Техника непрерывной механической разгрузки сыпучих материалов в последние годы быстро совершенствовалась, в результате чего появились различные методы и оборудование, работающее с минимальными затратами труда и энергии.
Для вертикального транспортирования применяются различные транспортные механизмы, включая вертикальный скребковый конвейер, вертикальный винтовой конвейер, ленточный или цепной ковшовый элеватор и сдвоенный ленточный конвейер. При определенных условиях каждый тип имеет свои преимущества.
Механические перегрузочные устройства могут выгружать сыпучие грузы в широком диапазоне. Они высокопроизводительны и подчас являются единственными средствами, удовлетворяющими показателям производительности в определенных пределах. Выпускаются устройства с производительностью разгрузки 1000 т и более зерна в час при оптимальных условиях их загрузки. Исходя из затрат, можно установить, что механические устройства, несомненно, наиболее экономичные по потреблению энергии. Преимуществом большинства механических разгрузчиков является возможность поглощения горизонтальных усилий, возникающих при вычерпывании груза.
К некоторым проблемам, связанным с механическими устройствами для выгрузки относятся ограниченный диапазон размеров и форм судов, которые могут обслуживаться определенным устройством. Например, исключается разгрузка танкеров, а двухпалубных судов — очень затруднительна. К другим недостаткам относятся:
транспортирующий элемент не может телескопически выдвигаться по вертикали; необходимо обеспечивать достаточный зазор для вывода элемента из порожнего трюма;
относительно высокая общая масса по сравнению с пневматическими перегружателями приводит к более дорогим сооружениям на причале;
невозможность обслуживания трюмов с перегородками; высокая опасность заклинивания посторонними предметами; некоторые питающие и вычерпывающие устройства, особенно скребковые и ковшовые, поднимают большое количество пыли, что особенно заметно при выгрузке тапиоки;
зачистка оставшейся части трюма часто требует дополнительного времени, рабочей силы и оборудования; после выгрузки судно должно быть чистым «под метлу», поэтому продукт необходимо удалить из пространств между рамами, лестницами, трубами и возле других препятствий в трюме, а это очень дорогостоящая и требующая времени работа.
С увеличением спроса на более высокопроизводительные разгрузочные устройства для липких продуктов разработан ряд питающих систем, которые крепятся к нижней секции вертикальной системы транспортирования. В данном разделе описываются основы различных конструкций.
Скребковое разгрузочное устройство фирмы «Buhler — Miag» (Швейцария — ФРГ). Фирма разработала несколько конструкций передвижных, неподвижных и плавучих установок для выгрузки сыпучих продуктов из океанских судов.
Вертикальный скребковый конвейер — автономное устройство, которое после нескольких лет экспериментальных работ нашло широкое применение в области транспортировки гранулированных сыпучих продуктов. Его можно использовать для выгрузки неслежавшихся грузов различной сыпучести, а именно всех типов зерновых, семян масличных культур и других грузов, включая копру. Стандартный вертикальный скребковый конвейер включает корпус с восходящей и нисходящей ветвями, скребками, приемным башмаком с натяжным устройством, верхней приводной звездочкой и выпускным отверстием для продукта. В процессе работы скребки на конвейерной цепи перемещают столб продукта в желобе к разгрузочному отверстию. Приемный башмак вертикального скребкового конвейера имеет приемные отверстия, максимально приспособленные к транспортировке специфичных продуктов.
Он также имеет регулируемую звездочку, вокруг которой проходит цепь и которая обеспечивает натяжение цепи.
В процессе транспортировки непрерывный поток продукта поступает на второй скребковый конвейер, установленный на горизонтальной стреле. Приводной механизм состоит из электродвигателя, редуктора и приводной роликовой цепи на главном валу. Для защиты узлов привода и конвейерной цепи в случае попадания посторонних предметов имеется муфта с контролируемым вращающим моментом или звездочка со срезным штифтом.
Раньше норма производительности не превышала 300 т зерна в час. Все изменилось с созданием нового поколения высокопроизводительных скребковых конвейеров производительностью от 500 до 1000 т/ч, способных транспортировать гранулированные сыпучие продукты. Типичные продукты с хорошей сыпучестью, как, например, зерно и семена масличных культур, легко захватываются погружаемым башмаком конвейера. Для выгрузки трудносыпучих продуктов из океанских судов необходимо устанавливать дополнительное питающее устройство на приемной секции (башмаке) конвейера.
Имеется скребковое разгрузочное устройство, где вертикальный скребковый конвейер установлен на; параллелограммной стрелочной опорной конструкции. Поскольку она может перемещать приемное устройство поперек судна, то обеспечивается широкий эксплуатационный диапазон и, следовательно, меньше сыпучего продукта должно подаваться или накапливаться другими механизмами. Для обслуживания высокопроизводительных устройств подача продукта и зачистка обычно осуществляются бульдозерами и колесными погрузчиками. Этот разгрузчик может быть оборудован дополнительной всасывающей пневматической линией для зачистки. После выгрузки основной массы продукта пневматическая система может быстро провести зачистку.
Среди передвижных и стационарных устройств для выгрузки особое внимание всегда уделялось традиционным плавучим установкам, которые в основном используются для перегрузки сыпучих продуктов из океанских судов в грузовые суда или разгрузки балкеров, находящихся на расстоянии от берега. В некоторых больших европейских портах плавучие установки используются в сочетании с передвижными установками с целью значительного сокращения продолжительности выгрузки. Плавучие установки оборудуют собственными системами взвешивания транспортных грузов.
Последним типом перегружателя фирмы «Buhler — Miag» является плавучий высокопроизводительный скребковый конвейерный перегружатель производительностью около 1000 т/ч. После начала транспортирования продукт проходит через нории к двум телескопическим отпускным трубам и далее в принимающее судно. Высокопроизводительный вертикальный скребковый конвейер подвешен на специальной опоре, которая допускает поперечный наклон до 5°. Конструкция стрелы имеет систему ее подъема и опускания в пределах 30°, что обеспечивает возможность обслуживания большей площади.
Новая конструкция параллелограммной системы позволила уменьшить общую высоту к более низко расположить центр тяжести. Так как вся разгрузочная башня может поворачиваться, то за пределами диапазона ее разворота были смонтированы две приемные башни. Горизонтальная стрела может отклоняться от горизонтали на 55°. Привод всего перегружателя осуществляется от дизеля, а приемной системы — от электродвигателя. Для уменьшения образования пыли до минимума встроены три высокопроизводительных фильтра. Все элементы и их функции контролируют или из кабины управления, или с помощью переносного пульта управления по радио с палубы корабля.
Показан другой тип системы для разгрузки судов фирмы «Buhler — Miag», специально предназначенной для выгрузки трудносыпучих продуктов. Подача продукта на вертикальный скребковый конвейер осуществляется с помощью механической лопаты и скребкового погрузчика с гидроприводом.
Этот тип механической транспортирующей системы обладает следующими преимуществами:
- компактная, гибкая и прочная конструкция;
- высокая производительность и эксплуатационная надежность;
- низкое потребление энергии на 1 т выгруженного продукта;
- пригодность для транспортирования продуктов, склонных к истиранию и дроблению;
- небольшая численность персонала, обслуживающего установку;
- низкий уровень шума и относительно свободная от пыли эксплуатация.
Основные ограничения в сравнении с системой пневматической выгрузки — меньшая гибкость, опасность повреждения цепи посторонними предметами и металлопримесями и невозможность разгрузки танкеров и цистерн.
Устройство для разгрузки с ковшовым барабаном и карманообразным ленточным конвейером фирмы «Buhler — Miag». Новейшим типом непрерывнодействующего механического разгрузочного устройства, разработанного фирмой «Buhler — Miag», является устройство Portamax (Испания). Эта передвижная машина огромных размеров имеет один гофрированный карманообразный ленточный конвейер, используемый как для вертикального, так и для горизонтального транспортирования в стреле.
Захват сыпучего груза в трюме судна осуществляется вращающимся ковшовым барабаном, который питает карманообразныд ленточный конвейер.
После выгрузки и подъема продукт загружается в приемный бункер, из которого он поступает в расположенный на причале конвейер, транспортирующий продукт в хранилище.
Опорная конструкция, свисающая в трюм судна, обеспечена системой поворота. Привод стрелы — гидравлический, а всей установкой управляет один человек.
Помимо компактной конструкции, гидравлический привод обладает преимуществами легкой настройки, чувствительной регулировки и защиты от перегрузки. Производительность разгрузки зависит от вида и свойств транспортируемых продуктов. Помимо зерна различных культур и других продуктов, установка способна разгружать целый ряд других сыпучих грузов, например, уголь, руду, цемент и удобрения. Зачистка должна осуществляться ковшовыми погрузчиками, которые могут доставляться на борт судна отдельной стрелой, имеющей грузоподъемность 12 т.
Норийный перегружатель фирмы PWH (ФРГ). Этот перегружатель непрерывного действия (System 2000) состоит из передвижного портального крана со стрелой, имеющей противовес, внутри которой проходит ленточный конвейер. Нория с горизонтальной приемной секцией подвешена на стреле и всегда удерживается в вертикальном положении параллелограммной системой. Продукт, поступивший из трюма в разгрузочную норию, подается на горизонтальный участок длиной 6 м и затем транспортируется вверх по вертикальной линии длиной 22 м.
Норию вводят в люк так, чтобы ковши входили в массу продукта на глубину около 25 см. Ровная поверхность выемки груза достигается поперечным перемещением, поворотом и опусканием нории. После того, как началось транспортирование, ковши разгружаются, пройдя приводной барабан, через желоб на поворотный стол. Неподвижный скребок отклоняет поток продукта на ленточный конвейер, расположенный в стреле. Конвейер перегружает продукт на другой стационарный ленточный конвейер и через разгрузочную тележку на причальный конвейер. Горизонтальная секция нории сконструирована так, что она может охватывать не только всю площадь люка, но также и площадь под отверстием люка. После выгрузки основной массы материала в трюме остается только небольшое его количество, которое необходимо зачищать ковшовым погрузчиком.
Ковшовые погрузчики можно опускать в люк с помощью лебедки, прикрепленной к боковой стороне нории. Разгрузочная нория защищена от избыточных изгибающих моментов и напряжений, которые могут влиять на конструкцию при столкновении. Канаты, соединенные с предельными выключателями, установлены по углам нории и останавливают приводное устройство, когда нория касается комингсов люка трюма. Нория, проходящая в корпусе, поворотный стол и точки перегрузки на ленточных конвейерах аспирируются. После очистки в фильтре пыль снова вводится в поток продукта.
Всей установкой управляет один оператор либо из кабины, либо с палубы судна с помощью переносного пульта управления.
Возможны следующие маневры: перемещение вдоль причала, поворот стрелы, подъем и опускание стрелы и поворот вертикальной нории.
Разгрузочная установка с использованием цепной нории и карманообразного ленточного конвейера фирмы PWH (ФРГ). Опираясь на опыт, накопленный в течение десятилетий в области разгрузки судов, фирма PWH в последнее время разработала карманообразный ленточный разгрузчик (System 3000) со скребковым конвейером в качестве вычерпывающего и питающего устройства.
Скребковый конвейер или ковшовый цепной элеватор, который крепится к вертикальной балке, извлекает сыпучий продукт, находящийся в трюме, и подает его в башмак карманообразного ленточного конвейера.
Конвейер предназначен для непосредственной передачи продукта на горизонтальный транспортер в стреле. С последнего продукт выгружается через каскадный спуск в бункер на портале и из него — на продольный конвейер на причале. Груз из судна вычерпывается цепным элеватором со свободно подвешенным ковшом так, что продукт может соответствующим образом выгружаться с днища судна без грубого «касания». Эта машина, имеющая производительность 3000 м3/ч на всех видах сыпучих продуктов, пригодна для разгрузки балкеров вместимостью 65—250 тыс. т. Управление осуществляет один человек.
Винтовой разгрузчик фирмы «Siwertell А. В.» (Швеция). Стандартный винтовой разгрузчик для океанских судов, установленный на причале, состоит из вертикальной и горизонтальных балок, поворотной башни и передвижного портального крана. Вертикальный винт транспортирует продукт наверх, где он выгружается в горизонтальный винтовой конвейер, проходящий между нагруженным концом стрелы и центром поворотной башни. С этой точки продукт обычно транспортируется в закрытый конвейер на причале.
Разгрузчик перемещается по двум подкрановым рельсам с помощью четырех тележек, приводимых в движение электродвигателем. Путем сочетания маятникового и вращательного движений, подъема и перемещения приемная головка может достигать всех точек трюма и подпалубного пространства. Башня имеет угол поворота 180° и угол качания подъемного винта 30 ° вперед и 30° назад. Подвешенная на тросах ойлка может подниматься на 45 ° вверх и опускаться на 20 0 ниже горизонтального уровня.
Вертикальные винтовые конвейеры малоэффективны из-за низкого коэффициента их заполнения. При вращении вертикальный винтовой конвейер перемешивает продукт, который при вращении под действием центробежной силы отбрасывается от винта. В результате в вертикальный винтовой конвейер поступает очень небольшое количество продукта, поскольку большая часть продукта находится в турбулентном движении вокруг приемного конца. Обычно коэффициент заполнения распространенных вертикальных винтовых конвейеров составляет 15—20 %.
При увеличении скорости вращения турбулентность возрастает и все меньшее количество продукта забирается винтом. Основной проблемой является гашение турбулентности потока на входе в винтовой конвейер. Это достигается размещением конуса на нижнем конце материалопровода.
Однако, так как конус также препятствовал бы поступлению нового продукта сверху и с боков, его разрезали и придали форму двух лопастей, или фрез, изменив при этом направление вращения на обратное, т. е. противоположное вращению винтового конвейера. Таким образом новый продукт свободно входит через щели в конусе, и в то же время конус предотвращает отбрасывание транспортируемого материала. Фактически приемное устройство сконструировано в виде наружной трубы с приемными лопастями, закрепленными на днище. Эта труба, имеющая направление вращения, противоположное винту конвейера, вращается в двух шариковых подшипниках и приводится отдельным двигателем постоянного тока с тиристорным управлением, таким образом вертикальный винтовой конвейер может заполняться с оптимальной скоростью.
Регулируя частоту вращения электродвигателя, можно поддерживать устойчивый поток продукта независимо от колебаний в его подаче с боковых сторон.
На наружной стороне приемной трубы установлена дополнительная спираль или фрезы, которые используются для разрушения продукта, образующего прочные корки и крутые насыпи. Это важное дополнительное преимущество устраняет необходимость в работе персонала в трюме. Эта конструкция обеспечивает:
- поддержание высокой степени заполнения вертикального винтового конвейера (обычно 80 %);
- возможность работы при высокой частоте вращения винта (обычно 300—600 мин-1);
- возможность транспортирования трудносыпучих продуктов.
Винтовым разгрузчиком оператор обычно управляет с переносного кнопочного пульта с комингса люка. Это обеспечивает отличный обзор всей рабочей зоны. Можно также установить
передвижную кабину управления, и оператор сможет выбрать точку наилучшего обзора.
Вертикальный винтовой разгрузчик с патентованным приемным устройством обладает следующими преимуществами.
1. Эта закрытая система не вызывает выделения пыли и не дает просыпи. Число продуктов, которое можно транспортировать, очень большое, к тому же:
- скорость продукта относительно поверхности оборудования низка, что означает умеренный износ;
- плотность транспортируемых продуктов имеет второстепенное значение;
- благодаря размещению опорной конструкции винта возможно обеспечить вычерпывание с использованием горизонтальных сил;
- так как воздух не смешивается с продуктом, который перемещается с умеренной скоростью, нет проблем с мелкими частицами пыли.
2. Маятниковое и поворотное движения в сочетании с очень удачной конструкцией вертикальной балки позволяют достигать практически все уголки трюма.
Небольшой размер балки позволяет перемещать ее в углы, работать ближе к боковой стороне люка и создает меньше помех в поле зрения оператора.
3. Потребление энергии винтовым конвейером зависит от типа транспортируемых продуктов и от максимального размера судов, для которых это оборудование предназначено. При сравнении с пневматическим разгрузчиком той же производительности винтовой разгрузчик потребляет энергии почти в 2 раза меньше. При сравнении с аналогичным плавучим пневматическим перегружателем потребление энергии винтовым конвейером выше.
4. Разгрузчик очень надежен, так как в нем мало движущихся частей. Технические достижения последних лет были сконцентрированы на совершенствовании и стандартизации узлов. Значительное повышение износостойкости достигнуто благодаря использованию вольфрама.
5. Разрушение продуктов, транспортируемых винтовым разгрузчиком, аналогично или меньше разрушения при пневматической разгрузке.
6. Винтовой разгрузчик с небольшим числом движущихся частей и высоким коэффициентом заполнения (продукты действуют как поглотитель звука) характеризуется уровнями шума значительно меньше допустимых пределов.
7. Продолжительность монтажа невелика, так как обычно винтовые разгрузчики поставляются в виде предварительно собранных узлов с проверенным оборудованием и в комплекте с электрическими кабелями.
8. Реверсивный поток является новой разработкой в области винтовых разгрузчиков. Реверсируя поток продукта, при небольших дополнительных затратах комбинированный разгрузчик можно также использовать для беспыльного отпуска сыпучих продуктов.
К недостаткам винтовых разгрузчиков относятся следующие.
1. Волокнистые мешки, куски дерева и стали, попавшие в груз, могут вызвать поломку разгрузчика. Винтовой конвейер можно в большей или меньшей степени защитить от таких вещей, но полностью обезопасить его никогда не удается.
2. Невозможно разгружать танкеры или цистерны, а также двухпалубные суда винтовым разгрузчиком.
3. Винтовой разгрузчик может работать при полной производительности до тех пор, пока в трюме остается слой продукта толщиной более 50 см (в зависимости от размера разгрузчика). Зачистку можно проводить тремя способами: фронтальный погрузчик опускают в трюм (подъемной лебедкой на стреле винтового разгрузчика), и он перемещает оставшийся продукт к краю, где винт может работать при почти полной производительности;
зачистку выполняют пневматическим разгрузчиком: недавно разработанной устройство для зачистки, которое для выгрузки оставшегося слоя может крепиться к нижней секции вертикального винта; это устройство состоит из полуоткрытого горизонтального винтового конвейера, который собирает продукт и транспортирует его через второй наклонный винт к небольшому бункеру, закрепленному на нижнем конце вертикальной балки.
Когда устройство не используется, его хранят на причале. Крепление зачищающего устройства и соединение электрических кабелей осуществляются быстро. Разгрузчик готов к работе в трюме, когда система балок занимает такое положение, что горизонтальный конвейер размещается на днище судна.
Ковшово-скребковый разгрузчик непрерывного действия фирмы «Delattre — Levivier», Франция, являющийся первым разгрузчиком такого типа в мире, установлен в порту Сент-Мало (Франция) в 1978 г. для высокопроизводительной разгрузки различных сыпучих продуктов. Хотя он специально не предназначен для выгрузки зерна и подобных продуктов, тем не менее представляет определенный интерес. Основной задачей разгрузчика непрерывного действия было объединение различных функций, а именно; питание, вертикальная транспортировка, отгрузка в одной системе транспортирования.
Основными задачами при конструировании были: максимальная производительность потока, низкое потребление энергии, простая эксплуатация и большой срок службы, способность выгружать целый ряд продуктов и обрабатывать суда различных размеров, высокая гарантия безопасности и минимальное загрязнение окружающей среды.
Разгрузчик состоит из нории с ковшами, зачерпывающими продукт в трюме и разгружающими его на вращающийся распределитель, установленный в верхней части нории. Две цепи нории и вращающийся распределитель крепятся на конце стрелы с изменяющимися углами поворота и наклона. Ковши, усиленные на вычерпывающей кромке, крепятся на болтовых соединениях к внутренним звеньям цепи таким образом, что защищают цепи. Эти цепи приводятся во вращение парой стальных звездочек и перемещаются в усиленном корпусе. Лопасть, способствующая самозаполнению ковшей, может откидываться назад в соответствии с углом естественного откоса сыпучего продукта. Вертикальные предохранительные датчики позволяют избегать контакта ковшей и днища трюма, а предохранительное приспособление устраняет любой возможный контакт корпуса нории и комингсов люка.
Вращающийся распределитель передает продукт из ковшей на конвейер, установленный на стреле. Продукт, перемещаемый по конвейеру, выгружается в центральный желоб, который питает ряд накопительных бункеров и ленточный конвейер, осуществляющий дальнейшее транспортирование. Специальная конструкция позволяет быстро и легко снять и заменить весь узел питания в соответствии с выгружаемым продуктом. Способность нории поворачиваться вокруг собственной оси дает следующие преимущества:
- ковши можно устанавливать под углом, соответствующим направлению движения нории, что гарантирует равномерное распределение продукта в ковшах;
- норийная труба может работать в любых частях трюма, что повышает производительность разгрузки.
Продукт из трюма выгружают в два этапа: первый этап — формирование V-образной борозды в массе продукта последовательными циклами, в конце каждого цикла нория поворачивается на 180 ° и опускается в массу продукта. Второй этап — выгрузка слоя продукта и повторение цикла для последующих слоев.
Зачистка судна осуществляется с помощью ковшовых погрузчиков с откидывающимся назад ковшом, которые опускаются в трюм, когда слой оставшегося продукта составляет 15 см. Может быть применена и пневматическая зачистка. оборудование для контроля и управления сосредоточено в кабине, размещенной впереди портала. Это позволяет оператору наблюдать за всеми операциями, за исключением выгрузки в трюме; информацию об этом он получает от помощника, стоящего на палубе с переносной рацией.
Ковшово-цепной разгрузчик фирмы «Orenstein und Koppel» (ФРГ). Эта фирма накопила многолетний опыт в области землеройных машин непрерывного действия и внесла значительный вклад в разработку ленточных и цепных ковшовых экскаваторов и распределительных устройств. На основе этого опыта фирма «Orenstein und Koppel» (ФРГ) также участвовала в разработке нового разгрузчика судов непрерывного действия для гранулированных сыпучих грузов. Основываясь на знаниях, полученных в области горного оборудования, фирма разработала ковшовый цепной элеватор, который захватывает и транспортирует продукт.
Вычерпывающий и транспортирующий элемент состоит из ряда ковшей, установленных на цепи. При выгрузке головка опускается в центр трюма до уровня продукта. Если продукт обладает хорошей сыпучестью, нижняя секция погружается в него, а при слежавшихся липких продуктах выгрузку осуществляют слоями путем перемешивания нижней секции на высоту ковша по всей длине трюма.
Для обеспечения максимально возможной степени заполнения ковша важно сохранить угол провисания восходящей и тяжело нагруженной цепи весьма небольшим там, где она проходит по приводной звездочке.
Большой диаметр разгрузочной звездочки предоставляет такую возможность, а также обеспечивает соответствующее расстояние для разгрузки. Неотцентрированная опора звездочки допускает установку разгрузочного желоба, который не создает помех доступу к валу. Этот способ предотвращает блокировку желоба липким продуктом. Электродвигатель приводит в действие редуктор приводной звездочки через гидротрансформатор, и это позволяет неограниченно изменять скорость движения цепи. Следовательно, возможно регулировать производительность и работу разгрузчика в зависимости от плотности продукта.
Предварительная выбранная скорость цепи поддерживается благодаря автоматической регулировке направляющих лопастей. Можно ожидать временно изменяющейся нагрузки на цепь, так как выбранная степень заполнения ковшей неизбежно превышается в процессе разгрузки из-за дополнительного отклонения высокой стенки. Гидротрансформатор реагирует на это уменьшение скорости цепи, таким образом поддерживая заранее выбранную производительность; в случае превышения максимально допустимого натяжения цепь будет остановлена.
Специальные устройства в редукторе в сочетании с контролем направляющей лопасти предотвращают обратное движение нагруженной цепи при повторном пуске.
Разгрузочная головка снабжена предохранительными устройствами для того, чтобы:
- ограничить удар при контакте нижней секции с днищем трюма;
- избежать контакта с рангоутами и комингсами люка судна как в продольном, так и в поперечном направлении.
Эксплуатация этого типа разгрузчика показала, что хорошая зачистка центральной части трюма судна может быть достигнута с помощью ковшовой цепи. При осуществлении этой операции цепь должна работать со значительно меньшей скоростью, так как в противном случае нельзя захватить остаток продукта. Можно сократить некоторое число лиц, работающих на зачистке, и уменьшить число единиц оборудования. Повредить днище трюма почти невозможно благодаря плавно скользящим ковшам, которые оснащены дополнительными средствами, улучшающими скольжение.
Портал, перемещающийся по рельсам, поддерживает поворотную надстройку. Угол поворота — от 180 до 360 °. Разгрузочная головка навешена на поворотной надстройке с помощью стрелы. Наклон головной части стрелы можно изменять независимо от положения стрелы в диапазоне +25 ° от вертикали.
Потребление энергии разгрузчиком этого типа примерно на 30 % ниже, чем периодически работающей системы типа грейферного разгрузчика, так как устраняются постоянное ускорение и разрушение разгружаемых масс.
Так как разгрузчик почти полностью закрыт вплоть до точки выгрузки на причальный конвейер, то можно выполнить наиболее жесткие требования по охране окружающей среды.
Разгрузчик непрерывного действия Sumitomo (Япония). Фирма «Sumitomo Heavy Industries of Japan» выпустила разгрузчик непрерывного действия для сыпучих грузов с расчетной производительностью 1000 т/ч руды или угля. Разгрузка осуществляется при чередовании следующих операций: опускание ковшового элеватора в трюм, поворот его с одновременным движением ковшей, подъем и опускание стрелы, разворот и перемещение. Разгрузчик может работать в двух режимах: первый — захват груза боковыми сторонами ковшей при движении вбок аналогично работе ковшовой погрузочной машины на скотном дворе; второй — вычерпывание при движении вперед с использованием всей ширины ковшей. В процессе работы разгрузчик может двигаться в трюме зигзагообразно или по спирали.
Работа этого разгрузчика характеризуется незначительным загрязнением окружающей среды и низким потреблением энергии. Секции, создающие шум и пыль, закрыты, и встроена аспирационная система с использованием матерчатых фильтров. Все конвейеры сделаны закрытыми, а ковшовый элеватор окружен стальными листами, внутренние поверхности которых имеют специальную обработку для гашения шума. Головка конвейера покрыта звукопоглощающими материалами.
С помощью параллелограммного механизма поворачивающийся ковшовый элеватор постоянно поддерживается в вертикальном положении; при этом угол вычерпывания ковшами можно изменять в зависимости от свойств транспортируемого груза.
Для облегчения зачистки нижнюю часть ковшового элеватора можно оттягивать назад с помощью гидроцилиндров и сгибать. Окончательная зачистка осуществляется бульдозером или ковшовым погрузчиком с откидывающимся назад ковшом. Сдвоенный параллелограммный механизм стрелы в сочетании с уравновешивающим механизмом, посредством которого ковшовый элеватор крепится к передней части рамы в виде буквы L, обеспечивает достаточно низкую общую высоту.
Так как эксплуатация разгрузчика проста, им можно управлять дистанционно с применением автоматики.
Скорость движения цепи элеватора и скорость его перемещения можно независимо регулировать, так чтобы получить наилучшее сочетание этих скоростей, отвечающее широкому диапазону сыпучих материалов.
Разгрузчик со сдвоенным ленточным конвейером фирмы «Simon Carves» (Великобритания). Другой интересной системой разгрузки является разгрузчик со сдвоенным ленточным конвейером Simporter. Он состоит из двух ленточных конвейеров, которые перемещают гранулированный продукт между лентами в виде «сандвича»; края конвейерных лент скреплены вместе с помощью специальных соединений и относительно низкого давления воздуха, действующего непосредственно на обратную поверхность обеих лент и удерживающего эти ленты и находящийся между ними продукт. Для использования давления воздуха ленты помещены в воздушную камеру, оборудованную соответствующими уплотнениями.
Такая система имеет следующие отличительные особенности:
- продукт транспортируется непрерывным потоком между двумя лентами;
- на транспортирующих элементах нет ковшей или других выступающих частей;
- изменять направление транспортирования можно без перегрузочных станций;
- при движении продукта вниз экономится энергия; для всей линии — вертикальной и горизонтальной — необходим только один привод.
Основные преимущества системы:
- разрушение или дробление продукта в процессе транспортирования минимальное; возможна разгрузка очень хрупких продуктов, например, риса, кофе и бобовых;
- высокая производительность при выгрузке зерновых; низкое потребление энергии;
- незначительные уровень шума и выделение пыли; высокая надежность, незначительный износ, небольшие затраты времени на ремонтное обслуживание; низкая общая масса системы; полностью самоочищающаяся система;
- изменение направления потока продукта позволяет использовать систему для беспыльной загрузки зерна в суда.
Основные ограничения:
- для трудносыпучих продуктов проблема состоит в удержании липкого продукта лентами; это достигается применением специального питающего устройства;
- разгрузка танкеров и цистерн и даже двухпалубных судов практически невозможна;
- разгрузчик Simporter может эксплуатироваться с полной производительностью до тех пор, пока на днище трюма остается слой толщиной 30 см; зачистка должна быть осуществлена ковшовым погрузчиком с откидывающимся назад ковшом или с использованием пневматической системы;
- выгрузка гранулированных продуктов с очень небольшим углом естественного откоса, например, льняного семени и рапса, может вызвать проблемы.
Простота системы со сдвоенным конвейером иллюстрируется структурой системы, в которую входят следующие механические узлы, каждый из которых должен быть выбран в связи с особенностью использования.
Приемная система является наиболее важным компонентом и должна обеспечивать сбор продукта и подачу его между лентами с необходимой производительностью. Непрерывная подача продукта в сдвоенный ленточный конвейер может осуществляться несколькими способами, включая:
- подачу в центральную часть нижней ленты перед тем, как она входит в воздушную камеру;
- использование специального питающего устройства, которым продукт подается между лентами, когда они находятся в основном в вертикальном положении.
Питающее устройство состоит из вращающегося вала с крыльчатками и винтовыми секциями. Оно защищено муфтой, которая работает как ограничитель крутящего момента, что позволяет отключать питатель автоматически или вручную. Питающее устройство, более чем какая-либо другая часть системы, должно соответствовать транспортируемому продукту и условиям работы. Все основные элементы сконструированы в виде модулей, что позволяет быстро и легко их заменять.
Ленты перемещаются со значительно более высокими скоростями, чем скорости распространенных норий, так что разгрузка не ограничивается центробежной силой на приводном барабане. Основная конвейерная лента имеет усиленную конструкцию. Обкладка ленты должна вытягиваться в соответствии с необходимостью приспосабливаться к массе продукта между двумя лентами. Обе ленты изготовлены из антистатического неопренового каучука или эластомера и выбираются в зависимости от транспортируемых грузов; агрессивные и маслянистые продукты требуют особенно тщательного выбора ленты.
На вертикальной или почти вертикальной ветви давление воздуха должно поддерживаться на нерабочей стороне основной и второй лент для того, чтобы дать опору массе продукта и обеспечить его транспортирование. Небольшое количество выходящего воздуха не имеет практического значения, так как он никогда не контактирует с продуктом. Необходимо свести потери воздуха к минимуму посредством относительно простых продольных уплотнений, которые слегка поддерживают резиновые ленты; они как бы смазываются воздухом и поэтому потери на трение и потери энергии низкие. Уплотнения служат очень долго и требуют минимального профилактического обслуживания. Их можно приспособить к различным профилям материала и различной толщине ленты.
Ленты приводятся с помощью соответствующего электродвигателя и редуктора. Отдельный электродвигатель с цепной передачей устанавливают для целей ремонтного обслуживания и проверки.
Специальные натяжные устройства гарантируют постоянное натяжение обеих конвейерных лент. Натяжные барабаны двух лент установлены на каретках, перемещающихся на рельсах рамы натяжного устройства.
На конце основной ленты поток продукта перегружается в закрытый выпускной желоб, который направляет поток на последующую систему транспортирования. Пыль, создаваемая в этой точке, отсасывается и осаждается на автоматическом матерчатом фильтре с обратной продувкой рукавов. Собранная пыль возвращается в основной поток продукта.
При использовании в качестве разгрузчика судов вся система размещается на раме передвижного портала, состоящей из стальных секций заводского изготовления и установленной на четырех опорах, каждая из которых на многоосной тележке.
Особое внимание должно быть уделено обеспечению свободного доступа в трюм судна и рабочей зоны для оператора и обслуживающего персонала. Просторная кабина обеспечивает обзор всего трюма судна. При работе разгрузчика на большой глубине в трюме используется переносной кнопочный пульт для управления всей установкой с палубы судна, откуда можно получить более полный обзор рабочей зоны.
Нарушение эксплуатации предотвращается различными блокирующими устройствами. Например, при перегрузке выпускного желоба или в случае недопустимо низкого давления в воздушной камере вращающийся питатель автоматически останавливается. В случае повреждения в электрической сети предусмотрен аварийный дизель, обеспечивающий удаление стрелы погрузчика из трюма судна.
Эксплуатационные возможности разгрузчика включают в себя:
- перемещение установленного на рельсах портала параллельно стене причала;
- крайние положения стрелы и транспортирующего элемента, а именно — поворот на 360 °;
- наклон вертикального элемента от —30 до +40°;
- наклон стрелы от —28 до +36° к горизонтали;
- установка в нерабочем положении стрелы и транспортирующего элемента над причалом.
Разгрузчик с ковшовым колесом и гофрированным ленточным конвейером фирмы «С. Scholtz EFS» (ФРГ). Это недавно разработанный разгрузчик непрерывного действия для сыпучих продуктов, в основу которого положен хорошо известный ленточный конвейер Flexowell с гофрированными боковыми сторонами, между которыми на одинаковом расстоянии друг от друга расположены планки, образующие ковшеобразные ячеи, транспортирующие сыпучий груз. Система оборудована одной конвейерной лентой Flexowell.
От приемной до конечной точки перегрузка материала не требуется. Во время разгрузки сыпучий продукт вычерпывается питающим устройством, которое может быть в виде ковшового колеса или соответствующих ковшовых цилиндров. При разгрузке продуктов с хорошей сыпучестью, например, зерна, конвейерная лента специальной конструкции может работать как ковш.
После подачи продукта на ленту, расположенную на поперечной стреле, он транспортируется к разгрузочному барабану на причале и попадает в перегрузочный бункер.
Система состоит из:
- портала, на котором проходят петли ленты с приемным и разгрузочным бункерами;
- основной стрелы, соединенной с порталом кабелем, лебедкой и барабанами;
- подъемной ветви, подвешенной на основной стреле и способной отклоняться от вертикали независимо от положения стрелы;
- поперечной стрелы, подвешенной на нижней части подъемной ветви и поворачивающейся в горизонтальной плоскости;
- непрерывной ленточной конвейерной системы, размещенной на причале и внутри стрелы, и подъемной ветви, которая перемещается в направлении к поперечной стреле.
Перемещения портала, стрелы, рамы и поперечной стрелы позволяют достигать легко всех точек внутри судна. Имеются следующие возможности:
- установленный на рельсах портал может перемещаться параллельно стене причала;
- стрела может поворачиваться в вертикальной и горизонтальной плоскостях, что позволяет легко перемещать и вводить раму в трюм судна;
- рама может поворачиваться по горизонтали направо и налево, в каждом направлении вокруг вертикальной оси на 180 °;
- при повороте рамы на 360 ° поперечная балка способна охватить площадь круга.
Рама крепится к стреле с помощью горизонтально поворачивающегося узла, окруженного обеими ветвями конвейерной ленты, которые проходят внутри рамы и стрелы. В этой части установки лента защищена самонесущими трубами. Внутри труб установлены изгибающие и направляющие механизмы: один — при соединении с рамой на конце стрелы, а другой — в нижней части рамы.
Когда рама и днище направляющего механизма поворачиваются, обе ветви конвейерной ленты перекручиваются, достигая максимума при повороте на 180°. Теоретические исследования и практические опыты показали, что удлинение ленты, вызываемое перекручивающим действием, остается в контролируемых пределах. Так как планки в средней части ленты не соединены механически с самой конвейерной лентой, деформация, вызываемая перекручиванием, уменьшается. В раме между двумя направляющими механизмами не требуются дополнительные направляющие элементы.
Необходимо предусмотреть блокировку, исключающую касание обратных сторон двух ветвей ленты при ее перекручивании. На портале лента образует петлю, что позволяет регулировать ее длину. Это осуществляется автоматически в соответствии с заранее установленным натяжением. Когда разгрузчик не работает, рама транспортера может быть выведена из трюма, позволяя судну войти в док или отойти от причала.
Ленточный конвейер может перемещаться в обратном направлении путем изменения полярности электродвигателя, таким образом система переключается на погрузку без необходимости каких-либо дальнейших изменений. Во время погрузки продукт на конвейерную ленту подается из бункера.
Разгрузчик непрерывного действия фирмы «Fives — Cail Babcock» (Франция). Другая новая и важная конструкция — разгрузчик фирмы «Fives — Cail Babcock», который недавно установлен в порту Марселя (Франция).
Ковшовое колесо, установленное непосредственно перед приемной секцией, подает груз в цепную норию, которая направляет его на механический кольцевой распределитель, питающий ленточный конвейер, установленный на стреле и обеспечивающий дальнейшее перемещение в приемный бункер.
Нория работает с постоянной скоростью, а проблемы перегрузки и просыпей во время подъема преодолеваются ограничением объемного расхода ковшового колеса и незначительным повышением производительности нории.
Для достижения максимальной эффективности разгрузки особое внимание уделяется методам эксплуатации и, следовательно, различным возможностям перемещения машины. Общий угол поворота машины 320 ° позволяет разгружать суда грузоподъемностью от 40 до 150 тыс. т. Вращение колонны с норией и ковшового колеса на 360 ° делает возможным доступ ковшей во все части трюма. Очень важно иметь в виду, что машина используется для выгрузки трудносыпучих грузов, когда мертвые зоны в трюмах могут быть опасными из-за непредсказуемого обрушивания груза.
Помимо этих двух возможностей поворота, вращающаяся часть машины сконструирована таким образом, что достигается следующее:
нория удерживается в вертикальном положении посредством фермы, прикрепленной с одного конца к центральной эстакаде, а с другого конца — к подвешенной опорной колонне, таким образом образуется параллелограмм со стрелой машины;
оптимальное положение центра тяжести машины находится над основным поворотным кольцом, так что нагрузка на это кольцо может уменьшиться правильным определением величины противовеса, регулирующего смещение центра тяжести относительно центра машины.
Машиной управляет один оператор из кабины, размещенной впереди опорной колонны нории. Одна из проблем при работе разгрузчика — управление перемещениями машины так, чтобы:
разгрузка могла проходить с небольшими перерывами и изменениями производительности;
опасность перегрузки машины неконтролируемым обрушиванием материала уменьшалась;
различные движения ковшового колеса и транспортирующего элемента в трюме контролировались с учетом недопущения контакта с судном.
Следовательно, основной принцип работы — сохранение поверхности груза горизонтальной, что делает возможным угол поворота главной колонны на 360 ° и введение ковшового колеса в любой угол трюма.
На первом этапе ковшовое колесо вычерпывает отверстие размером, равным отверстию люка, чтобы обеспечить доступ под закрытую палубой часть трюма судна.
На втором этапе верхняя часть груза делается горизонтальной после одного полного оборота вокруг трюма судна.
В течение третьего этапа продукт выгружается слоями постоянной высоты за счет последовательного опускания стрелы. После окончания третьего этапа в середине трюма необходимо собрать только небольшое оставшееся количество груза (четвертый этап).
Для достижения максимальной эффективности и безопасности в процессе разгрузки все перемещения машины контролируются двумя микропроцессорами, работающими в паре, что позволяет осуществлять полностью автоматическую эксплуатацию.
Таким образом, оператор должен только следить за работой машины и проверять поведение материала вдоль транспортной линии.
Тросовый разгрузчик непрерывного действия фирмы «Paceco» (США). В течение почти 20 лет фирма «Paceco» исследовала проблему разгрузки океанских судов и барж, результате чего разработала тросовый разгрузчик сыпучих грузов непрерывного действия с последовательным расположением ковшей.
Уникальная особенность разгрузчика непрерывного действия фирмы «Paceco» — использование круглых ковшей (в форме ведра), установленных на стальном тросе, состоящем из отдельных отрезков. Эта линия ковшей перемещается по специальным колесам (типа звездочек), которые осуществляют регулировку положения, разгрузку и погрузку. Натяжение обеспечивается специальными роликами, находящимися в зацеплении с задней частью каждого ковша. Трос состоит из коротких отрезков с быстродействующим разъемом в центре каждого ковша. Используют проволочный трос с пластмассовой пропиткой, благодаря чему предотвращается проникновение в него абразивного материала и повышение внутреннего трения. При использовании колес большого диаметра происходит небольшой изгиб троса, что уменьшает коэффициент усталости. Трос с ковшами можно удлинять или укорачивать и при необходимости заменять отдельные ковши или отрезки троса. Всю линию с ковшами можно заменить менее чем за час путем разъединения установленной линии, крепления новой линии и работы разгрузчика на небольшой скорости.
Ковши изготовляют из мягкой стали с упрочненной кромкой для уменьшения износа. Серия из двух ведущих и пяти неприводных колес направляет и перемещает непрерывный трос с ковшами, начиная с поверхности продукта в трюме судна и кончая приводной головкой, где происходит разгрузка. После прохождения главного приводного колеса ковши некоторое расстояние проходят в перевернутом состоянии, благодаря чему имеется достаточно времени для разгрузки продукта из ковша в сборный желоб. Специальная конструкция колес (звездочек) и использование вместо цепи проволочного троса позволяют обеспечить высокую скорость перемещения ковшей (около 3 м/с). Горизонтальная телескопическая стрела в нижней части разгрузчика делает возможным выгрузку продукта из-под комингсов судна, следовательно, машина может выгружать из трюма весь продукт без помощи дополнительного оборудования для зачистки.
Тросовый разгрузчик непрерывного действия начинает зачистку с самого начала выгрузки.
Начиная с пространства под винтами судна, груз подается к центру, в результате чего из центра выходят полные ковши, в то время как процесс зачистки проходит в круговом направлении.
Программа разработки развивалась от моделей до прототипов установок, которые доказали жизнеспособность принципа на разнообразных материалах с хорошей сыпучестью, а также на слежавшихся и липких материалах. В дальнейшем конструкция машины была модернизирована с целью закрыть канат с ковшами по завершении процесса вычерпывания. Две большие трубы, служащие в качестве несущего каркаса вычерпывающей ветви разгрузчика, окружают линию ковшей по мере ее продвижения вверх и вниз от разгрузочой головки. Это предотвращает удар или зацепление ковшей о комингс люка. При таком способе ветер не выдувает продукт из ковшей и любая просыпь направляется обратно в трюм. В установках, выгружающих пыльные продукты, на каждой точке перегрузки на системе приема и приводной головке устанавливают индивидуальные устройства для сбора пыли. Кроме того, воздух отсасывается по трубам из трюма, посредством чего захватывается пыль в трюме судна.
Для более полного удовлетворения требований заказчиков разработаны различные модификации тросового разгрузчика, а именно:
- стандартный разгрузчик судов и барж, установленный на портале, перемещающемся по рельсам;
- комбинированная машина для разгрузки и погрузки;
- разгрузчик, установленный на судне;
- плавучий разгрузочно-перегрузочный терминал.
Разгрузчик с ковшовым колесом и карманообразным ленточным конвейером фирмы «Kone Corp.» (Финляндия). Разгрузчик непрерывного действия фирмы «Kone Corp.» выгружает сыпучий груз из трюмов при помощи ковшового колеса, прикрепленного к нижнему концу транспортирующего звена. Ковшовое колесо, установленное на боковой стороне вертикального конвейера, может поворачиваться на шарнире, который устраняет усилия, возникающие при движении судна и при смещении продукта разгрузчиком.
Вертикальный конвейер имеет ячеистую или карманообразную ленту с ребрами, поднимающую груз. Такой конвейер легче распространенного плавучего перегружателя, он имеет шарнирное соединение на середине высоты конвейера. Ленту направляют ролики, проходящие через шарнир. Нижняя секция с помощью гидравлических цилиндров может принимать наклонное положение, что обеспечивает хорошую выгрузку продуктов из-под краев люка трюма.
Вертикальный конвейер может поворачиваться на любой угол с помощью поворотного кольца с гидроуправлением. С верхней части вертикального карманообразного конвейера продукт по желобу поступает на конвейер в стреле, который из-за больших углов наклона стрелы также имеет карманообразную ленту. Через желоб и бункер поток продукта транспортируется на причальный конвейер.
Для ускорения разгрузки на заключительном этапе в трюм можно опускать с помощью разгрузчика бульдозер массой 15 т. Вся стрела и вертикальный конвейер уравновешены противовесом. Подъем, поворот стрелы и наклон нижней секции осуществляются с помощью гидропривода. Портал разгрузчика опирается на четыре тележки с приводом от асинхронных двигателей с контактными кольцами и тиристорным управлением и блокируется электрогидравлическими рельсовыми зажимами. Кабина оператора, всегда находящаяся в вертикальном положении, установлена в нижней секции конвейера над ковшовым колесом и обеспечивает наилучший обзор.
Норийный перегружатель с вычерпывающим барабаном фирмы «GEC Mechanical Handling Ltd.» (Великобритания). Основываясь на опыте эксплуатации высокопроизводительных норийных разгрузчиков судов, установленных на рельсах и специально предназначенных для продуктов с хорошей сыпучестью, фирма разработала новый разгрузчик на том же принципе, но снабженный вычерпывающим устройством с независимым приводом, которое смонтировано у башмака нории.
Выгружаемые продукты с различной сыпучестью подаются в башмак нории. Вычерпывающее устройство приводится в движение гидродвигателем с регулируемой скоростью, который имеет меньшую массу, позволяет регулировать скорость подачи продукта в норию с помощью микропроцессора и обеспечивает защиту от металлопримесей в разгружаемом грузе. Нория также имеет гидропривод, поэтому управлять ее работой можно также и питающим устройством от микропроцессора.
Разгрузчик может продолжать работу при всех движениях, а именно поворот (310°), опускание в трюм и наклоны (+25°). Стрела с противовесом, стальная балка коробчатого сечения, является опорой для ленточного конвейера, который транспортирует разгружаемый с головки нории груз через накопительный бункер на причальный конвейер. Разгрузчик может обслуживать суда грузоподъемностью от 5 до 50 тыс. т. В настоящее время выпускаются разгрузчики производительностью до 1100 т/ч.
Разгрузчик с вращающимся винтовым питателем и дисковым конвейером фирмы «Klinkenberg В. V.» (Нидерланды). Новая машина Spaveyor непрерывного действия для выгрузки гранулированных сыпучих продуктов из океанских судов недавно разработана и запатентована профессором К. Спаансом из технического университета Дельто (Нидерланды).
Концепция этой машины основана на функции лопаты и функции сбора груза, осуществляемой двумя симметрично расположенными горизонтальными винтами простой конструкции; они имеют небольшую массу и способны зачищать днище трюма, оставляя слой толщиной только 50 мм. Благодаря симметричной конструкции требуемые усилия среза незначительны и уравновешены, и эти усилия не передаются на портал. Вертикальное транспортирование осуществляется дисковым конвейером или дисковым подъемником. Подъем осуществляется проволочным тросом, который допускает высокую скорость и меньшую площадь поперечного сечения транспортирующего элемента. Необходимо следить за опорными пластинами, закрепленными на тросе, который перемещается в вертикальном направлении. Специальная форма соединений троса и подъемные элементы сочетают вертикальное транспортирование с горизонтальной загрузкой и разгрузкой. Конвейер саморазгружается в горизонтальной секции под действием силы тяжести или в вертикальной секции под действием центробежных сил.
Так как зубчатые шкивы и шкивы с пазами отсутствуют на приводном и неприводном барабанах, нет проблемы загрязнения, и скорость транспортирования может быть высокой (2 м/с). Разгрузчик может заполняться с боков, чем достигается высокая эффективность его работы. Фаза зачистки очень короткая, постоянный объемный поток может поддерживаться в течение всего процесса разгрузки; средняя производительность почти равна максимальной. Дисковый подъемник уже упоминался как альтернатива распространенной нории.