基于離散元的落地熟料庫貯料壓力分析

毛風(fēng)濤，張思蒙，孫巍巍

（1.中國中材國際工程股份有限公司（南京），江蘇南京211100；2.南京理工大學(xué)，江蘇 南京 210094）

0 引言

隨著水泥工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大直徑落地熟料庫的應(yīng)用日趨廣泛。為了減少死料區(qū)增加卸空率，工藝在熟料庫底設(shè)置了3～5條輸送通廊，每條通廊上設(shè)有多個(gè)卸料口[1]。在生產(chǎn)過程中每個(gè)卸料口不會(huì)同時(shí)出料，這樣就出現(xiàn)了偏心卸料狀況。偏心卸料使倉壁受到非對稱荷載作用，從而引起倉壁圓周應(yīng)力的分布不均勻性，同時(shí)庫底廊道頂部也會(huì)出現(xiàn)不均勻的受力。本文采用離散元EDEM軟件建立熟料庫偏心卸料動(dòng)態(tài)力學(xué)模型，對熟料庫的倉壁及庫底廊道的料壓力進(jìn)行分析，從而得出其受力特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 DEM模型建立

先在ANSYS中建立大直徑落地熟料庫模型部件，縮尺按照試驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽纭⒆愠甙凑漳硨?shí)際工程熟料筒倉尺寸參數(shù)，分別建立兩個(gè)有廊道（圖1）和無廊道（圖2）落地筒倉模型部件（倉壁和廊道），然后將各個(gè)部件導(dǎo)入EDEM中進(jìn)行組裝，最終完成模型的建立[2-3]。

熟料貯料：縮尺模型筒倉定義顆粒總數(shù)26萬顆；足尺熟料筒倉定義顆粒總數(shù)52萬顆（圖3，圖4）。將顆粒粒徑設(shè)置為正態(tài)分布，由于受到計(jì)算設(shè)備的時(shí)間和貯存空間影響，顆粒粒徑并不能取到真實(shí)熟料粒徑尺寸，要比熟料尺寸稍大。

圖1 有廊道式熟料庫

圖3 裝料過程

圖4 卸料過程

2 DEM模型滿倉側(cè)壓力

如圖5所示，在筒倉中上段，倉壁側(cè)壓力模擬值稍小于規(guī)范值，筒倉中下段模擬值開始增長并且大于了規(guī)范值，但有廊道的筒倉在廊道高度以下的范圍內(nèi)，側(cè)壓力值迅速減小，呈現(xiàn)了不一樣的分布規(guī)律；廊道頂部與側(cè)壁模擬壓力值都明顯小于理論值[4]。

3 離散元模型超壓系數(shù)

從圖6可以看出，縮尺模型：平底筒倉倉壁0°和45°方向的最大超壓系數(shù)都出現(xiàn)在倉壁上部，并且由下到上最大超壓系數(shù)逐漸增加，而135°和180°方向上的倉壁最大超壓系數(shù)出現(xiàn)在中下部，并且由下到上最大超壓系數(shù)逐漸減小，最終可以得出平底筒倉與廊道式筒倉倉壁最大超壓系數(shù)值均為3左右，只是出現(xiàn)的位置不同。有廊道式筒倉最大超壓系數(shù)易出現(xiàn)在底部，而無廊道倉壁出現(xiàn)在中上部。

足尺：最大超壓系數(shù)的分布規(guī)律與縮尺相似，此處不再贅述。

從圖7可以看出，足尺筒倉：對于主廊道來說，側(cè)壁的最大超壓系數(shù)普遍大于頂部的最大超壓系數(shù)，并且主廊道頂部中部最大超壓系數(shù)明顯偏小，而向兩端逐漸增大，側(cè)壁靠近卸料口的位置最大超壓系數(shù)明顯偏小，向兩端逐漸增大。次廊道頂部的超壓系數(shù)一樣都小于側(cè)壁的最大超壓系數(shù)，并且右側(cè)壁的超壓明顯大于左側(cè)壁，但分布都較為均勻。足尺筒倉：廊道的最大超壓系數(shù)分布規(guī)律也與縮尺模擬相似，但是數(shù)值普遍偏大，最大超壓系數(shù)值明顯大于縮尺筒倉得出的模擬值[5]。

圖5 滿倉倉壁及廊道側(cè)壓力

圖6 縮尺模型筒倉最大超壓系數(shù)分布

圖7 實(shí)際工程熟料庫最大超壓系數(shù)分布

4 結(jié)語

大型水泥廠落地熟料庫一般直徑在60m以上，國內(nèi)已建成最大熟料庫直徑達(dá)80m、儲(chǔ)量25萬t。大直徑熟料庫內(nèi)的貯料壓力分布非常復(fù)雜，現(xiàn)行《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]中的計(jì)算公式已不能完全滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求。采用離散元EDEM軟件，建立了大直徑落地熟料庫偏心卸料動(dòng)態(tài)力學(xué)模型，詳細(xì)分析了在不同卸料狀態(tài)下熟料流動(dòng)通道的變化規(guī)律；研究了熟料顆粒流動(dòng)引起倉壁側(cè)壓力的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，提出了廊道頂部熟料壓力縱向的不對稱性和廊道側(cè)壁高度上的不均勻性。從而找出落地熟料庫倉壁和底部廊道的各部位詳細(xì)受力特點(diǎn)，為大直徑落地熟料庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的力學(xué)分析。