Бункеры и затворы для сыпучих материалов.
Питатели и дозаторы. Применение, подбор и расчет
Бункеры и затворы
Для устойчивой работы предприятия необходим запас сырья. Сыпучие материалы хранятся в бункерах, которые должны отвечать следующим требованиям:
· непрерывность потока и равномерность истечения материала при открытом затворе;
· обеспечение постоянной плотности материала независимо от степени заполнения бункера;
· отсутствие «мертвых зон».
Форма бункера определяется свойствами материала, для которого он предназначен (размер частиц, угол естественного откоса, физико-механические свойства и т. д.). Например, бункеры круглого сечения используются для хранения пылевидных, мелкозернистых веществ (сода, апатит, триполифосфат); квадратные и прямоугольные – для кусковых и слеживающихся материалов.
Для обеспечения гарантированного высыпания из бункера угол наклона конусной части должен быть на 5–10° больше угла естественного откоса материала. Чаще всего угол полураствора конуса составляет 30–45°.
Для устранения образования сводов используют электровибраторы (для налипающих веществ) или пористые плиты, через которые подают воздух для улучшения текучести материала. Объем бункера (м3) рассчитывается исходя из формулы
где G р – расход материала, кг/ч; ρн – насыпная масса; φ – коэффициент заполнения бункера, принимаемый обычно равным 0,85–0,9.
Для предотвращения самопроизвольного вытекания материала из бункера в тех случаях, когда не требуется точная дозировка, используются затворы. К затворам предъявляется общее требование: они должны открываться и закрываться при минимальных усилиях.
Типы затворов:
Ø откидной клапанный затвор – используется при необходимости полного опорожнения бункера; его конструкция представлена на рис.__, где 1 – горловина бункера, 2 – клапан, шарнирно закрепленный на горловине, 3 – трос с рукояткой для открытия (закрытия), 4 – противовес прижимающий;
Ø шиберный затвор – пригоден для регулировки, может устанавливаться горизонтально, вертикально и под углом;
Ø подпорный лотковый затвор – позволяет регулировать расход материала и перекрывать выпускное отверстие при заполненном бункере; при горизонтальном положении лотка материал находится под углом, меньшим угла естественного откоса, и ссыпание невозможно;
Ø секторные затворы – позволяют регулировать скорость высыпания материала.
Затворы изготавливаются с размерами отверстий 250×250–1000×1000 мм согласно ОСТ 22-625–73.
Дозаторы (питатели) сыпучих материалов
Многие авторы учебных пособий не разделяют понятие дозатора и питателя (Тетеревков, Криворот и др.)Дадим определение согласно пособию Хуснуждинова:
– дозаторы – устройства для автоматического отмеривания (дозирования) заданной массы или объема материала;
– питатели – устройства, осуществляющие регулируемую подачу насыпных и штучных грузов из загрузочных устройств к транспортирующим и перерабатывающим машинам и их дозирование.
Выбор типа дозатора определяется свойствами дозируемого материала, формой и размерами его частиц. По принципу действия дозаторы делятся на:
§ объемные;
§ весовые;
§ объемно-весовые, т. е. материал отмеривается по объему, а затем его масса доводится до необходимой на массоизмерительном устройстве.
Объемныедозаторы (питатели) осуществляют и функцию транспортировки материала. К их достоинствам относятся простота конструкции и эксплуатации; к недостаткам – низкая точность дозирования. Например, для пылевидных материалов с диаметром частиц менее 0,1 мм влажность колеблется от 0 до 18%, за счет чего ошибка в дозировании может достигать 10–50%, так как при изменении влажности материала изменяются и его свойства. В связи с этим объемные дозаторы применяют в тех случаях, когда не требуется высокая точность, в частности при подаче материала в сушилки, грануляторы, прокалочные печи и т. д.
Различают несколько типов объемных дозаторов (питателей).
Ленточный питатель представляет собой короткий ленточный конвейер, на который установлен расходный бункер. Высоту слоя материала регулируют шибером, количество подаваемого материала – скоростью движения ленты (0,08–0,40 м/с).
Количество подаваемого материала может быть рассчитано по формуле
G р = vB м h мψн,
где B м, h м – ширина и высота слоя материала на ленте (обычно B м = В – 0,1 м, где В – ширина ленты).
Пластинчатые питатели – аналогичны по конструкции ленточным, но вместо ленты используется бесконечная цепь, набранная из плоских пластин (звеньев) (подобно эскалатору метро). Расход энергии в 2 раза меньше, чем для ленточных питателей. Применяются для дозирования горячих и крупнокусковых материалов.
Шнековые (винтовые) питатели – используются для подачи пылевидных, зернистых горячих или гигроскопичных материалов, их производительность регулируется скоростью вращения шнека.
При заметной разности давлений в бункере и аппарате используют винтовые питатели с переменным шагом винта, благодаря чему создается пробка из уплотненного материала, препятствующая утечке газа. Количество подаваемого материала рассчитывается согласно формуле
G р = F S n φ С г ρн,
где F – площадь поперечного сечения винта, м2; S – шаг винта; n – частота вращения вала, с–1; φ – коэффициент заполнения питателя С г – коэффициент, учитывающий влияние угла наклона.
Обычно S = (0,8–1,3) D шн; для хорошо сыпучих материалов S = D шн, для плохо сыпучих и влажных материалов S = 0,8 D шн.
Частота вращения вала n = 
где А – коэффициент, учитывающий свойства материала (см. табл. 7.4, Тетеревков).
Коэффициент С г изменяется в пределах от 1,0 до 0,6 при изменении угла подъема от 0 до 20°.
Секторный (шлюзовый) питатель представляет собой барабан, разделенный радиальными перегородками на 4–12 ячеек и вращающийся со скоростью 0,3–1,0 с–1.
Дисковый (тарельчатый) дозатор (не является питателем) имеет манжету для регулировки толщины слоя материала на горизонтальном вращающемся диске. К его достоинствам относятся простота, точность и равномерность дозирования (отклонение составляет не более 2%).
Качающийся питатель снабжен качающейся тележкой, совершающей возвратно-поступательные движения: при движении тележки в одном направлении материал вытягивается из-под бункера, при движении обратно материал сбрасывается в воронку. Количество дозируемого материала регулируется величиной хода тележки S и частотой колебаний u. Качающийся питатель используется главным образом для дозирования кусковых материалов, таких как сильвинит, фосфоритные руды, известняк.
В последнее время широкое применение находят вибрационные питатели, используемые для пылевидных, зернистых и кусковых материалов. К их достоинствам можно отнести простоту и надежность в использовании. Такие питатели снабжены вибраторами (чаще всего электромагнитными, когда количество дозируемого материала регулируется изменением напряжения). Скорость движения материала по лотку составляет 0,1–0,3 м/с.
При выборе определенного типа питателя руководствуются свойствами, видом и размерами частиц дозируемого материала. Таблица применения питателей приведена в пособии А. И. Тетеревкова (см. табл. 7.6).
Весовые дозаторы (питатели) осуществляют дозирование материала по массе. По принципу действия подразделяются на:
o периодические, которые обеспечивают подачу доз заданной массы от нескольких граммов до 4000 кг через определенные циклы времени (обычно 20–90 с);
o непрерывные, подающие дозируемый материал постоянно с заданной скоростью.
По степени автоматизации различают следующие весовые дозаторы:
o ручные;
o полуавтоматические;
o автоматические, к которым относятся все дозаторы непрерывного действия.
По типу передаточных устройств, преобразующих сигнал в управляющий импульс, дозаторы весовые могут быть:
o механическими, в которых система рычагов передает уислие на заслонку;
o пневматическим, снабженными пневмопреобразователями (т. е. по изменению давления воздуха судят об изменении массы);
o электронными, где в качестве датчиков используются индукционные катушки и фотоэлементы.
Достоинством весовых дозаторов является их точность: погрешность измерения по паспортным данным составляет 0,5–4,0% от максимальной нагрузки.
Рассмотрим один из типов дозаторов – ленточный весовой дозатор с массоизмерительным роликом и встроенным дозатором.
В его конструкцию входят: весы с циферблатом; массоизмерительный ролик, связанный рычажным механизмом с весами; преобразующее устройство. Весы отрегулированы на определенное значение массы, при превышении или занижении которого сигнал подается на преобразующее устройство, вследствие чего изменяется скорость вращения ленты.
Более полные характеристики весовых дозаторов представлены в таблице 7.7 учебного пособия А. И. Тетеревкова.
В качестве примера рассмотрим также автоматический весовой дозатор периодический ДВ-100, который имеет расходный бункер, пружины, электровибрационный питатель, бункер весов, секционный затвор. В качестве электронного устройства используется электропотенциометр. При 80–90%-ом заполнении бункера весов скорость подачи материала снижается и при достижении заданной массы электровибратор автоматически отключается, одновременно с этим открывается секционный затвор. После высыпания материала цикл повторяется. Весь цикл взвешивания занимает от 30 до 60 с.