粉体力学课件：6 专题：料仓结构设计.ppt

1、Silo design and configurations Silo design and configurations 2012-04-11目录1234 流动性质对料仓的影响 料斗形状 改流体5 卸料辅助设备 卸料过程Discussion of testers and test procedures 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 目录1234 流动性质对料仓的影响流动性质对料仓的影响 料斗形状 改流体5 卸料辅助设备 卸料过程Discussion of testers and test procedures 粉体力

2、学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 Silo configurations as a function of the results of silo design for flow 流动性质对料仓的影响流动性质对料仓的影响料拱整体流动 ff半锥角dcrit目录1234 流动性质对料仓的影响 料斗结构料斗结构 改流体5 卸料辅助设备 卸料过程Discussion of testers and test procedures 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 Ho

3、pper shapes (basic shapes)a. conical; b. wedge-shaped; c. asymmetric wedge-shaped; d. asymmetric conical料斗的基本形状：圆锥型和V型非对称料斗形状：圆锥型和V型结构料斗结构料斗结构Modified hopper shapes; angles indicate the maximum slope to the vertical for mass flow.料斗结构料斗结构2012-3-30锥型料斗质量流动条件锥型料斗质量流动条件: :已知有效内摩擦角，壁面摩擦已知有效内摩擦角，壁面摩擦角及最大

4、的倾斜角，就可以确定质量流动。角及最大的倾斜角，就可以确定质量流动。锥型料斗的安全的最大倾斜角为理论值减去锥型料斗的安全的最大倾斜角为理论值减去3 3 5 5Mass flow diagram (conical hopper)料斗结构料斗结构V V型料斗的质量流动条件型料斗的质量流动条件: :对于同样的材质，对于同样的材质，V V型的质量型的质量流动的料斗会比圆锥型的料斗平一些，变化范围大概流动的料斗会比圆锥型的料斗平一些，变化范围大概在在8 8至至1212。料斗结构料斗结构Mass flow diagram (wedge-shaped hopper, l 3b)圆锥型的料斗与圆锥型的料斗与V

5、 V型型的料斗相比它的倾斜的料斗相比它的倾斜角在转变区域变化的角在转变区域变化的更大。更大。12sin1brgm 如果料斗中有预压缩应力，粉体重量将作用在料斗如果料斗中有预压缩应力，粉体重量将作用在料斗壁面上。需要提供一个稳定的物料形成结拱的一个应力壁面上。需要提供一个稳定的物料形成结拱的一个应力 1，以承担形成的料拱的应力。，以承担形成的料拱的应力。Jenike假设粉体的拱桥假设粉体的拱桥形状平滑，垂直方向的厚度恒定，且料拱承受自身的重形状平滑，垂直方向的厚度恒定，且料拱承受自身的重量，料拱上方物料载荷忽略不计。量，料拱上方物料载荷忽略不计。m是料斗形状的参数：是料斗形状的参数： m=0 V

6、型料斗型料斗 m=1 锥型料斗锥型料斗料斗料斗结构结构/ /预压缩应力预压缩应力 稳定稳定料拱形成条件：开放料拱形成条件：开放屈服屈服强度强度 c远大于形成稳远大于形成稳定定料拱料拱的应力的应力 1，即，即 c 曲线与曲线与 1曲线交点以下部分。曲线交点以下部分。 交点的位置决定了料斗的交点的位置决定了料斗的位置位置height h*，即即临界出临界出口直径口直径dcrit。料斗料斗结构/ /最小出口尺寸最小出口尺寸Model for determination of minimum outlet size, dcrit, to avoid arching1( , ,) (1 sin)bxee

7、r gs 根据根据 1 和和 1公式，可求得公式，可求得Jenike流动因子流动因子ff 。ff取决于取决于流动性质流动性质f fx、 f fe、和料斗的形状、和料斗的形状m以及以及 ，加上，加上参数参数s，可可确定确定ff。料斗料斗结构/ /流动因子流动因子ff12sin1brgm11const1 sin(1)( ,)2sinexeffms 根据根据 1 和和 1公式，可求得公式，可求得Jenike流动因子流动因子ff 。ff取决于取决于流动性质流动性质f fx、 f fe、和料斗的形状、和料斗的形状m以及以及 ，加上，加上参数参数s，可可确定确定ff。料斗料斗结构/ /流动因子流动因子ff

8、Flow factor, ff, for conical hoppers and e = 40/50为避免结拱，必须确定出临界出口尺寸，为避免结拱，必须确定出临界出口尺寸，可由可由 c 、 1计算计算。料斗料斗结构/ /最小出口尺寸最小出口尺寸Flow function and time flow functions; major stress in a stable arch, 1根据根据交点交点确定确定临临界界 c 和和 1。可计。可计算出等价的当地算出等价的当地料斗直径及临界料斗直径及临界直径。直径。, c critcritbbg,2c critcritbdgV型料斗的临界出口宽度：锥型

9、料斗的出口临界直径：料斗料斗结构/ /最小出口尺寸最小出口尺寸更精确的计算公式：V型料斗的临界出口宽度：锥型料斗的出口临界直径：,()c critcritpb critbHg,()c critcritcb critdHg物料密度对应 于 1,crit 时的临界密度。函数 H( )的值考虑了料斗几何形状。料斗料斗结构/ /最小出口尺寸最小出口尺寸V型料斗的临界出口宽度：锥型料斗的出口临界直径：物料密度对应 于 1,crit 时的临界密度。函数 H( )的值考虑了料斗几何形状。Function H(),()c critcritpb critbHg,()c critcritcb critdHgSym

10、metric and asymmetric hoppers; a./b. arching; c./d. ratholing料斗料斗结构/料斗形状料斗形状Transition from hopper to feedera. abrupt reduction of cross-section leads to stagnant zones;b. transition hopper designed for mass flow料斗料斗结构/料斗形状料斗形状Fastening and arrangement of liners料斗料斗结构/料斗形状料斗形状a. Silo with multiple o

11、utlets; b. silo with additional lateral outlet料斗料斗结构/料斗形状料斗形状多出口可以排料给到不同的送料机，或者其他的下游多出口可以排料给到不同的送料机，或者其他的下游分离单元。分离单元。Expanded flow: combination of a mass flow hopper and a funnel flow hopper料斗料斗结构/料斗形状料斗形状图中料斗形式是“膨胀流”，是质量流动与中心流动结合的一种形式。膨胀流的优点如下：1.与质量流动相比减小料斗的高度。2.与相同出口尺寸的中心流动的料斗相比，流动的区域明显增加。3.与中心流动的

12、料仓相比，为了避免管状流动，它的出口尺寸更小。Mass flow silo with varied hopper slope, , due to a stress-dependent wall friction angle, x料斗料斗结构/料斗形状料斗形状目录1234 流动性质对料仓的影响 料斗形状 改流体改流体5 卸料辅助设备 卸料过程Discussion of testers and test procedures 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 料斗料斗结构/改流体改流体料仓内件：壁面上的喷嘴，改流体、管线、水平

13、传感器或者梯子。如需加设内件，必须考虑内件所受应力，而且应力值有可能非常大。内件支撑结构需要承受内件，而且对流型也不利。所以支撑结构的设计必须非常小心。例如，他们的表面必须充分的陡峭以防止形成停滞区域。Inserts a. inverted cone; b. wedge料斗料斗结构/改流体改流体改流体以及料仓壁面之间结拱的问题料斗料斗结构/改流体改流体改流体必须是在特殊的条件或者任务的前提下才可以使用，如以下几种情况：1.压力、湿度的测量。2.流动形式的改变。3.减少分离、磨损、振动。4.提高质量流量的速率。5.增加气体或者液体。6.减小应力对料仓的影响。7.粉体的均匀与混合。Applicat

14、ions of inverted cone inserts: a. gas injection; b. enlargement of the flow zone;空气炮空气炮料斗料斗结构/改流体改流体冷却粉体或者清洗管路扩大流动区域减小垂直方向的应力Applications of inverted cone insertsc. inverted cone silo; d. silo with rotary plow料斗料斗结构/改流体改流体改流体一般是用来解决中心流动不是特别严重问题的一种方法a. Silo with cone-in-cone insert; b. pneumatic blen

15、ding silo料斗料斗结构/Cone-in-Cone Cone-in-Cone Binsert当粉体的流动性质较差并且经过一定的存储容易板结的情况下，不建议使用这种改流体。在中心管中，粉体通过气动的作用从底部送到顶部，而且填料可以被循环混合，直到达到要求目录1234 流动性质对料仓的影响 料斗形状 改流体5 卸料辅助设备 卸料过程卸料过程Discussion of testers and test procedures 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 Operating modes of discharge tube

16、s; a. plug flow; b. accelerated flow料斗料斗结构/排料管排料管Situation at lateral openings of a discharge tube during plug flow; flow zone and lines of major principal stress料斗料斗结构/排料管排料管Operating modes of discharge tubes; plug flow料斗料斗结构/排料管排料管（1）减少摩擦。尤其对一些比较敏感的粉粒体。（2）在质量流动的料仓中通常都会有振动，而非常合理设计的排料管将减小振动。（3）如果料仓时

17、先填充，过一段时间排料，使用排料管会减少偏析。（4）减少作用于料仓壁的应力。a. “Dynamic” stress peak caused by a stagnant zone; b. discharge tube acting as “antidynamic tube” to avoid the stress peak料斗料斗结构/排料管排料管Gravity blendersa. multiple blending pipes; b. central blending pipe料斗料斗结构/排料管排料管目录1234 流动性质对料仓的影响 料斗形状 改流体5 卸料辅助设备卸料辅助设备 卸料过程

18、Discussion of testers and test procedures 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 Qualitative distributions of major principal stress, 1, bulk density, b, and gas overpressure, pe, vs. vertical coordinate, z, during discharge of a finegrained bulk solid from a mass flow siloDynamic arch

19、 of a cohesive bulk solid at maximum mass flow rate 粉体的流动性 根据颗粒粒度x和颗粒与流体 的密度差的不同，Geldart确定 了四个区域： A易流动 B流动性比区域A稍弱 C颗粒较小，颗粒间附着力使颗粒有凝聚行为。不易流化 D粗颗粒，流态化要求气速非常大Pneumatic discharge aids (examples); a. porous hopper; b. aeration box; c. aeration pad; d. aeration nozzle; e. vibrating aeration nozzle; f. air

20、 cannon向下流动向下流动克服摩擦克服摩擦破坏鼠孔破坏鼠孔破坏拱破坏拱适用于适用于A类颗粒类颗粒大颗粒不适用大颗粒不适用料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料On the influence of injected air on the flow profile料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料Application of discharge aids; example: air cannon安装在源头位置安装在源头位置空气炮作用范围大空气炮作用范围大从低到高，固结材料逐步松散。从低到高，固结材料逐步松散。料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料Discharge with air slides料斗料斗结构/辅

21、助卸料辅助卸料Possible stagnant zones when a bulk solid is discharged with long air slidesPrinciple of air-assisted conveying on an air slide细细颗颗粒体可以通过引入气体粒体可以通过引入气体进行进行运输。运输。气动卸料辅助设备气动卸料辅助设备初始流动和支撑初始流动和支撑粉粉粒体的重力粒体的重力根据空气流率，上行空气可导致正应力降低，根据空气流率，上行空气可导致正应力降低，粉体粉体松松动动，甚至流化，甚至流化，气体分布器与气体分布器与水平角度成水平角度成15时，时，粉粉粒

22、体沿粒体沿表面向下游输送表面向下游输送。料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料Inverted cone silo: vertical section (left) and top view (top right); magnified area around an outlet opening with the intended conveying direction of the air slides (bottom right).均化作用均化作用同一时刻有一个或多同一时刻有一个或多个卸料口卸料个卸料口卸料料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料直径达直径达25m高度达高度达50mRotary valve

23、with vertical axis and agitator用于气压不同的系统。用于气压不同的系统。质量流率与旋转速度呈正比质量流率与旋转速度呈正比。料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料敲击物敲击物搅拌器搅拌器Vibrating insert料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料震动器震动器a. Diverter with two butterfly valves; stagnant zone forms on the closed valve; b. butterfly valve with downstream single blade diverter料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料Formation

24、 of stagnant zones due to partly opened gates a. slide gate; b. clamshell gate料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料a. Funnel flow caused by an en-masse feeder; b. en-masse feeder with guide plates (cross-hatched) 链式链式给料器给料器主要主要部件部件为位于料槽内两链轮之间的为位于料槽内两链轮之间的单根或两根链条单根或两根链条 链式链式给料器给料器可用于输送细粒和粗粒可用于输送细粒和粗粒(-100mm)、粗糙粗糙、高温高温(100

25、0)、粘性的粘性的粉粉粒体，但是不能用于易碎材料。粒体，但是不能用于易碎材料。 趋于从开口后端排放趋于从开口后端排放。料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料Discharge with a belt feeder: a. non-uniform discharge; b. uniform dis-charge due to a tapered outlet; c. uniform discharge due to a hopper with tapered lower edge and vertical walls; d. uniform discharge due to layer-height l

26、imiters (rough belt) 带式带式给料器由给料器由驱动驱动轮轮，张紧轮，张紧轮，惰轮和韧性皮带组成。惰轮和韧性皮带组成。 光滑皮带或较高的开口，趋向于前端卸料，反之，后端。光滑皮带或较高的开口，趋向于前端卸料，反之，后端。 容量递增原理（容量递增原理（b,c,db,c,d）。）。 卸料速率由皮带卸料速率由皮带 速度和开口高度速度和开口高度 控制。控制。料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料皮带宽皮带宽 1-5m皮带速度皮带速度 0.025-0.5m/s质量流量质量流量 1000t/h粘性易碎材料粘性易碎材料Vibratory feeder; a. discharge only from

27、 the front part due to an inappropriate long outlet slot; b. uniform discharge due to a sufficiently small length of the outlet in conveying direction; c. misadjusted vibratory feeder resulting in funnel flow 震动震动给料器由给料器由料仓出口下面有弹性支承的料槽组成。料仓出口下面有弹性支承的料槽组成。 驱动方式：驱动方式：离心驱动，电磁驱动，曲柄驱动。离心驱动，电磁驱动，曲柄驱动。 开口长

28、度和料层高度比值小于开口长度和料层高度比值小于1 通过调整振幅和频率，来控制泄放率。通过调整振幅和频率，来控制泄放率。料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料5-100Hz0-15Bin activator and similar principles底部弹性料斗震动，震动马达驱动。底部弹性料斗震动，震动马达驱动。料仓松动器既可以初始化流动，也可以排料料仓松动器既可以初始化流动，也可以排料料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料Funnel flow inside a vibrating hopper due to a following conveying equipment (here: rotary val

29、ve)料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料Discharge of an easy flowing bulk solid with a rotary valve料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料600以上的细粉体以上的细粉体转速转速 5-90rpm转子直径转子直径 500mm质量流量质量流量 1000m3/hRotary valve with leakage air vent料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料Rotary valve with converging inlet sectionPrinciple of a rotary plow feeder with one plow: a. vertica

30、l cut; b. top view带有一个可旋转的刮刀，卸放流动性较差的颗粒。带有一个可旋转的刮刀，卸放流动性较差的颗粒。改流体的加入，是为了防止卸料的不可控。同时减改流体的加入，是为了防止卸料的不可控。同时减小了刮刀的负载，和驱动扭矩。小了刮刀的负载，和驱动扭矩。旋转刮刀喂料旋转刮刀喂料机适用于粘性机适用于粘性和流动性较差和流动性较差的的粉体。不适粉体。不适用于易碎颗粒用于易碎颗粒料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料Principle of a rotary discharge machine reclaiming from two sides (sectional plane perpendi

31、cular to the direction of travel), top view of the discharge wheel旋转卸料机械经常被用于大型料仓，其出口料筒的旋转卸料机械经常被用于大型料仓，其出口料筒的长度长度可可超过超过20m（例如，电厂的煤仓）（例如，电厂的煤仓）料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料直径直径1-8m0.5-6000m3/hArrangement of hopper wall and plow (or discharge wheel)对于质量流，必须保证对于质量流，必须保证粉粉体从整个出口料筒的宽度卸料。体从整个出口料筒的宽度卸料。图图a中，中，靠近料仓壁面的停滞

32、区的形成。对于流动性不好的靠近料仓壁面的停滞区的形成。对于流动性不好的粉体长期堆放将板结粉体长期堆放将板结。旋转刮刀位于料仓的下面，可以采用垂直壁面旋转刮刀位于料仓的下面，可以采用垂直壁面b或者底切或者底切c等结构等结构。料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料Configurations of screw feeders螺杆给料器螺杆给料器容量递增原则容量递增原则料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料喂料机直径喂料机直径 100mm旋转速度旋转速度15-80rpm细粉体细粉体(木屑、玉米、木屑、玉米、水泥、沙子、煤灰）水泥、沙子、煤灰）Multiple screw feeder with collecting

33、 screw; a. view from the top; b. vertical cut多螺杆送料器由许多处在同一室的平行螺杆组成。多螺杆送料器由许多处在同一室的平行螺杆组成。合适的螺杆底平面合适的螺杆底平面高度高度，可可保证卸料完成时保证卸料完成时粉体粉体的残的残余量很小。多螺杆给料器适用于粘性，流动性差，粒余量很小。多螺杆给料器适用于粘性，流动性差，粒径不大的颗粒。径不大的颗粒。料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料长度可达长度可达6m6m料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料直径直径2-20mOrbiting screw feeder旋转螺旋给料器旋转螺旋给料器Discharge system with oscillating bars; a. bars closed; b. discharge by oscillating rotation of the bars摆杆系统由摆杆系统由许许多平行的杆组成，这些杆慢慢的做回多平行的杆组成，这些杆慢慢的做回转震荡来改善流动。转震荡来改善流动。料斗料斗结构/辅助卸料辅助卸料直径直径2-20mThanks