粉體設(shè)備中料斗設(shè)計數(shù)據(jù)的分析和確定

1、粉體設(shè)備中料斗設(shè)計數(shù)據(jù)的分析和確定在粉體設(shè)備行業(yè)中，顆粒物料處理設(shè)備的設(shè)計過程中忽略物料的特性或是料性數(shù)據(jù)掌握得不夠準(zhǔn)確， 都將導(dǎo)致設(shè)備在實際運(yùn)行中出現(xiàn)各種各樣的故障， 影響企業(yè)的正常生產(chǎn)活動。在設(shè)計時， 充分考慮到設(shè)備將來的運(yùn)行工況，并對物料的料性進(jìn)行測試， 為優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù).粉體內(nèi)任一點(diǎn)的莫爾應(yīng)力圓在IYF的下方時，粉體將處于靜止?fàn)顟B(tài)；粉體內(nèi)某一點(diǎn)的莫爾應(yīng)力圓與IYF相切時，粉體處于臨界流動或流動狀態(tài)把莫爾應(yīng)力圓與庫侖抗剪強(qiáng)度線相切時的應(yīng)力狀態(tài)，破壞狀態(tài)稱為莫爾庫侖破壞準(zhǔn)則，它是目前判別粉體(粉體單元)所處狀態(tài)的最常用或最基本的準(zhǔn)則。 根據(jù)這一準(zhǔn)則，當(dāng)粉體處于極限平衡狀態(tài)即應(yīng)理解為破

2、壞狀態(tài)，此時的莫爾應(yīng)力圓即稱為極限應(yīng)力圓或破壞應(yīng)力圓，相應(yīng)的一對平面即稱為剪切破壞面（簡稱剪破面）。對于非粘性粉體 =tgi 對于粘性粉體 = c +tgi Molerus 類粉體：初始抗剪強(qiáng)度為零的粉體Molerus 類粉體：初始抗剪強(qiáng)度不為零，但與預(yù)壓縮應(yīng)力無關(guān)的粉體Molerus 類粉體：初始抗剪強(qiáng)度不為零，且與預(yù)壓縮應(yīng)力有關(guān)的粉體，內(nèi)摩擦角也與預(yù)應(yīng)力有關(guān)7.3. 粉體的屈服軌跡YL· 也即破壞包絡(luò)線· 不能無限延伸，終止于某一值· 是物料密度程度的函數(shù)· 在流動階段，顆粒塑性范圍內(nèi)的應(yīng)力可由終止點(diǎn)E連續(xù)確定7.4.料斗半頂角料倉流型設(shè)計, 就是根

3、據(jù)倉存物料的特性(有效內(nèi)摩擦角i和壁面摩擦角w) , 確定出一個料斗半頂角) ，確定一個合適的料斗半頂角,目的是為了適應(yīng)所選擇的流型。料倉下料不暢,關(guān)鍵是傾斜角小于物料安息角所致。整體流倉必須保證料倉各個部位的傾斜角大于物料的安息角。形成整體流的必要條件是料斗半頂角要小于max7.5. 卸料口徑正確選擇卸料口徑是防止料倉中產(chǎn)生結(jié)拱現(xiàn)象的基本方法，設(shè)計料倉時應(yīng)仔細(xì)考慮。影響卸料口徑的主要因素有：物料的流動性、物料粒度和均勻性，以及要求的卸料速度等。 對于整體流料倉, 卸料口尺寸太小, 將會形成料拱(或稱架橋) 。設(shè)計計算時, 用一定性尺寸B來描述卸料口的大小。對于圓形卸料口, B 等于卸料口直徑

4、; 對于方形卸料口, B 為對角線長度; 對于縫形卸料口, B 為縫寬( L3 B , L 為縫長)。7.6. 機(jī)械拱和粘性拱對于平均直徑較大( > 3000m) 的顆粒體, 易形成機(jī)械拱對于平均直徑較小的粉體物料, 不產(chǎn)生粘性拱的最小卸料口尺寸對于圓形和方形卸料口, i = 1 ; 對于縫形卸料口( L 3B) , i = 0a料倉下部的錐面傾角對物料在倉內(nèi)的流動有重大影響；b至少要等于物料的休止角，必須大于物料與倉壁的摩擦角，否則，物料就不能全部從倉內(nèi)流出；c一般錐面傾角要比摩擦角大5 °10°，比儲存物料的自然休止角約大10°15°。對于整體

5、流的料倉，錐面傾角一般取 55°75°?？紤]到較大的傾角會使建筑高度增加，對于直徑大于6m的料庫，宜采用24個卸料口。d減小粉體的壁摩擦角及料倉錐形部分的傾斜角，可以使料倉內(nèi)的粉粒體呈整體流；反之，成漏斗流。6).屈服軌跡失效時剪切應(yīng)力與正應(yīng)力的關(guān)系曲線。屈服軌跡(YL)有時被稱為瞬時屈服軌跡來區(qū)分于時間屈服軌跡。屈服軌跡由粉體的剪切試驗確定：一組粉體樣品在同樣的垂直應(yīng)力條件下密實，然后在不同的垂直壓力下，對每一個粉體樣品進(jìn)行剪切破壞試驗。在這種特殊的密實狀態(tài)中，得到的粉體破壞包絡(luò)線稱為該粉體的屈服軌跡。10).流動函數(shù)FF特定散裝固體的無側(cè)限屈服強(qiáng)度和主要固結(jié)應(yīng)力的關(guān)系曲

6、線。有時也稱做開裂函數(shù)，是由Jenike提出的，用來表示松散顆粒粉體的流動性能。松散顆粒粉體的流動取決于由密實而形成的強(qiáng)度。當(dāng)fc=0時，F(xiàn)F=¥，即粉體完全自由流動流動性的標(biāo)準(zhǔn)分級如下：FF <1 不流動，凝結(jié)1< FF <2 很粘結(jié)，附著性強(qiáng)，流不動2< FF <4 粘結(jié)，有附著性4< FF <10 容易流動10< FF 自由流動影響粉體流動性的因素 粉體加料時的沖擊：沖擊處的物料應(yīng)力可以高于流動時產(chǎn)生的應(yīng)力； 溫度和化學(xué)變化：高溫時顆?？赡芙Y(jié)塊或軟化，而冷卻時可能產(chǎn)生相變，這些都可能影響粉體的流動性； 濕度：濕料可以影響屈服軌跡和

7、壁摩擦系數(shù)，而且還能引起料壁黏附； 粒度：當(dāng)顆粒變細(xì)時，流動性常常降低，而壁摩擦系數(shù)卻趨于增加； 振動：細(xì)顆粒的物料在振動時趨于密實，引起流動中斷。 11).料斗料倉結(jié)構(gòu)的融合部分。23）.壁屈服軌跡WYL壁剪切應(yīng)力與壁正應(yīng)力的關(guān)系曲線。壁摩擦角由壁屈服軌跡獲得，為壁剪切應(yīng)力與壁正應(yīng)力比率的反正切。 7.7.料倉中最大主應(yīng)力1最大主應(yīng)力1。該應(yīng)力與料倉中的料位高度H 有關(guān), 在筒倉部分, 1 隨料深按指數(shù)規(guī)律增加; 在筒倉與料斗的相接處, 1 達(dá)最大; 在料斗部分, 1 線性遞減, 至料斗頂角處, 1 降至零。c 隨1 的增加而增加, c 在h = 0 和h =H 處并不等于零, 這是由粉體的

8、粘性所致。粉體物料的開放屈服強(qiáng)度c , 可由試驗確定料拱腳處的支承反作用主應(yīng)力, 簡稱反作用主應(yīng)力, 又稱破拱主應(yīng)力。它主要取決于料斗半頂角和料拱跨度W 等。由于正比于料拱跨度W , 故在筒倉部分為一常數(shù), 在料斗部分線性減至零。7.8. 粉體物料的臨界開放屈服強(qiáng)度 指的是相應(yīng)于兩條曲線= f (1 ) 與c = F (1 ) 的交點(diǎn)的開放屈服強(qiáng)度。7.9. 粉體在料倉中的流動模式倉中物料呈現(xiàn)的流動模式是理解作用于物料或料倉上各種力的基礎(chǔ)。倉壁壓力不僅取決于顆粒料沿倉壁滑動引起的摩擦力，而且還取決于加料和卸料過程中形成的流動模式。漏斗流模式：在平底或帶料斗的料倉中，由于料斗的斜度太小或斗壁太粗

9、糙，顆粒料難以沿斗壁滑動，顆粒料是通過不流動料堆中的通道到達(dá)出口的。這種通道常常是圓錐形的，下部的直徑近似等于出口有效面積的最大直徑。這種流動模式也稱為“核心流動” 當(dāng)通道從出口處向上伸展時，它的直徑逐漸增大，如圖5-19所示。 如果顆粒料在料位差壓力下固結(jié)，物料密實且表現(xiàn)出很差的流動性，那么，有效的流動通道卸空后，就會形成穿孔或管道，如圖5-20所示。 情況嚴(yán)重時，物料可以在卸料口上方形成料橋或料供，如圖5-21所示。 這種流動通道周圍的物料可能是不穩(wěn)定的，在這種情況下，物料將產(chǎn)生一停一開式的流動、脈沖流動或不平穩(wěn)流動。這些脈沖可以導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破損。 整體流模式這種流動發(fā)生在帶有相當(dāng)陡峭而光滑

10、的料斗筒倉內(nèi)，物料從出口的全面積上卸出。 整體流中，流動通道與料倉壁或料斗壁是一致的，全部物料都處于運(yùn)動狀態(tài)，并貼著垂直部分的倉壁或收縮的料斗壁滑動。 如果料面高于料斗與圓筒轉(zhuǎn)折處上面某個臨界距離，那么料倉垂直部分的物料就可以拴流形式均勻向下移動。 如果料位降到轉(zhuǎn)折點(diǎn)以下，那么通道中心處的物料將流得比倉壁處的物料為快。 這種流動發(fā)生在帶有相當(dāng)陡峭而光滑的料斗倉內(nèi)，物料從出口的全面積上卸出。整體流中，流動通道與料倉或料斗壁是一致的，全部物料都處于運(yùn)動狀態(tài)，并貼著垂直部分的倉壁和收縮的料斗壁移動。 如果料面高于料斗與圓筒轉(zhuǎn)折處上面某個臨界距離，料倉垂直部分的物料就以栓流形式均勻向下移動。料位降到該

11、處以下，通道中心的物料將流得比倉壁處的物料為快。 目前，這個臨界料位的高度還不能準(zhǔn)確確定，它是物料內(nèi)摩擦角、料壁摩擦力和料斗斜度的函數(shù)。 避免了粉料的不穩(wěn)定流動、溝流和溢流。 消除了筒倉內(nèi)的不流動區(qū)。 形成了先進(jìn)先出的流動，最大限度地減少了存儲期間的結(jié)塊問題、變質(zhì)問題或偏析問題。 顆粒的偏析被大大的減少或杜絕。 顆粒料的密度在卸料時是常數(shù)，料位差對它根本沒有影響。這就有可能用容積式拱料裝置來很好地控制顆粒料，而且改善了計量式喂料裝置的性能。 由圖可知，fc值和s1值的兩條直線相交于一個臨界值，由此可以確定料拱的尺寸B。根據(jù)流動不流動判據(jù)，交點(diǎn)以下，粉體物料形成足夠的強(qiáng)度支撐料拱，使流動停止。該

12、點(diǎn)以上，粉體物料的強(qiáng)度不夠，不能形成料拱，就發(fā)生重力流動。 已經(jīng)表明穩(wěn)定料拱的拱腳上作用著主應(yīng)力s1，它與料拱的跨距B成正比。 作用在料拱腳處的主應(yīng)力可以表示為： 式中，rB-物料容積密度，B-卸料口寬度，q-料斗半頂角， m為料斗形狀系數(shù)，軸線對稱的圓錐形料斗，m=1;平面對稱的楔形料斗，m=0 在相應(yīng)的密實應(yīng)力下，對粉體物料進(jìn)行剪切試驗，可以確定開放屈服強(qiáng)度fc，由此可以建立該粉體物料的流動函數(shù)FF。7.11流動因子ff：用來描述流動通道或料斗的流動性。式中，S（q）為應(yīng)力函數(shù)，對于各種數(shù)值不同的有效內(nèi)摩擦角、壁面摩擦角和料斗半頂角q，Jenike已經(jīng)算出了它們的流動因素 作用在流動通道上

13、的密實應(yīng)力越高，作用在料拱上的應(yīng)力越低，那么流動通道的流動性或料斗的流動性就越低。流動函數(shù)FF和流動因素ff見上圖。當(dāng)密實主應(yīng)力s1大于臨界密實主應(yīng)力，位于fc線之上的s1線部分滿足流動判據(jù)，處于料拱上的應(yīng)力s1超過料拱強(qiáng)度fc, 則發(fā)生流動。 s1小于臨界密實主應(yīng)力時，應(yīng)力不足以引起破壞，將發(fā)生起拱。 物料在料倉中的運(yùn)動模式應(yīng)為整體流模式，不應(yīng)出現(xiàn)漏斗流模式。 結(jié)拱的臨界條件為FF=ff，即s1=fc。而形成整體流動的條件為FF>ff，即fc<s1。如以fc,crit表示結(jié)拱時的臨界開放屈服強(qiáng)度，則料口孔徑為：式中B物料容積密度； B卸料口寬度 H()料斗半頂角的函數(shù) 流動函數(shù)F

14、F越大，粉體的流動性越好，它與粉體的有效內(nèi)摩擦角有關(guān)；而流動因數(shù)ff越小，粉體在流動通道的流動性或料斗的流動性越好，流動因數(shù)是壁面摩擦角f和料斗半頂角q的函數(shù)，壁面摩擦角f越小，料斗半頂角q越小，料斗的流動性越好。 因此在料倉設(shè)計時，應(yīng)盡量使料斗的半頂角小些，但這會增加料倉的高度。 料斗用材料的壁摩擦系數(shù)越小越好。這些材料包括聚四氟乙烯塑料、玻璃、各種環(huán)氧樹脂涂料、不銹鋼和超量高分子聚乙烯。料斗表面光滑，則可以適當(dāng)增大料斗半頂角，從而降低整個料斗的高度。 Janssen法確定整體流料倉最小卸料口徑步驟：作剪切測定，在s-t坐標(biāo)上畫出屈服軌跡，求有效內(nèi)摩擦角d 、開放屈服強(qiáng)度fC、壁摩擦角fr；在流動型式判斷圖上的整體流區(qū)域中選擇料斗半頂角q，并確定料斗的流動因數(shù)ff；從相應(yīng)的摩爾圓上確定fC及s1值，做出流動函數(shù)FF曲線,并在同一座標(biāo)中畫出ff；算出最小卸料口徑。7.12.顆粒儲存和流動時的偏析 由于粒徑、顆粒密度、顆粒形狀、表面形狀等差異，粉體層的組成呈不均質(zhì)的現(xiàn)象稱為偏析； 偏析現(xiàn)象在粒度分布范圍寬的自由流動顆粒粉體物料中經(jīng)常發(fā)生，但在粒度小于70mm的粉料中卻很少見到； 粘性粉料在處理中一般不會發(fā)生偏析，但包含粘性和非粘性倆種成分的粉料可能發(fā)生偏析。設(shè)備的設(shè)計顆粒物料處理設(shè)備的設(shè)計過程中忽略物料的特性或是料性數(shù)據(jù)掌