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粉體設備中料斗設計數據的分析和確定
在粉體設備行業(yè)中,顆粒物料處理設備的設計過程中忽略物料的特性或是料性數據掌握得不夠準確, 都將導致設備在實際運行中出現各種各樣的故障, 影響企業(yè)的正常生產活動。在設計時, 充分考慮到設備將來的運行工況,并對物料的料性進行測試, 為優(yōu)化設計提供理論依據.
粉體內任一點的莫爾應力圓在IYF的下方時,粉體將處于靜止狀態(tài);粉體內某一點的莫爾應力圓與IYF相切時,粉體處于臨界流動或流動狀態(tài)
把莫爾應力圓與庫侖抗剪強度線相切時的應力狀態(tài),破壞狀態(tài)—稱為莫爾-庫侖破壞準則,它是目前判別粉體(粉體單元)所處狀態(tài)的常用或基本的準則。
根據這一準則,當粉體處于極限平衡狀態(tài)即應理解為破壞狀態(tài),此時的莫爾應力圓即稱為極限應力圓或破壞應力圓,相應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 τ=σtgφi 對于粘性粉體 τ= c +σtgφi
Molerus Ⅰ類粉體:初始抗剪強度為零的粉體
Molerus Ⅱ類粉體:初始抗剪強度不為零,但與預壓縮應力無關的粉體
Molerus Ⅲ類粉體:初始抗剪強度不為零,且與預壓縮應力有關的粉體,內摩擦角也與預應力有關
7.3. 粉體的屈服軌跡YL
7.4.料斗半頂角
料倉流型設計, 就是根據倉存物料的特性(有效內摩擦角Φi和壁面摩擦角φw) , 確定出一個料斗半頂角θ) ,確定一個合適的料斗半頂角θ,目的是為了適應所選擇的流型。料倉下料不暢,關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θ要小于θmax
7.5. 卸料口徑
正確選擇卸料口徑是防止料倉中產生結拱現象的基本方法,設計料倉時應仔細考慮。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; 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( L≥3 B , L 為縫長)。
7.6. 機械拱和粘性拱
對于平均直徑較大( > 3000μm) 的顆粒體, 易形成機械拱
對于平均直徑較小的粉體物料, 不產生粘性拱的小卸料口尺寸
對于圓形和方形卸料口, i = 1 ; 對于縫形卸料口( L ≥3B) , i = 0
a.料倉下部的錐面傾角對物料在倉內的流動有重大影響;
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2~4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-失效時剪切應力與正應力的關系曲線。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線稱為該粉體的屈服軌跡。
10).流動函數FF-特定散裝固體的無側限屈服強度和主要固結應力的關系曲線。
有時也稱做開裂函數,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度。
當fc=0時,FF=¥,即粉體*自由流動
流動性的標準分級如下:
FF <1 不流動,凝結
1< FF <2 很粘結,附著性強,流不動
2< FF <4 粘結,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
11).料斗-料倉結構的融合部分。
23).壁屈服軌跡WYL-壁剪切應力與壁正應力的關系曲線。壁摩擦角由壁屈服軌跡獲得,為壁剪切應力與壁正應力比率的反正切。
7.7.料倉中大主應力σ1
大主應力σ1。該應力與料倉中的料位高度H 有關, 在筒倉部分, σ1 隨料深按指數規(guī)律增加; 在筒倉與料斗的相接處, σ1 達大; 在料斗部分, σ1 線性遞減, 至料斗頂角處, σ1 降至零。σc 隨σ1 的增加而增加, σc 在h = 0 和h =H 處并不等于零, 這是由粉體的粘性所致。粉體物料的開放屈服強度σc , 可由試驗確定料拱腳處的支承反作用主應力σ, 簡稱反作用主應力, 又稱破拱主應力。它主要取決于料斗半頂角和料拱跨度W 等。由
于σ正比于料拱跨度W , 故在筒倉部分σ為一常數, 在料斗部分σ線性減至零。
7.8. 粉體物料的臨界開放屈服強度
指的是相應于兩條曲線σ= f (σ1 ) 與σc = F (σ1 ) 的交點的開放屈服強度。
7.9. 粉體在料倉中的流動模式
倉中物料呈現的流動模式是理解作用于物料或料倉上各種力的基礎。
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大直徑。這種流動模式也稱為“核心流動”
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,軸線對稱的圓錐形料斗,m=1;平面對稱的楔形料斗,m=0
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)為應力函數,對于各種數值不同的有效內摩擦角、壁面摩擦角和料斗半頂角q,Jenike已經算出了它們的流動因素
流動函數FF和流動因素ff見上圖。當密實主應力s1大于臨界密實主應力,位于fc線之上的s1線部分滿足流動判據,處于料拱上的應力s1超過料拱強度fc, 則發(fā)生流動。 s1小于臨界密實主應力時,應力不足以引起破壞,將發(fā)生起拱。
式中ρB—物料容積密度; B—卸料口寬度 H(θ)—料斗半頂角的函數
①作剪切測定,在s-t坐標上畫出屈服軌跡,求有效內摩擦角d 、開放屈服強度fC、壁摩擦角fr;
②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ff;
③從相應的摩爾圓上確定fC及s1值,做出流動函數FF曲線,并在同一座標中畫出ff;
④算出小卸料口徑。
7.12.顆粒儲存和流動時的偏析
設備的設計
顆粒物料處理設備的設計過程中忽略物料的特性或是料性數據掌握得不夠準確, 都將導致設備在實際運行中出現各種各樣的故障, 影響企業(yè)的正常生產活動。在設計時, 充分考慮到設備將來的運行工況,并對物料的料性進行測試, 為優(yōu)化設計提供理論依據, 這些只需很少花費的前期工作可大大地降低設備故障給企業(yè)造成的經濟損失。料性測試結果的準確性、 一致性很大程度上依賴于操作者的實驗水平和測試經驗。因此, 需要制定詳細的測試操作規(guī)范,既可以共享測試經驗、 提高整體測試水平,又能降低人為因素的影響, 提高測試結果的準確性和一致性。
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