Два барабана в питателе: дозирование и уплотнение разными элементами

Расчёты и пояснения

Оглавление · Предметный указатель

Конструкторский материал

В питателе крупному куску нужно пройти свободно, а газу через тот же узел желательно не проходить вовсе. Чем плотнее поджаты поверхности, тем меньше место для частицы, случайно попавшей между кромкой и корпусом. Если решить этот конфликт только мощностью двигателя, вместо питателя можно получить плохо рассчитанную дробилку.

В двухбарабанной схеме верхний элемент отмеряет поступающее топливо, нижний переносит его через газоразделяющую часть. Разделение функций даёт конструктору возможность контролировать заполнение нижнего органа. Но его надо действительно согласовать с порциями верхнего, а не просто поставить два вращающихся устройства друг над другом.

Что это даёт на практике

Два барабана разделяют дозирование топлива и ограничение перетока газа, позволяя контролировать заполнение нижнего узла. За это приходится платить дополнительными сопряжениями, износом уплотняющей части и риском зажатия кусков движущимися кромками. Согласовать нужно объём и момент прихода каждой верхней порции, а не только среднюю подачу; для щепы и волокнистого сырья пригодность зависит от реального прохождения материала, которое более мощный привод сам по себе не обеспечивает.

Как порция проходит два элемента

Отсек верхнего барабана принимает материал под входным окном, поворачивается и разгружается к нижнему элементу. Топливо движется отдельными порциями, даже если издали поток кажется непрерывным. Нижний барабан принимает их в свои отсеки и передаёт дальше, при этом его перегородки и поверхности ограничивают переток газа между входом и выходом.

Козырьки, отсекатели и направляющие у входа влияют на то, сколько материала захватит отсек и куда попадёт лишний кусок. В описании Гипрогазтоппрома у Гинзбурга это верхний дозирующий и нижний уплотняющий барабаны. В варианте Вельмана у Рамбуша отдельно показаны направление подачи и свободное пространство, препятствующие чрезмерному набиванию нижнего элемента.

Это разные исполнения. Рис. 8 Гинзбурга относится к Гипрогазтоппрому, рис. 131 Рамбуша — к Вельману. Соседние у Рамбуша Морган, Чепмен и Кэмден имеют собственные решения. Их водяные кожухи, способы обслуживания и компенсации износа нельзя собрать в один якобы исторический двухбарабанный питатель.

Расчёт средней подачи

Для учебного дозатора с одинаковыми отсеками запишем:

G = 60 · ρнас · Vо · z · n · φ.

Здесь G — средняя массовая подача, кг/ч; ρ_нас — насыпная плотность топлива, кг/м³; V_о — геометрический объём одного отсека, м³; z — число отсеков; n — частота вращения, об/мин; φ — доля объёма отсека, заполненная засыпкой. Множитель 60 переводит минуты в часы. Каждый отсек в этой модели загружается и разгружается один раз за оборот.

Зададим условные исходные, не относящиеся к паспортам исторических машин:

• ρнас = 600 кг/м³;
• Vо = 0,012 м³, или 12 л;
• z = 4;
• n = 0,50 об/мин;
• φ = 0,70.

В одном отсеке находится V_п = 0,012 × 0,70 = 0,0084 м³ засыпки. Масса порции m_п = 600 × 0,0084 = 5,04 кг.

Число порций в минуту равно z·n = 4 × 0,50 = 2. За час их будет 2 × 60 = 120. Тогда:

G = 5,04 × 120 = 604,8 кг/ч.

Тот же результат по общей формуле:

G = 60 × 600 × 0,012 × 4 × 0,50 × 0,70 = 604,8 кг/ч.

Условный объёмный расход засыпки составляет 604,8/600 = 1,008 м³/ч. Это объём сыпучего материала с межчастичными пустотами, а не объём газа и не истинный объём древесины или угля.

Теперь при прежнем устройстве и оборотах поступает другая партия: ρ_нас = 300 кг/м³, φ = 0,50. Получим:

G = 60 × 300 × 0,012 × 4 × 0,50 × 0,50 = 216 кг/ч.

Подача стала почти втрое меньше без всякой неисправности редуктора. Насыпную плотность и заполнение измеряют раздельно: одно характеризует засыпку, другое — её размещение в отсеке. На реальном топливе φ меняется с формой кусков, влажностью, уровнем в бункере и частотой вращения.

Нижнему барабану недостаточно успевать «в среднем»

Продолжим первую задачу с ρ_нас = 600 кг/м³. Пусть условный нижний барабан имеет шесть отсеков по 0,018 м³ и вращается с той же частотой 0,50 об/мин. Для этого учебного сравнения заранее выделим под принимаемую порцию 60% объёма отсека; остальное оставим свободным. Эта доля не является универсальной нормой заполнения.

Доступный объём одной нижней ячейки:

Vд = 0,018 × 0,60 = 0,0108 м³ = 10,8 л.

Число приёмных ячеек, проходящих за минуту, равно 6 × 0,50 = 3. Условная средняя объёмная пропускная способность:

Gv,н = 0,0108 × 3 × 60 = 1,944 м³/ч.

По массе это 1,944 × 600 = 1166,4 кг/ч. Она больше подачи верхнего барабана 604,8 кг/ч. Одна верхняя порция 8,4 л тоже меньше доступных 10,8 л; остаётся 10,8 − 8,4 = 2,4 л. Но принять порцию ещё надо успеть в соответствующем положении нижнего отсека. Проверяют фазу вращения, продолжительность разгрузки и то, сколько материала задерживается между барабанами.

А теперь верхний отсек из-за изменившегося заполнения захватил все 12 л, то есть φ стало 1,00. Средняя верхняя подача выросла до 60 × 600 × 0,012 × 4 × 0,50 = 864 кг/ч. Она всё ещё ниже 1166,4 кг/ч, но одна порция 12 л уже больше выделенных нижних 10,8 л.

Вот конкретный пример, когда проверка только килограммов в час пропускает местное переполнение. Даже без роста среднего расхода две порции, задержавшиеся в переходе, способны прийти к нижнему органу вместе. Поэтому нужны и объёмный расчёт, и наблюдение за отдельными порциями на стенде.

Что делает зажатый кусок

Если материал попал между движущейся кромкой и корпусом, усилие зависит от его прочности и способа зажатия. Хрупкий уголь может расколоться; в тракт попадёт новая мелочь. Волокнистая щепка способна смяться, зацепиться и удержать соседние частицы. Прочный длинный кусок передаст значительную нагрузку в барабан, вал и привод.

Гинзбург прямо отмечал ограничение описанных обычных барабанов для древесины и торфа, которые не раздавливаются подобно углю. Для современного устройства пригодность проверяют по конкретной геометрии и диапазону сырья. Совпадение среднего размера угля и щепы не воспроизводит одинаковый проход.

Направляющая, ограничение заполнения и путь лишних кусков поэтому важнее попытки поставить двигатель помощнее. Нужна рассчитанная защита от заклинивания с учётом того, какое состояние газового разделения останется после остановки. Средний ток двигателя может выглядеть спокойно, пока кратковременные пики разрушают кромку или соединение.

Уплотнение и нагрев

Газ проходит через зазоры между барабаном и корпусом, а также переносится в освобождающихся полостях. Поэтому утечка зависит от состояния сопряжения, перепада давления и движения барабана. При износе кромок проход увеличивается. При чрезмерном прижиме, тепловом перекосе или загрязнении растёт сопротивление вращению.

В описанном Гинзбургом исполнении уплотняющий барабан имеет коническое сопряжение с корпусом. Это геометрия газоразделяющей пары. Распределительный конус, который иногда ставят ниже питателя для укладки топлива по площади шахты, выполняет другую работу.

На пуске корпус, барабан и вал нагреваются с разными скоростями. Поэтому холодный зазор и горячий могут различаться, а жёсткое присоединение к бункеру способно передать дополнительные усилия. В конструкции Гипрогазтоппрома показан компенсатор из волнистой стали, воспринимающий изменение длины корпуса. Он не устраняет необходимость проверить опоры, взаимное положение вращающихся деталей и плотность присоединений.

На малой подаче поверхности могут остыть до условий образования липких отложений. Пыль задерживается на них, а нагрузка возрастает уже при прежнем расходе топлива. На повышенной подаче появляются другие ограничения: время заполнения и опорожнения, местное переполнение, больше контактов и дробления. После длительной работы эти режимы проходят уже по изношенной поверхности, поэтому одно удачное испытание нового питателя не описывает его весь срок службы.

В исторических книгах встречаются охлаждаемые корпуса и использование конденсирующейся смолы для смазки в определённых исполнениях. Для новой конструкции это повод исследовать температуру и отложения, а не повторять старый приём без проверки состава газа. Уменьшение утечки, устойчивое вращение и приемлемое загрязнение приходится обеспечивать вместе.

Узел, который можно обслужить

Нижний барабан работает у газовой стороны и требует внимания к износу. В компоновке проверяют доступ к корпусу, сменным сопряжениям, направляющей и приводу, путь извлечения барабана и опоры при его демонтаже. Наличие крышки помогает только тогда, когда перед ней осталось достаточно места.

Для осмотра реальную установку выводят в предусмотренное безопасное состояние. Рассматривать исправно вращающийся барабан как изолирующий затвор для ремонтных работ нельзя: рабочие зазоры и полости остаются газовыми путями. Необходимое разделение задаётся схемой установки, а не названием «уплотняющий».

Какие неизвестные снимает опытный питатель

Сначала определяют диапазон свойств топлива и считают среднюю подачу с несколькими вариантами заполнения. На холодном узле взвешивают отдельные порции и накопленный расход, наблюдают нижний вход, измеряют пиковые нагрузки и изменение количества мелочи. Испытывают реальные крайние партии; специально приготовленные аккуратные куски часто скрывают главный будущий отказ.

Следом отдельно исследуют газовый переток безопасной испытательной средой и тепловую работу сопряжений. Для горячего опыта важны накопление отложений, изменение нагрузки привода и утечки после заданного числа циклов. Контроль одной частоты вращения этих данных не даёт.

При масштабировании пересчитывают порции и согласование окон, массу вращающихся деталей, нагрузки и температурные перемещения. Увеличение нижнего барабана может помочь принять порцию, но увеличит и перемещаемый газовый объём; более тяжёлый привод потребует другой опоры. Эти последствия лучше проверить на опытном узле до включения в большой объект.

Если пропустить эту работу, исправлять придётся всё сразу: дробление, подсосы, заклинивание и неудобный демонтаж. На территории заказчика каждый вариант новой кромки или направляющей требует остановки и изготовления детали вдали от своей мастерской. Так короткая на чертеже двухбарабанная сборка становится многолетней программой доводки.

Продолжить чтение

• Двухклапанная коробка — другой способ передачи порций и учёт газа камеры.
• Распределитель Бильдта — укладка топлива по площади.
• GWEB_C0017 (вне пакета) и GWEB_C0019 (вне пакета) — крупность и насыпная плотность.
• GWEB_C0073 (вне пакета) — подача под давлением, требующая отдельного шлюзового решения.

К оглавлениюALVERJOB

Источники и материалы

• Д. Б. Гинзбург. «Газификация твёрдого топлива», 1958, с. 34–35, рис. 8: питатель Гипрогазтоппрома, дозирование и уплотнение, ограничение заполнения, коническое сопряжение и компенсатор.
• Н. Э. Рамбуш. «Газогенераторы», 1939; внутренняя пагинация доступной перевёрстки (точность относительно факсимильного оригинала отдельно не установлена), с. 193–195, рис. 128–131: разные барабанные устройства; рис. 131 относится к Вельману. Исторические способы обслуживания работающего узла и смазывания смолой не перенесены в рекомендации.
• Источники описывают различное число лопастей верхнего элемента Вельмана; оно не назначено общей характеристикой. Четыре и шесть отсеков в расчёте — условный учебный набор, не атрибуция рисункам.
• Расходы, коэффициенты заполнения и согласование порций рассчитаны по условным исходным; они не задают допустимую производительность или газоплотность конкретного оборудования.