Файл: Барон, Л. И. Износ и защита внутренних поверхностей угольных бункеров.pdf

Учет влияния крупности и влажности угля на его угол впеш; него трения по различным материалам при проектировании тран­ спортных устройств и сооружении является обязательным. Завы­ шение величины угла внешнего трения для углей первой группы крупности может привести к тому, что в бункере будет иметь ме­ сто гидравлический вид истечения, что нежелательно с точки зре­

отрыва частиц угля от вну­ тренней поверхности стенок бункера, так как это будет способст­

вовать устранению трудностей, обусловленных налипанием влаж­ ной угольной мелочи на поверхности хранилищ, погрузочных и транспортных устройств.

А. Т. Шарков [59] исследовал эффективность применения неко­

сивность налипания влажного угля, является величина краевого угла смачивания. Чем больше угол смачивания, тем меньше на­ липает уголь на данную поверхность.

Известен ряд материалов с большим краевым углом смачива­ ния, пригодных для покрытий различных транспортных устройств (бункеров, желобов, течек). К таким материалам, называемым гидрофобными, несмачнваемыми пли водоотталкивающими, отно­ сятся пластические массы (полиэтилен, капрон, тефлон), различные лаки, эмали, многие нефтепродукты (парафин, смазоч­ ные масла).

77

Г Л А В А III

ИССЛЕДОВАНИЯ НА МОДЕЛЯХ

1. ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Моделирование физических явлений базируется, в первую оче­ редь, на учении о подобии. Механически подобными называют такие системы, у которых все параметры, характеризующие ме­ ханические процессы, происходящие в одной системе, могут быть получены простым умножением соответствующих параметров дру­ гой системы на некоторые постоянные переходные множители, от­ вечающие масштабу моделирования.

Аналитическое определение количественных закономерностей н условий перехода от натуры к модели, и наоборот, представ­

описания названных процессов пли же неупрощенных аналитиче­ ских решений инженерных задач, связанных с такими процесса­

задач, связанных с разрушением или перемещением разнообраз­ ных по своим свойствам горных парод [4], в частности углей, сле­ дует осмотрительно подходить к оценке реальных возможностей моделирования и использования даваемых им результатов в рас­ сматриваемой нами области.

Положительные особенности моделирования как метода науч­ ных исследований и ряд его преимуществ очевидны. Известно, что натурные исследования процессов истечения сыпучих из бун­ керов и характера износа внутренних поверхностей последних представляют значительные трудности в организации, трудоемки и требуют много времени, и при всем этом не всегда дают хоро­ шие результаты из-за несопоставимости данных, полученных на разных бункерах, изменяющихся условий и других причин, значи­ тельно ограничивающих возможности исследователя. Эти труд­ ности не возникают при моделировании. Если при проведении

79

исследований на действующих бункерах в производственных усло­ виях передвижение сыпучего тела в бункере остается скрытым от визуального наблюдения, то на модели с прозрачной стенкой мы можем наблюдать за перемещением слоев сыпучего и отдельных его частиц. Кроме того, моделирование позволяет в процессе экс­ перимента изменять условия, придавать разные значения иссле­ дуемым параметрам, усиливать или ослаблять влияние отдельных факторов для установления взаимосвязей явлений. Неудивительно, что моделирование получило широкое применение в практике на­ учных исследований.

В горной промышленности наиболее крупные исследования, связанные с механикой сыпучих масс, проведены в области вы­ пуска руды при разработке мощных рудных залежей. Начатые в Криворожье еще до Великой Отечественной войны, они широко были развернуты в послевоенный период и на горнорудных пред­ приятиях Кривого Рога, и на крупных рудниках комбината «Апа­ тит», и на железных рудниках Горной Шорни, и на ряде горно­ рудных предприятий цветной металлургии. Специально по выпу­ ску руды в нашей стране издано несколько книг, в том числе и капитальные монографии. Опубликован ряд ценных исследований научно-методического характера по вопросам моделирования вы­ пуска. Последние представляют в аспекте настоящей работы осо­ бый интерес, так как процесс разгрузки бункеров гораздо ближе к процессу, изучавшемуся на моделях выпуска, чем фактическая выдача рудной массы из подземных очистных блоков.

Анализ накопленных материалов позволил сделать вывод, что метод моделирования, несомненно, можно использовать для изу­ чения качественной картины процессов перемещения сыпучего ма­ териала в бункерах, для выяснения физических особенностей это­ го процесса при изменении свойств сыпучего тела и параметров бункера, для предварительной количественной оценки вероятного относительного влияния различных факторов. Поскольку предме­ том изучения в данной работе является износ внутренних поверх­ ностей угольных бункеров, метод моделирования был применен, во-первых, для исследования влияния геометрических параметров бункера, а также способа загрузки и вида истечения сыпучего ма­ териала на характер износа внутренних поверхностей и, во-вторых, для определения условий возникновения нормального и гидрав­ лического видов истечения, поскольку изложенные в главе I ре­ зультаты натурного обследования бункерного хозяйства на уголь­ ных предприятиях Донбасса показали исключительно важное значение данного вопроса как фактора процесса изнашивания внутренних поверхностей бункера.

Исследования было решено проводить на моделях с прозрач­ ной стенкой и для улучшения видимости перемещений отдельных частиц сыпучего применять укладку его слоями с прослойками, отличающимися по цвету. Возможность использования моделей такого типа обосновал Б. Е. Гордой [25]. Использовав методы

80

рентгенографии и радиографии, он показал, что: 1) перемещения частиц сыпучего при выпуске у стеклянной стенки и в глубине модели подобны и отличаются только скоростями движения; 2) скорости и траектории движения отдельных частиц сыпучего материала при выпуске из отверстий не зависят от их объемного веса, а зависят от расположения относительно оси выпуска и пло­ скости отверстия. Первый из этих выводов позволил использовать модели с прозрачной стенкой, а второй —- применять либо специ­ альные марки, либо прослойки иного цвета для фиксации траек­ торий движения частиц при выпуске материала из модели.

При построении модели и разработке программы опытов были приняты следующие исходные положения методического харак­ тера.

В первом приближении было решено ограничиться учетом двух видов сил: внешних— тяжести и внутренних — напряжений, возникающих в сыпучем материале и на контакте сыпучего ма­ териала с внутренними поверхностями стенок.

Как отмечалось в главе I, износ внутренних поверхностей бун­ керов рядовыми и мелкими углями незначителен или вообще от­ сутствует. Поэтому исследования износа было решено проводить

кусками сортированного угля действуют только силы трения и он является несвязной средой (коэффициент сцепления равен нулю).

Свойства такого угля, как сыпучего тела, характеризуются величинами угла внутреннего трения р и плотности б. Перемеще­ ние сыпучего тела в ограниченном пространстве (в бункере) за­ висит также от угла р' трения его о стенки сосуда.

Величины углов внутреннего трения угля и трения его о стен­ ки бункера являются безразмерными величинами. Поэтому в мо­ дели они должны быть такими же, как в натуре.

Для получения критериев динамического подобия было реше­

Процессы истечения сыпучего из бункера и износа внутренних поверхностей последнего происходят под действием сил тяжести, поэтому: