. 27.11.2006, Бюл. № 33.
©В. П. Сиваков - д-р техн. наук, проф., декан лесомеханического факультета Уральского госуд. лесотехнического университета, sivakov@usfeu.ru; М. Ю. Голынский - канд. техн. наук, доц. каф. детали машин Уральского госуд. лесотехнического университета, golynsk@rambler.ru.
