Basic HTML Version
6
Keramický zpravodaj 27 (3) (2011)
mination of the arch, while attention is focused on soluti-
ons using the shifting dynamic arch developed in the
Laboratory of bulk materials, VSB - Technical University of
Ostrava.
Keywords
Bulk Solids, Mass Flow, Arching, Arch, Flow Failures
1. Úvod
V technické praxi jsou v souvislosti s výrobou, dopravou
a skladováním sypkých hmot velmi často navrhovány
dopravní cesty se zmenšujícím se průřezem ve směru
toku sypkých hmot, tzn. redukční prvek, případně
redukční úsek dopravy. Tento úsek dopravní cesty se dá
oprávněně považovat za pravděpodobný zdroj poruch.
V tomto úseku probíhá kontrakce průtokového průřezu
a tím i vtlačování sypké hmoty do menšího prostoru s ne
vždy proporcionálním přírůstkem rychlosti pro zachování
konstantní sypné hmotnosti a tím i mechanicko-fyzikál-
ních vlastností. Toto vede k nárůstu sypné hmotnosti
a ve většině případů zhoršení tokových vlastností a vzni-
ku poruch až k zastavení kontinuity toku sypké hmoty
v tomto kontrakčním prvku. Příkladem jsou zásobníky,
přesypy, změny mechanických principů dopravníků po
dopravní trase, atd.
Technická praxe a vědecké kapacity jsou na tyto jevy
a technické aplikace zaměřeny. Navzdory tomu je ale
možno konstatovat, že přístup je dosud více méně empi-
rický a nedošlo k hlubšímu zobecnění a nalezení zákoni-
tostí, kterými se probíhající procesy řídí.
Byla hledána a upřesňována relace především mezi kon-
strukčními parametry dopravní trasy, to je velikostí kon-
trakce dopravního profilu, konstrukčním řešením proté-
kaného úseku dopravní trasy, nebo zužující se časti
zásobníku a materiálem, ze kterého je dílo vyrobeno.
Toto je dáno do relace s úhlem vnitřního tření sypké
hmoty a tím hledány zákonitosti a souvislosti, při kterých
protéká pohybující se sypká hmota kontrakčním úsekem
dopravní trasy hmotovým tokem.
V tomto příspěvku je presentován rozšířený přístup řeše-
ní problematiky o určení míry vlivu velikosti a tvaru
výpustného otvoru a vlivu změn mechanicko-fyzikálních
vlastností sypké hmoty (representovány úhlem vnitřního
tření) zaměřený na proces na proces klenbování. Dále je
zde popsán vliv velikosti, případně tvaru výpustného
otvoru na polohu klenby v technickém díle. Tato závislost
není ve většině technických aplikací respektována
v zájmu umožnění volby dopravníků s velmi malým
zastavěným prostorem (malý dopravní průřez) a relativně
velmi velkými rychlostmi. Tato řešení se v přípravné,
předprojektové, projektové a nabídkové fázi jeví jako
ekonomicky výhodnější. Provozováním nevhodně volené
a navržené dopravy však celkové náklady v prvních
letech provozování zpravidla převyšují zdánlivě ušetřené
prostředky.
2. Statická a dynamická klenba
Závislost mezi velikostí a tvarem výtokového otvoru pro
modelovou sypkou hmotu a polohou klenby, tvarem a dél-
kou hlavní poloosy dynamické klenby byla odvozena již
dříve v Laboratoři sypkých hmot, VŠB-Technické univerzity
Ostrava [1,3]
.
Definice vlastností sypké hmoty a okrajové
podmínky, pro kterou je zákonitost odvozena, jsou uvede-
ny v práci [2].
2.1 Statická klenba
Statická klenba vzniká v oblasti pístového mechanismu
toku sypké hmoty. Pístový mechanismus toku způsobuje
jádrový tok.
Konstanta tokového profilu pro pístový mechanismus toku
se vypočte:
Z
1
= D . k . f
1.
2 . S
Statická klenba je nad výpustným otvorem ve výšce:
H
1
= 1
2.
Z
1
2.2 Dynamická klenba
Dynamická klenby vzniká v oblasti plášťového mechanis-
mu toku. Plášťový mechanismus toku způsobuje při vhod-
né volbě konstrukčních parametrů (geometrie a materiálu
díla) hmotový tok.
Konstanta tokového profilu pro plášťový mechanismus
toku se vypočte:
Z
2
=
π
. D . k . f
3.
2 . S
Dynamická klenba je nad výpustným otvorem ve výšce:
H
2
= 1
4.
Z
2
2.3 Grafické znázornění průběhů funkčních závislostí
Na obr. 1 je znázorněna závislost polohy statické 1(a)
a dynamické 1(b) klenby jako funkce velikosti výpustné-
ho otvoru D a úhlu vnitřního tření
ϕ
e
. Průběhy funkcí
jsou vykresleny pro názornost pro „Ideální sypkou hmo-
tu“ [2,3], u které je úhel vnitřního tření především funkcí
prostorového uspořádání částic a jeho velikost je vázána
na jednu výšku hladiny sypké hmoty, na které je pak
relativně stabilní (praktickým příkladem je například
suchý, nebo mokrý písek). U dalších typů hmot dochází
k silnějším funkčním závislostem na vlhkosti, elektrosta-
tických silách, atd. To způsobuje deformaci křivek zná-
zorňujících výšku klenby při konstantní velikosti výpust-
ného otvoru a vznik lokálních extrémů, případně
vícenásobných lokálních extrémů, podle převažujícího vli-
vu (tvar částic, vazby, atd.).
V případě komplikované stavby a struktury konkrétní
sypké hmoty, například vícesložkové směsi, kde se liší
jednotlivé komponenty měrnou hmotností, tvarem
a velikostí částic, chemickým složením (vlhké sypké hmo-
ty, různorodé směsi sypkých hmot) je potřeba specifiko-
vat odchylky od ideální sypké hmoty a vymezit oblasti
uplatnitelnosti modelu ideální sypké hmoty, případně
sumarizovat vyčíslitelné parciální práce a přihlédnout
k jejich vlivu, neboť mohou nabývat v jednotlivých přípa-
dech dominantních hodnot a mnohokrát převyšovat
i ztrátové práce výchozí.
Na obr. 1c je znázorněna poloha dynamické klenby nad
výpustným otvorem H2 a poloha statické klenby nad
výpustným otvorem H1 v závislosti na úhlu vnitřního tření
a velikosti výpustného otvoru. Pro praktické aplikace je
významná taktéž poloha obou tokových profilů vůči tělesu
zásobníku, jsou-li tokové profily uvnitř zásobníku, dotýkají-
li se stěn, nebo je zásobník uvnitř tokových profilů.