Определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой
Розроблена математична модель витікання сипкого вантажу із бункера з боковим щілистим випускним отвором і регульованою заслінкою. Знайдена залежність витрати сипкого вантажу із бункера від кута нахилу заслінки. Отримані результати порівнювалися з експериментальними даними. The mathematical model of...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32836 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой / Р.В. Кирия, В.Ю. Максютенко, Д.Д. Брагинец, Б.И. Мостовой // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860258444394627072 |
|---|---|
| author | Кирия, Р.В. Максютенко, В.Ю. Брагинец, Д.Д. Мостовой, Б.И. |
| author_facet | Кирия, Р.В. Максютенко, В.Ю. Брагинец, Д.Д. Мостовой, Б.И. |
| citation_txt | Определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой / Р.В. Кирия, В.Ю. Максютенко, Д.Д. Брагинец, Б.И. Мостовой // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Розроблена математична модель витікання сипкого вантажу із бункера з боковим щілистим випускним отвором і регульованою заслінкою. Знайдена залежність витрати сипкого вантажу із бункера від кута нахилу заслінки. Отримані результати порівнювалися з експериментальними даними.
The mathematical model of expiration of friable load from a bunker with a lateral crack tapehole and managed shutter is developed. Dependence of expenditure of friable load from a bunker from the angle of slope of shutter is found. The received results were compared to experimental
data.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:52:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
Геотехническая механика"
УДК 622.647.2
Р.В. Кирия, к.т.н., В.Ю. Максютенко, к.т.н.,
Д.Д. Брагинец, мл. научн. сотр.,
Б.И. Мостовой мл. научн. сотр.
(ИГТМ НАН Украины)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА СЫПУЧЕГО ГРУЗА
ИЗ БУНКЕРА С РЕГУЛИРУЕМОЙ ЗАСЛОНКОЙ
Розроблена математична модель витікання сипкого вантажу із бункера з боковим щі-
листим випускним отвором і регульованою заслінкою. Знайдена залежність витрати сип-
кого вантажу із бункера від кута нахилу заслінки. Отримані результати порівнювалися з
експериментальними даними.
DEFINING OF THE EXPENDITURE OF FRIABLE LOAD
FROM BUNKER WITH MANAGED SHUTTER
The mathematical model of expiration of friable load from a bunker with a lateral crack tape-
hole and managed shutter is developed. Dependence of expenditure of friable load from a bunker
from the angle of slope of shutter is found. The received results were compared to experimental
data.
Одним из путей повышения эффективности работы горно-транспортного
оборудования является применение компьютерных технологий, позволяющих
адаптировать работу системы транспорта к изменяющимся условиям работы
конвейерных линий с минимальным участием человека.
Для эффективной работы бункеров в таких системах транспорта необхо-
димо иметь управляемые средства их разгрузки, позволяющие поддерживать
стабильные параметры грузопотока при изменении внешних условий.
Существуют два основных способа регулирования потока сыпучего груза
из бункера: с помощью питателя и с помощью регулируемых затворов.
В настоящее время для подземных бункеров наиболее широко применяет-
ся первый способ, так как он обеспечивает стабильность разгрузки потока
груза из бункера. Основным недостатком этого способа является отсутствие
управления в случае изменения поступающего грузопотока, т.е. неспособ-
ность адаптироваться к условиям изменения поступающего грузопотока, что
приводит к повышению энергозатрат на разгрузку.
Разгрузка подземных бункеров, работающих в системах конвейерного
транспорта, с помощью регулируемых затворов практически не применяется,
не смотря на их очевидные достоинства: малые по сравнению с питателями
габариты; простота конструкции и самое главное – гравитационная разгрузка
материала из бункера, не требующая дополнительных затрат энергии. Это
связано с отсутствием характеристики бункера т.е. аналитической зависимо-
сти расхода сыпучего груза из бункера от угла наклона заслонки.
В работах [1, 2] разработаны математические модели истечения сыпучего
груза из бункера с различным расположением щелевого отверстия и опреде-
лена производительность разгрузки сыпучего груза из бункера в зависимости
от ширины выпускного отверстия бункера.
Выпуск № 81
Однако математических моделей истечения сыпучего груза из бункера с
регулируемой заслонкой не существует.
Целью работы является определение расхода сыпучего груза из бункера с
боковым щелевым отверстием и регулируемой заслонкой в зависимости от
угла наклона заслонки.
Задачами исследования являются: разработка математической модели ис-
течения сыпучего груза из бункера со щелевым боковым отверстием и регу-
лируемой заслонкой и установление зависимости расхода сыпучего груза из
бункера от угла наклона заслонки; проведение экспериментальных исследо-
ваний с целью проверки достоверности результатов теории.
Рассмотрим истечение сыпучего груза из прямоугольного бункера с боко-
вым щелевым отверстием шириной а и длиной b (b>a) и углом наклона за-
слонки к боковой стенке бункера (рис. 1).
Рис. 1 – Зоны структурно-механического состояния сыпучего груза при его
истечении из бункера с боковым щелевым выпускным отверстием
и регулируемой заслонкой
Геотехническая механика"
На основе визуальных исследований процесса истечения сыпучего груза
из бункера с боковым щелевым отверстием и регулируемой заслонкой, так
же, как и для бункера с боковым или горизонтальным щелевым выпускным
отверстием [1,2], можно выделить 5 зон: A, B, C, D, E, отличающихся друг от
друга структурно-механическим состоянием сыпучего груза (см. рис. 1).
В зоне поршневого движения А (см. рис. 1) частицы сыпучего груза связа-
ны между собой и движутся с постоянной малой скоростью параллельно
стенкам бункера.
В зоне В (см. рис. 1) частицы насыпного груза скользят относительно друг
друга, а их траектории искривляются в направлении к выпускному отвер-
стию. В этой зоне скорости частиц также малы и изменяются незначительно.
В зоне динамического свода С (см. рис. 1) частицы сыпучего груза обра-
зуют подвижные полусводы, движущиеся вниз, скользя по стенкам бункера и
канала, а затем по поверхности заслонки. При этом скорости частиц сыпучего
груза существенно увеличиваются, а их траектории искривляются, приближа-
ясь на выходе из бункера к наклонным прямым линиям.
В зоне обрушения (перемешивания) D связи между частицами сыпучего
груза разрушаются, при этом они находятся в непрерывном хаотическом
движении, сталкиваясь между собой. Траектории движения частиц в этой зо-
не совпадают с прямыми наклонными линиями, составляющими угол наклона
к горизонту . При этом, угол изменяется с изменением координаты y в
пределах 90 - < < 90 . Угол 0 равен углу наклона границы, разделяющей
область подвижного и область неподвижного состояния E сыпучего груза в
бункере. При этом скорость частиц в зоне D под действием силы тяжести
увеличивается.
В зоне Е частицы сыпучего груза находятся в неподвижном состоянии.
Кроме того, нормальные напряжения p сыпучего груза в бункере в зоне A
увеличиваются с глубиной бункера линейно. В зоне B нормальное напряжение
достигает максимального значения σп и не изменяется с глубиной бункера. А в
зоне C нормальное напряжение уменьшается с глубиной бункера линейно и при
приближении к выпускному отверстию уменьшается до нуля (см. рис. 1).
Сыпучий груз в зонах A, B, C, E движется так же, как и в бункере с боко-
вым или горизонтальным щелевым выпускным отверстием [1,2]. Поэтому все
уравнения, описывающие состояние груза в этих зонах для бункера с гори-
зонтальным щелевым выпускным отверстием, совпадают и для бункера с го-
ризонтальным щелевым выпускным отверстием.
Свободно-дисперсное движение сыпучего груза в зоне обрушения D в бун-
кере с боковым щелевым выпускным отверстием будет отличаться от движения
сыпучего груза в бункере с горизонтальным щелевым выпускным отверстием.
В нашем случае зона динамического свода C в отличие от бункера с боко-
вым щелевым отверстием без заслонки продлится дальше вдоль заслонки, и
ее нижняя граница в виде параболы с параметрами ch и a соединит точки M
и N (см.рис. 1). При этом ch и a уменьшаются с уменьшением угла наклона
Выпуск № 81
заслонки и при 0 0ch и 0a . В данном случае зона обрушения D
находится ниже нижней границы динамического свода и представляет собой
область, ограниченную параболой MN и отрезком, соединяющим концевые
точки параболы (см.рис. 1).
Так, как и в работах [1,2], при описании движения сыпучего груза в облас-
ти D применим теорему Бернулли [3]. В результате объемный расход Q сыпу-
чего груза через боковое щелевое отверстие с регулируемой заслонкой опре-
делим по формуле
gbaQ
5,1 , (1)
где
21
22
0
KKk
, (2)
d
a
, 2
1 1
2
1
ffK , 2
1
1
f
f
f ;
2
3
1
0
1
)sin(
3
22
tgK
tg
ABc ;
c
c
tgtg
tgKtg
A
)( 1 ;
c
c
tgtg
tgtgK
B
2
1 1
.
Здесь η – безразмерный коэффициент расхода сыпучего груза из бункера
( rF , rF – Критерий Фруда); d – средний размер частиц сыпучего груза, м;
k – кинетический коэффициент, характеризующий потерю механической
энергии потока сыпучего груза в результате столкновения частиц (k = 10-13);
K2 – некоторый безразмерный коэффициент, зависящий от условий истечения
сыпучего груза из бункера (прямое или боковое истечение сыпучего груза из
бункера) и определяемый из эксперимента; f – коэффициент внутреннего тре-
ния сыпучего груза; – угол наклона заслонки, град.; β – угол наклона вы-
ходного сечения сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой, т.е.
угол наклона отрезка MN к горизонтали (см. рис. 1), град.; c – среднее зна-
чение угла наклона вектора скорости выхода частиц груза из бункера к гори-
зонтали, град.
При этом угол β определяется по формуле
cos
sin
tg l
a
;
Геотехническая механика"
l
a
arctg0 .
Среднее значение угла c приблизительно можно определить по формуле
2
180
с .
Из формулы (2) следует, что при 0 т.е. при больших δ (мелких
сыпучих грузах) коэффициент расхода η для заданного угла наклона заслонки
принимает постоянное значение η0 не зависящее от δ (от ширины отверстия
a и среднего размера частицы d сыпучего груза).
На рис. 2 показаны графики зависимости коэффициента расхода сыпучего
груза из бункера с боковым щелевым отверстием η от δ при различных углах
наклона заслонки рассчитанные по формуле 2.
Рис. 2 – График зависимости коэффициента η от безразмерного параметра δ
для бункера с боковым щелевым выпускным отверстием с регулируемой заслонкой
при различных углах наклона заслонки
При этом параметры бункера и сыпучего груза принимали значения:
b= 0,09 м; l = a; f = 0,64; c = 85 ; K2 = 1, = 5 ; 10 ; 15 ; 20 ; 25 .
Из рис. 2 видно, что с увеличением δ, т.е. уменьшением диаметра частиц
сыпучего груза d, при любом угле наклона заслонки коэффициент расхода η
сыпучего груза из бункера увеличивается и при значениях δ > 30 принимает
постоянное значение, зависящее от угла (при = 5 ; 10 ; 15 ; 20 ; 25 ; η =
0,054; 0,13; 0,206; 0,278; 0,345).
На рис. 3 показан график зависимости коэффициента расхода η сыпучего
груза из бункера с боковым щелевым выпускным отверстием от угла наклона
заслонки , δ = 30, построенный согласно формуле (2). При этом параметры
бункера и груза принимали значения: b = 0,09 м; l = a; f = 0,64; c = 85 ; K2=1.
Там же (см. рис. 3) точками показаны экспериментальные значения коэф-
фициента расхода η для углов наклона заслонки = 5 ; 10 ; 15 ; 20 ; 25 ; при
Выпуск № 81
различных значениях ширины щели a =10; 20; 30; 40; 50; 60 мм.
При этом средний диаметр частиц сыпучего груза d = 0,4-1 мм.
Из рис. 3 видно, что теоретическая кривая при углах наклона заслонки ,
изменяющихся в интервале 5 ≤ ≤ 20 , с точностью до 10 % совпадает с ре-
зультатами эксперимента.
При значениях ≥ 25 экспериментальные значения практически не изме-
няются и существенно отличаются от теории. Это связано с тем, что при уг-
лах поворота заслонки ≥ 25 струя сыпучего груза при истечении из бунке-
ра не касается заслонки.
При этом значение η при ≥ 25 практически совпадает со значением η =
=0,34, полученном при выпуске из бункера с боковым щелевым отверстием
[2] при δ>50.
Рис. 3 – График зависимости коэффициента η от угла наклона заслонки для бункера
с боковым щелевым выпускным отверстием и регулируемой заслонкой
Кроме того, скученность экспериментальных точек при различной ширине
выпускной щели a подтверждает характер зависимости η от δ при δ > 50 (см.
рис. 2), т.е. η зависит от δ, которое в свою очередь зависит от a, при δ > 30.
В результате решения поставленных задач были получены следующие ре-
зультаты:
– разработана математическая модель истечения сыпучего груза из бунке-
ра с боковым щелевым выпускным отверстием;
– получена линейная зависимость коэффициента расхода сыпучего груза
из бункера от угла наклона заслонки , т.е. найдена характеристика истечения
сыпучего груза из бункера с боковым щелевым отверстием и регулируемой
заслонкой.
Сравнение теоретических расчетов с результатами экспериментов показа-
ло, что расхождение теории с экспериментом не превышает 10 %. Кроме того,
из экспериментальных исследований следует, что угол наклона заслонки, при
Геотехническая механика"
котором заслонка оказывает влияние на расход груза при его истечении из
бункера, находится в пределах 0 < <20 .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кирия Р.В. К вопросу об истечении сыпучего груза из бункера со щелевым отверстием / Р.В. Кирия,
В.Ю. Максютенко, Д.Д. Брагинец, Б.И. Мостовой // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. /
ИГТМ НАНУ. - Днепропетровск, 2008 - Вып. 80. - C. 351-362.
2. Кирия Р.В. Истечение сыпучего груза из бункера с боковым щелевым отверстием / Р.В. Кирия, Д.Д.
Брагинец, Б.И. Мостовой // Сборник научных трудов Национального горного университета. - Днепропетровск. -
2009. - № 34. - С. 114-122.
3. Штернлихт Д.В. Гидравлика / Д.В. Штернлихт. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 639 с.
Рекомендовано до публікації д.т.н С.П. Мінєєвим 23.07.09
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-32836 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:52:06Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кирия, Р.В. Максютенко, В.Ю. Брагинец, Д.Д. Мостовой, Б.И. 2012-05-25T18:45:18Z 2012-05-25T18:45:18Z 2009 Определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой / Р.В. Кирия, В.Ю. Максютенко, Д.Д. Брагинец, Б.И. Мостовой // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 81. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32836 622.647.2 Розроблена математична модель витікання сипкого вантажу із бункера з боковим щілистим випускним отвором і регульованою заслінкою. Знайдена залежність витрати сипкого вантажу із бункера від кута нахилу заслінки. Отримані результати порівнювалися з експериментальними даними. The mathematical model of expiration of friable load from a bunker with a lateral crack tapehole and managed shutter is developed. Dependence of expenditure of friable load from a bunker from the angle of slope of shutter is found. The received results were compared to experimental
 data. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой Defining of the expenditure of friable load from bunker with managed shutter Article published earlier |
| spellingShingle | Определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой Кирия, Р.В. Максютенко, В.Ю. Брагинец, Д.Д. Мостовой, Б.И. |
| title | Определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой |
| title_alt | Defining of the expenditure of friable load from bunker with managed shutter |
| title_full | Определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой |
| title_fullStr | Определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой |
| title_full_unstemmed | Определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой |
| title_short | Определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой |
| title_sort | определение расхода сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/32836 |
| work_keys_str_mv | AT kiriârv opredelenierashodasypučegogruzaizbunkerasreguliruemoizaslonkoi AT maksûtenkovû opredelenierashodasypučegogruzaizbunkerasreguliruemoizaslonkoi AT braginecdd opredelenierashodasypučegogruzaizbunkerasreguliruemoizaslonkoi AT mostovoibi opredelenierashodasypučegogruzaizbunkerasreguliruemoizaslonkoi AT kiriârv definingoftheexpenditureoffriableloadfrombunkerwithmanagedshutter AT maksûtenkovû definingoftheexpenditureoffriableloadfrombunkerwithmanagedshutter AT braginecdd definingoftheexpenditureoffriableloadfrombunkerwithmanagedshutter AT mostovoibi definingoftheexpenditureoffriableloadfrombunkerwithmanagedshutter |