Истечение сыпучего груза из бункера с регулируемой боковой заслонкой
Розроблено математичну модель витікання сипкого вантажу із бункера з регульованою боковою заслінкою. Знайдена залежність витрат сипкого вантажу із бункера від кута нахилу заслінки. Отримані результати порівнювалися з експериментальними даними....
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Назва видання: | Геотехническая механика |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54007 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Истечение сыпучего груза из бункера с регулируемой боковой заслонкой / Р.В. Кирия, Д.Д. Брагинец, Т.Ф. Мищенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 130-138. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-54007 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-540072025-02-23T17:41:21Z Истечение сыпучего груза из бункера с регулируемой боковой заслонкой Exhaust balk material from control lateral damper Кирия, Р.В. Брагинец, Д.Д. Мищенко, Т.Ф. Розроблено математичну модель витікання сипкого вантажу із бункера з регульованою боковою заслінкою. Знайдена залежність витрат сипкого вантажу із бункера від кута нахилу заслінки. Отримані результати порівнювалися з експериментальними даними. Exhaust balk material from control lateral damper mathematical model is proposed. Bunker bulk flow as function of damper angle is obtained. The results obtained were compared with experimental data. 2012 Article Истечение сыпучего груза из бункера с регулируемой боковой заслонкой / Р.В. Кирия, Д.Д. Брагинец, Т.Ф. Мищенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 130-138. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54007 622.64 ru Геотехническая механика application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Розроблено математичну модель витікання сипкого вантажу із бункера з регульованою
боковою заслінкою. Знайдена залежність витрат сипкого вантажу із бункера від кута нахилу заслінки. Отримані результати порівнювалися з експериментальними даними. |
| format |
Article |
| author |
Кирия, Р.В. Брагинец, Д.Д. Мищенко, Т.Ф. |
| spellingShingle |
Кирия, Р.В. Брагинец, Д.Д. Мищенко, Т.Ф. Истечение сыпучего груза из бункера с регулируемой боковой заслонкой Геотехническая механика |
| author_facet |
Кирия, Р.В. Брагинец, Д.Д. Мищенко, Т.Ф. |
| author_sort |
Кирия, Р.В. |
| title |
Истечение сыпучего груза из бункера с регулируемой боковой заслонкой |
| title_short |
Истечение сыпучего груза из бункера с регулируемой боковой заслонкой |
| title_full |
Истечение сыпучего груза из бункера с регулируемой боковой заслонкой |
| title_fullStr |
Истечение сыпучего груза из бункера с регулируемой боковой заслонкой |
| title_full_unstemmed |
Истечение сыпучего груза из бункера с регулируемой боковой заслонкой |
| title_sort |
истечение сыпучего груза из бункера с регулируемой боковой заслонкой |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54007 |
| citation_txt |
Истечение сыпучего груза из бункера с регулируемой боковой заслонкой / Р.В. Кирия, Д.Д. Брагинец, Т.Ф. Мищенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 101. — С. 130-138. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT kiriârv istečeniesypučegogruzaizbunkerasreguliruemojbokovojzaslonkoj AT braginecdd istečeniesypučegogruzaizbunkerasreguliruemojbokovojzaslonkoj AT miŝenkotf istečeniesypučegogruzaizbunkerasreguliruemojbokovojzaslonkoj AT kiriârv exhaustbalkmaterialfromcontrollateraldamper AT braginecdd exhaustbalkmaterialfromcontrollateraldamper AT miŝenkotf exhaustbalkmaterialfromcontrollateraldamper |
| first_indexed |
2025-11-24T05:38:04Z |
| last_indexed |
2025-11-24T05:38:04Z |
| _version_ |
1849648935902117888 |
| fulltext |
130
УДК 622.64
Канд. техн. наук Р.В. Кирия,
инженеры Д.Д. Брагинец, Т.Ф. Мищенко
(ИГТМ НАН Украины)
ИСТЕЧЕНИЕ СЫПУЧЕГО ГРУЗА ИЗ БУНКЕРА
С РЕГУЛИРУЕМОЙ БОКОВОЙ ЗАСЛОНКОЙ
Розроблено математичну модель витікання сипкого вантажу із бункера з регульованою
боковою заслінкою. Знайдена залежність витрат сипкого вантажу із бункера від кута нахилу
заслінки. Отримані результати порівнювалися з експериментальними даними.
EXHAUST BALK MATERIAL FROM CONTROL LATERAL DAMPER
Exhaust balk material from control lateral damper mathematical model is proposed. Bunker
bulk flow as function of damper angle is obtained. The results obtained were compared with exper-
imental data.
Одним из путей повышения эффективности работы горнотранспортного
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 необходимо
иметь управляемые средства их разгрузки, позволяющие поддерживать ста-
бильные параметры грузопотока при изменении внешних условий.
В работах [1, 2] разработаны математические модели истечения сыпучего
груза из бункера с различным расположением щелевого отверстия и определена
производительность разгрузки сыпучего груза из бункера в зависимости от ши-
рины его выпускного отверстия. Однако математических моделей истечения
сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой не существует.
Целью статьи является определение средней скорости и расхода сыпучего
груза из бункера с регулируемой заслонкой, расположенной в боковой стенке
бункера.
Задачами исследований являлись: установление теоретической зависимости
расхода сыпучего груза из бункера от угла наклона заслонки, величины выход-
ного отверстия, длины заслонки и физико-механических свойств сыпучего гру-
за; экспериментальные исследования процесса истечения сыпучего груза с раз-
личным диаметром частиц из бункера с регулируемой заслонкой, расположен-
ной в боковой стенке бункера.
Рассмотрим истечение сыпучего груза из прямоугольного бункера с боко-
вым щелевым отверстием шириной а, длиной b (b>a) и углом наклона заслонки
к боковой стенке бункера (рис. 1).
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 струк-
турно-механическим состоянием сыпучего груза (см. рис. 1).
131
Рис. 1 – Зоны структурно-механического состояния сыпучего груза при его истечении из
бункера с боковым щелевым выпускным отверстием и регулируемой заслонкой.
Свободнодисперсное движение сыпучего груза в зоне обрушения D в бункере
с боковым щелевым выпускным отверстием будет отличаться от движения сыпу-
чего 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 за-
слонки 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 области
D применим теорему Бернулли [3].
При этом из рис. 1 следует
сtgaahc , (1)
где а полуширина нижней границы динамического свода, м; ch высота
нижней границы динамического свода; угол наклона заслонки к боковой
132
стенке бункера, град.
Предположим, что нижняя граница динамического свода представляет со-
бой полупараболу, параметры которой, согласно [4], связаны соотношением
aKhc 1 , (2)
где 2
1 1
2
1
ffK ; f – коэффициент внутреннего трения сыпучего груза.
Из (1) и (2) имеем
aKaa 1сtg ,
откуда
tg1
tg
1K
a
a . (3)
Подставим (3) в (2), получим
tg1
tg
1
1
K
aK
hc . (4)
Для определения объемного расхода сыпучего груза через щелевое отвер-
стие, расположенное на боковой стенке бункера, с регулируемой заслонкой, как
и в [1, 2], применим уравнение Бернулли для сыпучих грузов к сечениям 1-1 и
2-2 выделенной трубки в зоне перемешивания D (рис. 2).
В результате определим скорость vв на выходе из зоны D по формуле
22
1
1
hgvв , (5)
где
x2 , (6)
где
21
1
ff
f
.
Здесь – коэффициент местных потерь Дарси-Вейсбаха при истечении сы-
пучего груза из бункера с отверстием, расположенным в дне бункера, и регули-
руемой заслонкой; h – перепад высоты между сечениями 1-1 и 2-2 элементар-
ной трубки (см. рис. 2); – удельный вес сыпучего груза, кг/м
3
; 2 – главное
нормальное напряжение в сыпучем грузе, кг/м
2
.
Расход через выпускное отверстие бункера определим по формуле
dsvQ в , (7)
где ds – площадь нормального сечения выделенной трубки (см. рис. 2).
Из рис. 2 имеем
1)(5,0cos dybds , (8)
133
где угол наклона элементарной трубки к горизонтали, град; угол накло-
на отрезка NB (ось OY1) к горизонтали, град; y1 – координата точки K1 в систе-
ме координат OX1Y1.
Рис. 2 – Расчетная схема определения расхода сыпучего груза через щелевое отверстие
с регулируемой заслонкой, расположенное в боковой стенке бункера.
Подставим (8) в (7), получим
1)sin( dyvbQ в . (9)
Координату y1 определим по формуле
22
1 )()( yxy , (10)
где (x ,y ) – координата точки K1 в системе координат OXY.
Из рисунка 2 имеем
23 xxxx . (11)
При этом выполняются равенства
134
tg
2
y
x ;
tg
3
y
x . (12)
Подставляя последние равенства в (11), получим
tgtg
yy
xx . (13)
Заменяя дугу MN прямой, из рис. 2 имеем
xKy 1 ;
tg
x
y . (14)
Подставляя (14) в (13), после преобразования получим
x
K
x
tgtg
tg1 ; x
K
y
tgtg
tg)tg( 1 . (15)
Подставляя (15) в (10), после преобразования получим
x
K
y
tgtg
tg1)tg( 2
1
1 . (16)
Перепад высоты между сечениями 1-1 и 2-2 элементарной трубки (см. рис.
2) определим по формуле
yyh . (17)
Подставляя (14) в (17), с учетом (15), после преобразования получим
x
K
h
tgtg
tg)tg-( 1 . (18)
Подставляя в выражение (9) vв и h из (5) и (18), с учетом (6), после преобра-
зования получим
a
dxBxxA
gb
Q
0
)sin(
1
2
, (19)
где
tgtg
tg)tg-( 1K
A ;
tgtg
tg1)tg( 2
1K
B .
Положим в выражении (19) с = const, после интегрирования с учетом
135
(3) получим
2/3
1
5,1
tg1
tg
)sin(
1
2
3
2
K
AB
g
baQ c , (20)
где
c
cK
A
tgtg
tg)tg-( 1 ;
c
cK
B
tgtg
tg1)tg( 2
1 .
Коэффициент сопротивления , согласно [5], определяется по формуле
2
1
22
21
a
dk
KK , (21)
где K2 = коэффициент, характеризующий сопротивление, вызывное поворотом
потока струи сыпучего груза при выходе из бункера; sin1 aa нормальное
сечение к выходному потоку сыпучего груза, проведенного через точку N пер-
пендикулярно к заслонке (см. рис. 2).
Подставляя (21) в (20), в результате получим объемный расход Q сыпучего
груза из бункера через боковое щелевое отверстие с регулируемой заслонкой,
равный [1, 2]
gbaQ 5,1
, (22)
где
21
222
0
sin
sin
KKk
; (23)
d
a
;
5,1
1
0
tg1
tg
)sin(
3
22
K
ABc ;
c
cK
A
tgtg
tg)tg( 1 ;
c
cK
B
tgtg
tg1tg 2
1 .
Здесь η – безразмерный коэффициент расхода сыпучего груза из бункера с
боковым щелевым отверстием и регулируемой заслонкой; β – угол наклона вы-
ходного сечения сыпучего груза из бункера с регулируемой заслонкой, т.е. угол
наклона отрезка NВ к горизонтали (см. рис. 2), град.; c – среднее значение угла
наклона вектора скорости выхода частиц груза из бункера к горизонтали, град.
При этом угол β определяется по формуле
sin
cos
tg
la
, ( 5,00 ).
136
Среднее значение угла c приблизительно можно определить по формуле
2
)5,0( 0
с , ( 5,05,0 c ).
Средняя скорость истечения vcp сыпучего груза из бункера в этом случае, с
учетом (22), определяется по формуле
ga
ba
Q
vcp , (24)
Из формулы (23) следует, что при 0 , т.е. при больших δ (мел-
ких сыпучих грузах) коэффициент расхода η для заданного угла наклона за-
слонки принимает постоянное значение η0, не зависящее от δ, т.е. ширины от-
верстия a и среднего размера частицы d сыпучего груза.
На рис. 3 представлены графики зависимости коэффициента расхода сы-
пучего груза из бункера с боковым щелевым отверстием от δ при различных
углах наклона заслонки , рассчитанные по формуле (23).
Рис. 3 – График зависимости коэффициента от параметра δ для бункера
с боковым щелевым отверстием при различных углах наклона заслонки .
При этом параметры бункера и сыпучего груза принимали значения:
b= 0,09 м; l = a; f = 0,64; K2 = 0,5, = 5 ; 10 ; 15 ; 20 ; 25 .
Из рис. 3 видно, что с увеличением δ, т.е. уменьшением диаметра частиц
сыпучего груза d, при любом угле наклона заслонки коэффициент расхода
сыпучего груза увеличивается и при значениях δ > 150 принимает постоянное
значение, зависящее от угла , т.е. при = 5 ; 10 ; 15 ; 20 ; 25 ; = 0,038; 0,1;
0,17; 0,24; 0,3.
На рис. 4 представлен график зависимости коэффициента расхода сыпучего
груза из бункера с боковым выпускным отверстием от угла наклона заслонки
(δ = 50), построенный согласно формуле (23). При этом параметры бункера и
груза принимали значения: b = 0,09 м; l = a; f = 0,64; K2 = 1.
137
Рис. 4 – График зависимости коэффициента расхода от угла наклона
заслонки для бункера с боковым выпускным отверстием.
Из графика видно, что с увеличением угла наклона заслонки коэффициент
расхода сыпучего груза из бункера с выпускным отверстием, расположенным на
боковой стенке бункера, увеличивается приблизительно по линейному закону.
Там же (см. рис. 4) точками показаны экспериментальные значения коэффи-
циента расхода для углов наклона заслонки = 5 ; 10 ; 15 ; 20 ; 25 при раз-
личных значениях ширины отверстия a =10; 20; 30; 40; 50; 60 мм.
При этом средний диаметр частиц сыпучего груза d = 0,4–1 мм.
Из рис. 4 видно, что при углах наклона заслонки к стенке бункера , изме-
няющихся в интервале 5 ≤ ≤ 25 , теоретическая кривая с точностью 10–15 %
совпадает с результатами эксперимента.
При значениях ≥ 25 экспериментальные значения практически не изме-
няются и существенно отличаются от теории. Это связано с тем, что при углах
поворота заслонки ≥ 25 струя сыпучего груза при истечении из бункера не
касается заслонки.
Выводы. В результате решения поставленных задач можно сделать следу-
ющие выводы:
– разработана математическая модель истечения сыпучего груза из бункера
с регулируемой боковой заслонкой;
– получена линейная зависимость коэффициента расхода сыпучего груза из
бункера от угла наклона заслонки .
Сравнение теоретических расчетов с результатами экспериментов показало,
что расхождение теории с экспериментом не превышает 15 %.
Кроме того, из теоретических и экспериментальных исследований следует,
что угол наклона заслонки , при котором заслонка оказывает влияние на рас-
ход груза при его истечении из бункера, находится в пределах 5 < < 25 , а
при значениях 25 коэффициент расхода не изменяется.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. К вопросу об истечении сыпучего груза из бункера со щелевым отверстием / Р.В. Кирия, В.Ю. Максю-
тенко, Д.Д. Брагинец, Б.И. Мостовой // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / ИГТМ НАН Украины.
– Днепропетровск, 2008. – Вып. 80. – С. 351–362.
138
2. Кирия Р.В. Истечение сыпучего груза из бункера с боковым щелевым отверстием / Р.В. Кирия, Д.Д. Бра-
гинец, Б.И. Мостовой // Сборник научных трудов / НГУ. – Днепропетровск. – 2009. – № 32. – С. 114–122.
3. Штернлихт Д.В. Гидравлика / Д.В. Штернлихт. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 639 с.
4 Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов / Р.Л. Зенков. – М.: Машиностроение, 1964. – 251 с.
5. Кирия Р.В. О коэффициенте внутренних потерь при движении сыпучей среды по элементам перегрузоч-
ных узлов ленточных конвейеров / Р.В. Кирия // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ
НАНУ. – Днепропетровск, 2003. – Вып. 41. – C. 159–167.
УДК 622.26:622.235.001.57
Канд. техн. наук В.В. Круковская
(ИГТМ НАН Украины)
ИССЛЕДОВАНИЕ СТЕПЕНИ СВЯЗАННОСТИ ПРОЦЕССОВ
ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА,
ВОЗДЕЙСТВИЯ ОТ ВЗРЫВА ШПУРОВЫХ ЗАРЯДОВ
И ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗА
Виконано чисельне моделювання зв'язаних процесів підривання шпурових зарядів, зміни
напружено-деформованого стану гірських порід та фільтрації газу у порушеному породному
масиві у вибої гірничої виробки. Результати розрахунку порівняно з результатами
розв’язання окремих складових задач вибухової дії, зміни у часі геомеханічних і фільтрацій-
них параметрів. Проаналізовано вплив кожного з процесів на загальний результат та визна-
чено ступінь зв’язку розглянутих процесів.
DEGREE OF RELATIONSHIP OF PROCESSES CHANGES THE ROCK
MASS STRESS STATE, IMPACT OF BLAST-HOLE CHARGE BLASTING
AND METHANE FILTRATION INVESTIGATION
Numerical modeling of coupled processes blast-hole charge blasting, of rock stress-strain state
change and methane filtration in disrupted rock massif in the mine face working is completed. The
calculation results are compared with the results of solving separate problems of blasting impact,
changes of geomechanical and filtration characteristic in time. The influence of each of this pro-
cesses on the general result is analyzed and the degree of relationship above processes is defined.
Зачастую процессы, происходящие в массиве горных пород при подземной
добыче угля (изменение НДС твердого тела, диффузия и фильтрация жидкости
и газа, десорбция газа, теплофизические и химические процессы) связаны меж-
ду собой и оказывают влияние один на другой. Степень этого влияния может
быть различной. Например, при расчете параметров напряженного состояния
можно пренебречь изменением температуры пород на различной глубине, так
как в данном случае процесс теплового расширения очень незначительно влия-
ет на распределение значений геомеханических параметров. А при моделиро-
вании процесса выброса угля и метана нельзя исключать из системы ни один из
связанных процессов изменения НДС, фильтрации и десорбции метана – мате-
матическая модель потеряет свою результативность.
В каких же случаях при математическом моделировании нужно учитывать
все происходящие процессы? Какими из них и когда можно пренебречь для
упрощения задачи? Каков критерий оценки степени влияния каждого их проис-
ходящих в исследуемой области процессов на общий результат? Для решения
этих задач было проведено исследование степени связанности различных про-
|