孫建斌

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030001)

儲料筒倉漏斗結(jié)構(gòu)形式探討

孫建斌

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030001)

對直立高煤倉使用中存在的漏斗處堵煤問題進(jìn)行了分析，提出了漏斗等截面積收縮率方法，推導(dǎo)并簡化后得出了雙曲線漏斗公式，雙曲線漏斗在工程中應(yīng)用后，很好的解決了漏斗堵煤問題。

錐形漏斗，雙曲線形漏斗，截面積收縮率

0 引言

近幾年我省中小型煤礦資源整合，出現(xiàn)了一大批新建改造大中型礦井及選煤廠，為實(shí)現(xiàn)新建工業(yè)化廠區(qū)科學(xué)式管理、花園式辦公環(huán)境目標(biāo)，環(huán)保型儲煤場顯得尤為重要，儲料筒倉作為非常好的一種儲料構(gòu)筑物得到了普遍應(yīng)用。隨著一些項(xiàng)目的投產(chǎn)使用，建設(shè)方也反饋回了一些問題，經(jīng)過整理，主要為漏斗處堵煤，引起堵煤的主要原因有兩種：一是雜物和大塊煤矸進(jìn)入煤倉引起卡倉，這個(gè)因素可通過加強(qiáng)管理消除隱患;二是倉內(nèi)煤起拱堵塞，起拱與煤自身的粉煤含量、含水量以及煤的粘著力等因素有很大關(guān)系，這是堵倉的內(nèi)部因素。結(jié)構(gòu)方面由于煤倉底部漏斗多為像斗口逐漸收縮的圓錐形，當(dāng)倉口閘門打開后，煤憑其自重，克服阻力(煤粒間的摩擦力、煤粒與漏斗斜壁間的摩擦力等)下流，接近斗口時(shí)，由于截面收縮率的增大及煤的粘結(jié)作用增大(大直徑深倉，漏斗部分煤粒所受的壓力增大，煤的粘著力提高)，煤流的內(nèi)外摩擦阻力急劇增大，當(dāng)此阻力增大到煤的自重垂直分力時(shí)，煤就停止流動(dòng)，形成拱而堵塞，這是堵倉的外部因素。堵倉內(nèi)因可通過工藝降低煤自身的粉煤含量、含水量以及煤的粘著力等參數(shù)來消除，外因可通過改變漏斗結(jié)構(gòu)形式來取得非常好的效果。下面分析一下錐形漏斗堵煤的原因及解決辦法。

1 圓錐或方錐形漏斗堵倉原因

如圖1所示，錐形漏斗截面收縮率計(jì)算如下：

其中，C為截面積收縮率;K為漏斗形狀系數(shù)，圓形時(shí)K=1，方形時(shí)K=0．75～1;dA為截面減量;A為截面面積;dy為煤粒下降的微小高度。

圖1 錐形漏斗

圖2 雙曲線漏斗

由于錐形漏斗的傾斜角為一定值，由式(1)知C與x成反比，即當(dāng)x減小時(shí)，C就增大。當(dāng)x=d0/2時(shí)，C在區(qū)間{d0/2，D/2}內(nèi)為最大，所以錐形漏斗之所以卸料不通暢，出現(xiàn)卸料堵塞，并不完全是由于錐形漏斗的傾角α取值不夠大，主要是由于錐形漏斗的截面積收縮率C隨其高度h的下降而急聚增大，至卸料口時(shí)，C值最大，造成儲煤顆粒之間相互擠壓，煤質(zhì)的抗剪強(qiáng)度提高，內(nèi)摩擦角增大，從而導(dǎo)致漏斗部分以及漏斗上部儲煤形成受壓拱。在此情形下，必須有機(jī)械動(dòng)力破拱促流，這就是為什么圓筒煤倉卸料漏斗為錐形漏斗時(shí)，常對圓筒煤倉配置機(jī)械動(dòng)力促流設(shè)備的原因，但是這并不能解決堵倉的根本問題。

2 雙曲線漏斗如何解決堵倉問題

可以設(shè)想，如果錐形漏斗的截面積收縮率C不是隨其高度h的下降而增大，而是減小，那么就一定不會出現(xiàn)卸料不通暢和堵塞，然而，這是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)椴豢赡軐⑿读下┒吩O(shè)計(jì)成上小下大的正錐形卸料漏斗。若使漏斗傾角α隨漏斗半徑而變化，使得C值為常量時(shí)，即可以解決漏斗卸料不通暢，消除煤卸料起拱堵塞。正是基于這一思路，結(jié)構(gòu)上就提出了雙曲線形漏斗。下面推導(dǎo)并簡化雙曲線形漏斗的曲線方程：

1)首先確定漏斗的雙曲線形方程(見圖2)：

其中，dA為截面減量;A為截面面積;dy為煤粒下降的微小高度;K為漏斗形狀系數(shù)，圓形時(shí)K=1，方形時(shí)K=0．75～1;C為等截面積收縮率。

3)計(jì)算漏斗壁的傾斜角α、雙曲線漏斗高度h，以及雙曲線漏斗公式。

由式(5)知α與x成反比，即當(dāng)x增加時(shí)，α就減小。當(dāng)x= D/2時(shí)，α在區(qū)間{d0/2，D/2}內(nèi)為最小，若這時(shí)令 α=α0(α0稱為雙曲線的初始角，要保證α0大于煤的安息角，一般α0=55°)，那么雙曲線漏斗在區(qū)間{d0/2，D/2}內(nèi)的切線傾角處處大于α0，此時(shí)將式(4)中 C 代入式(5)有：tanα0=2h/［D·ln(D/d0)］，則有：

式(6)便是雙曲線形漏斗高度計(jì)算公式。

將式(6)代入式(4)求得 C=4/(K·D·tanα0)，再代入式(3)，即得雙曲線形漏斗的曲線方程：

4)雙曲線漏斗體積計(jì)算(一般用于計(jì)算倉的存儲量)。

煤倉漏斗體積的計(jì)算方法，對于錐形漏斗可直接按錐臺體積計(jì)算方法準(zhǔn)確快捷計(jì)算出來。對于雙曲線漏斗，近似計(jì)算方法是將雙曲線漏斗沿高度分成若干段，每一段按近似臺體計(jì)算體積，然后將各段體積相加得出總體積，用這種方法計(jì)算不但繁瑣，而且精確度低。為此有必要推出計(jì)算精度高而且快捷的計(jì)算方法，用微積分來求煤倉雙曲線漏斗的體積。方程如下：

5)根據(jù)以上分析，實(shí)際工程中雙曲線漏斗的計(jì)算步驟可歸納為：a．根據(jù)工藝要求確定 D，d0，α0;b．根據(jù)式(6)計(jì)算 h 值，并均勻分成若干小段，按式(7)求出相應(yīng)的x值，將計(jì)算成果列表成圖; c．為施工方便，可將漏斗高度h分成許多小段，一般每段以1 m為宜，施工后的雙曲線實(shí)為折線形，需二次抹成光滑的雙曲線形，以利于煤粒的流動(dòng)。

3 結(jié)語

通過對這兩年新建及改造雙曲線形漏斗的實(shí)際工程應(yīng)用跟蹤，錐形漏斗改為雙曲線形漏斗后再沒發(fā)生過漏斗處堵煤現(xiàn)象，能起到非常好的效果，原先安裝的機(jī)械動(dòng)力破拱促流設(shè)備再未使用，也卸了下來。

［1］GB 50077-2003，鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］劉善維，仇振元，邢順琦．貯倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊 ISBN 7-112-04002-7/TU 3132(9401)．

Discussion on funnel structure type of storage silo

SUN Jian-bin

(Coal Industry Taiyuan Design and Research Institute，Taiyuan 030001，China)

This paper analyzed the existed funnel coal blockage problems in vertical high coal bunker using，put forward the funnel equal crosssectional area contraction ratio method，after deducing and facilitating obtained hyperbolic funnel formula，application in hyperbolic funnel project，solved well the funnel coal blockage problems．

cone shaped funnel，hyperbolic funnel，cross-sectional area contraction ratio

TU318

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.110

1009-6825(2013)10-0032-02

2013-01-21

孫建斌(1979-)，男，工程師