Зенков Р.Л., Гриневич Г.П. - Бункерные устройства

ПРЕДИСЛОВИЕ
Комплексная механизация и автоматизация производственных процессов, осуществляемая в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и на транспорте, предусматривает применение машин и устройств, среди которых важное место занимают бункеры, силосы и силосы-резервуары.
В решениях XXV съезда КПСС предусматривается последовательное осуществление перехода от создания и внедрения отдельных машин и технологических процессов к разработке, производству и массовому применению высокоэффективных систем машин, оборудования, приборов и технологических процессов, обеспечивающих механизацию и автоматизацию всех процессов производства и, особенно, вспомогательных, транспортных и складских операций; улучшение качества выпускаемых машин, оборудования и приборов, повышение их технического уровня, производительности и надежности. Создание законченных систем машин и приборов позволит комплексно механизировать и автоматизировать весь технологический цикл — от поступления сырья до отгрузки готовой продукции.
Бункеры, силосы и специальные силосы-резервуары являются основными хранилищами сыпучих грузов. Их широко применяют в производственных технологических процессах и поточно-транспортных системах перемещения в виде приемных, перегрузочных, аккумулирующих, промежуточных и погрузочных устройств. В связи с решением о развитии бестарных насыпных грузов в специальном подвижном составе с гравитационной или пневматической загрузкой и разгрузкой-значительно повысилась роль бункерных и силосных устройств.
При бестарных перевозках и хранении насыпных грузов снижается в 3—5 раз стоимость перевозки одной тонны груза, уменьшается в 3—4 раза стоимость погрузочно-разгрузочных работ, обеспечивается комплексная механизация и автоматизация этих работ, сокращаются в 5—10 раз потери груза, уменьшается в 2 раза и более стоимость сооружения хранилищ и потребность в площади для их строительства, ликвидируются расходы на тару, расфасовку и упаковку груза. Надежность и эффективность комплекса машин, оборудования, бункерных и силосных устройств зависит от их параметров и режима эксплуатации.
Глава I
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕХАНИКИ НАСЫПНЫХ ГРУЗОВ
СВОЙСТВА НАСЫПНЫХ ГРУЗОВ
Гранулометрический состав (кусковатость) насыпного груза характеризует количественное распределение частиц (кусков) по крупности. Крупность определяется наибольшими линейными размерами частиц груза (рис. 1). Для определения гранулометрического состава из массы насыпного груза берут пробу в разных частях штабеля. Чтобы состав пробы соответствовал усредненному составу груза, вычерпнутые порции перемешивают и сокращают до требуемого объема пробы.
Вычерпывают порции груза со дна ямок глубиной 0,5 м, вырытых на свободной поверхности насыпного груза и расположенных с шагом, равным 2 м, по всей поверхности штабеля вдоль и поперек его. Масса вычерпываемых порций зависит от крупности типичных кусков (частиц) груза и растет с увеличением крупности: для мелкофракционных грузов масса пробы равна 1, для мелкокусковых 2, для среднекусковых 3—4 и для крупнокусковых 5 кг.
Такие же по размеру порции берут из потока движущегося груза, причем входное отверстие приемного сосуда должно полностью охватывать поперечное сечение потока. Отобранные порции насыпного груза перемешивают способом кольцевания, названным так потому, что вначале все порции укладывают в виде широкого кольца на горизонтальный помост.
Затем двое рабочих перебрасывают порции груза в центр кольца, образуя общую коническую кучу (при большом объеме порций эта работа может выполняться одноковшовым погрузчиком). Груз из конической кучи снова раздвигают и формируют в виде первоначального кольца. Процесс повторяется не менее 3 раз. Сокращают пробу квартованием или вычерпыванием. При квартовании коническую кучу делят доской на четыре сектора: два противоположных сектора удаляют, а два оставшихся соединяют в общую коническую кучу. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнут требуемый объем пробы.
Способ вычерпывания применяют при взятии пробы мелкофракционных материалов. Он заключается в следующем: отобранную пробу распределяют ровным слоем по горизонтальному настилу и с помощью рейки на поверхность слоя наносят квадратную сетку. Из каждого квадрата берут небольшую порцию груза по всей толщине слоя, и из этих порций составляют пробу. Если объем пробы велик, то процесс вычерпывания повторяют.
Гранулометрический состав взятой пробы определяют методом просеивания насыпного груза через ряд сит с постепенно увеличивающимися отверстиями. Часть пробы, прошедшая через сито, называется выходом снизу, а часть, оставшаяся на сите, — выходом сверху. По данным ситового анализа строят график, характеризующий состав насыпного груза по крупности кусков. На рис. 2 показана сплошная кривая гранулометрического состава насыпного груза с размерами максимальных кусков — 100 мм и минимальных — 10 мм.
Влажность насыпного груза определяется просушиванием при температуре +105° С с периодическим взвешиванием пробы. Просушивание продолжается до тех пор, пока не наступит постоянство массы.
Влага, удаляемая при просушивании, состоит из внутренней, впитываемой частицами насыпного груза из окружающей атмосферы (гигроскопическая влага), и внешней, покрывающей частицы насыпного груза в виде пленок (пленочная или молекулярная влага) и заполняющей поры между частицами (гравитационная, или свободная, влага).
Грузы воздушно-сухие (естественной влажности) не содержат внешней влаги. Сырые грузы содержат пленочную влагу, а мокрые — гравитационную (свободную).
Сыпучесть грузов характеризуется зависимостями предельных касательных напряжений от давления в толще насыпного груза. График предельных касательных напряжений (рис. 3) строят по результатам испытаний насыпных грузов на трибометре, схема которого показана на рис. 4.
Желоб 1 и рамку 2 заполняют насыпным грузом; порцию материала, лежащую в рамке 2, прижимают к материалу в желобе / прижимными пластинами 3. Рамка катками 5 опирается на направляющие 6. Она соединена с грузовой чашкой 4 шнуром, перекинутым через отклоняющий блок. На грузовую чашку ставят гири. Под их тяжестью рамка движется, и происходит срез материала.
Липкость. Влажные мелкофракционные грузы прилипают к стенкам бункеров в результате молекулярного взаимодействия пленок жидкости, покрывающей частицы насыпного груза, с материалом стенок сосуда. Некоторые сухие грузы также обладают свойством липкости (мел липнет к дереву, тальк и сера — к стали).
Коррозийность. Влажные насыпные грузы (зола, песок), а также некоторые сухие грузы, химически взаимодействующие с материалом стенок бункеров (селитра аммиачная, солод, соль поваренная и т. п.), вызывающие коррозию стенок бункеров, называют коррозийными.
Абразивность. Насыпные грузы, истирающие стенки спускных лотков и бункеров, рабочие органы затворов и питателей называют абразивными. К ним относятся апатитовый концентрат, боксит, бура, зола, кокс, окиси алюминия и кремния, руда, формовочная земля, цемент и др. Умеренно абразивными являются каменный уголь, зерно. Неабразивные грузы (чистый картофель) могут приобрести свойства абразивное™ при загрязнении песком и другими абразивными примесями.
Хрупкость. К хрупким относятся насыпные грузы, частицы которых легко подвергаются разрушению (дроблению) в процессе перемещения, погрузки и выгрузки. Хрупкими грузами являются кокс, антрацит, семенное зерно и т. п.
Самовозгораемость — свойство некоторых насыпных грузов загораться под действием тепла, выделяющегося при протекании в них химических процессов. К самовозгорающимся грузам относятся влажные уголь, опилки, стружки и щепки древесные, карбид кальция, сера, промасленные металлические опилки и т. п.
Взрывоопасность. Кроме собственно взрывчатых веществ (порох и т. п.) к взрывоопасным относятся грузы, выделяющие пыль, способную взрываться (крахмал, мука, опилки древесные, зерно, уголь и т. п.), а также грузы, образующие взрывчатые смеси с другими материалами (селитра, бертолетова соль).
Гигроскопичность. Грузы, склонные впитывать атмосферную влагу (соль поваренная, селитра аммиачная, опилки сухие древесные, сульфат натрия технический, суперфосфат и др.), носят название гигроскопических.
Ядовитость. Кроме ядовитых грузов (свинцовые белила, мышьяковистокислый калий, соли мышьяка и порошкообразный мышьяк, фтористый натрий, семена клещевины и др.), к вредным для здоровья рабочих, обслуживающих бункерные устройства, относятся пылящие грузы, способные вызывать заболевания глаз, органов дыхания и нервной системы (известь хлорная, криолит пылевидный, цемент и т. п.).
КЛАССИФИКАЦИЯ НАСЫПНЫХ ГРУЗОВ
Насыпные грузы классифицируются по гранулометрическому составу (размеру кусков), объемной массе, сыпучести и влажности. По соотношению между размерами кусков насыпные грузы делятся на рядовые и сортированные. К рядовым грузам относятся такие, у которых размер .наибольшего куска превышает размер наименьшего куска более чем в 2,5 раза. Если отношение указанных размеров равно или меньше 2,5, то грузы относятся к категории сортированных.
По крупности кусков (частиц) насыпные грузы делятся на особо крупнокусковые (размер типичного куска d > 400 мм), крупнокусковые , среднекусковые, мелкокусковые, крупнозернистые, мелкозернистые, порошкообразные  и пылевидные.
Зернистые, порошкообразные и пылевидные грузы носят название мелкофракционных. По объемной массе ум насыпные грузы делятся на легкие, средние, тяжелые  и весьма тяжелые.
По свойству сыпучести грузы делятся на хорошосыпучие и плохосыпучие, или связные. Связные грузы, т. е. имеющие внутренние связи между частицами, образуют вертикальный откос ограниченной высоты. Хорошосыпучие грузы вертикального откоса не образуют. К хорошосыпучим грузам относится сухой песок, а к связным — влажный разрыхленный глинистый грунт.
По степени увлажнения насыпные грузы делятся на влажные (мокрые, сырые), естественной влажности (воздушно-сухие), сухие.
СЛЕЖИВАЕМОСТЬ, СМЕРЗАЕМОСТЬ И СВОДООБРАЗОВАНИЕ
Грузы, теряющие подвижность частиц при длительном хранении, называются слеживающимися, например глина, известь, флотационный колчедан, порошкообразные окиси цинка и кремния, сода, снег, цемент и т. п.
При повышенной влажности особенно склонны к слеживанию сахарный песок, каменная соль. Хранение в течение нескольких суток связных грузов вызывает увеличение начального сопротивления сдвигу в 5—8 раз; хорошосыпучие грузы (сухой песок), не имеющие начального сопротивления сдвигу в обычном состоянии, при долгом хранении приобретают начальное сопротивление сдвигу порядка 150—200 Па.
При отрицательной температуре окружающей среды хранение влажных гузов сопровождается смерзанием. Смерзаются бокситы, глина, гравий, загрязненный глиной; разрыхленный грунт, руда, коксовая мелочь, песок, серный колчедан, уголь, шлак, концентраты, флюсы. Смерзание усложняет погрузку и выгрузку грузов.
При перевозке черной и цветной руды, угля, бокситов и серного колчедана для предотвращения смерзания рекомендуется применять негашеную известь, поваренную соль, древесные опилки, солому, камыш, отходы сена, торфяную мелочь. Известь и соль надо рассыпать ровным слоем по полу вагона, а затем пересыпать ими отдельные слои груза через каждые полметра высоты. Применяемые для послойной пересыпки груза опилки, сечка соломы и камыш должны быть сухими. Чтобы пользоваться этими средствами, грузоотправители должны иметь сушилки, а также склады указанных профилактических средств с пятидневным запасом. На местах выгрузки применяют вибраторы, пневматические молотки, сверла, паровые пики и бурорыхлительные машины. Для предупреждения смерзания грузы предварительно промораживают или просушивают. Промораживание производится на открытых площадках при температуре —5° С и ниже до тех пор, пока они не превратятся в легко отделяющиеся один от другого куски или частицы. Этот способ требует затраты сил на перелопачивание.
Слежавшиеся и смерзшиеся грузы, образуя монолит, закупоривают отверстие бункеров, препятствуя их опорожнению. Закупорка отверстий бункеров может произойти в результате сводообразования кусковых (рис. 10, а) или связных грузов (рис. 10, б).
...