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

Функциональное разделение двухбарабанного питателя, не механический разрез. 1 — верхний барабан, дозирующий топливо; 2 — нижний барабан, принимающий порции и ограничивающий газовый переток; 3 — передача отдельных порций между барабанами; 4 — газовая сторона после нижнего органа; 5 — условно выделенный вопрос возможного переноса газа через зазоры и освобождающиеся полости, а не доказанная герметичность. Охристые стрелки показывают направление топлива, точки условно обозначают порцию и не задают число частиц. Голубая область обозначает газовую сторону; пунктирная синяя стрелка показывает одно из возможных направлений перетока при соответствующем перепаде давления, не отдельный обходной трубопровод. Реальные направление и величина перетока требуют проверки. Форма и число отсеков, зазоры, вращение и взаимная фазировка в этой блоковой схеме не назначены; функцию нижнего органа нельзя приравнивать к ремонтной изоляции.

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.