Емкость для упаковки сферических тел Советский патент 1989 года по МПК B65D5/10 B65D88/24 

4

со ел ьо ю

О5

Изобретение относится к технике загрузки тел сферической формы одинакового диаметра таких, как металлические, стеклянные, керамические, пластмассовые шары, гранулированные катализаторы и сорбенты и т.п. размером от 1 мм и больше в контейнеры, установочную тару и другие типы емкостей. Целью изобретения является увеличение эффективности использования объема емкости путем плотной регулярной установки сферических тел одинакового размера. Емкость для упаковки сферических тел 3 содержит боковые стенки 1, выполненные в форме прямоугольного параллелепипеда, и днище 2 - в форме четырехгранной пирамиды. Причем днище может быть выполнено из нескольких однотипных четырехгранных пирамид, при этом одна пара противоположных граней днища расположена в плоскостях, параллельных плоскостям соответствующей пары противоположных боковых стенок 1, или образует угол 70-102°, а другая пара - угол 70-110°. Экспериментально доказано: максимальная плотность достигается при упаковке сферических тел при загрузке их в емкость с указанными углами между гранями днища 2. 8 ил. 1 табл.

IPU2.1

Изобретение огиоеится к технике загрузки тел сферической формы одинакового диаметра, таких как металлические, стеклянные, керамические, пластмассовые шары, гранулированные катализаторы и сорбенты, ша ровые гвэлы и т. и. размером от 1 мм н вы1ие в контейнеры, унаковочиую тару, технологические аппараты, химические и атомные реакторы и другие тины емкостей.

Цель изобретения -- увеличение эффек- тивности иснользования объема емкости путем плотной регулярной упаковки сферических тел одинакового размера.

На фиг. 1 представлена емкость с пирамидальным днищем; на фиг. 2 - то же, с днищем в виде клина; на фиг. 3 и 4 - то же, с днищем в виде двухгранного угла с ребром соответственно внутри и ciia- ружи; на фиг . 5 - 7 -- то же, с днищами в виде нескольких сое. 1инен11ых мелчду собой бункеров тина пирамиды, клина и двухгранного угла соответственно; на фи|-. 8 - схема геометрического расположения сферических тел.

Нмкость содержит боковые стенки 1 в форме прямоугольного параллелепипеда и днище 2 в форме четырехгранной гшра- МИДЫ. В емкость загружают сферические Te. ia 3.

Устойчивая |)егулярная упаковка сферических тел 3, например шаров, создается только в том случае, когда каждый щар в упаковке опирается на четыре нижеле- жащие тара. Последние должны быть расположены но углам прямоугольника со сторонами а и h, значения которых заключены в преде:1ах

( 1,4б/ш; ,4dw и а -(, где (1ш --- диаметр щара.

Квадрат диагонал.и прямоугольника (а -}- ) не должен превышать 3, поскольку в противно.м случае положение опирающегося luapa становится неустойчивым (он выталкивается лежащим под ним шаром).

На основе указанных расстояний между шарами были найдень углы между нроти- волежанхими гранями пирамиды, образованной четырьмя шарами в основании и ларом, лежаHj,им сверху.

При наиболее близком сближении шароз, когда dui, получается квадратная пирамида с одинаковыми угла.ми между проти- во;1ежащи.ми гранями, равными 70°. Максимальная раздвижка nsapoB по угла.м квадрата создается при а--/,22(.(а + о 3i), откуда следует зпачение угла 102°.

Верхний предел значепия угла между одной парой граней (10°) соответствует крайним положениям шаров, ко|-да , ,4t/ui (второй угол при этом составляет 90°).

Таким образо.м, одна пара граней может образовывать угол от 70 до 02°, что соответствует квадратпой пирамиде, а вторая пара - угол от 70 до 110°, что соот

0

5

5

5

0

5

0

5

5

ветствует прямоугольной пира.миде. При lex же углах между граьгями бункер может оканчиваться не вершиь ой, а ребром, тогда он имеет форму не пирамиды, а клина.

Кроме того, проведенные исследования показали, что .плотная регуля|)ная упаковка щаров создается также, если одна пара граней )асположена вертикально, т. е. лежит в плоскости, параллельной плоскости соответствующей пары боковых стенок парал- лелепи еда - продолжением стенки емкости, а вторая пара образует двухгранный yi-ол со значениями угла от 70 до 1 0°. Конструктивно дни Hie может быть вы;:олнено из нескольких соединенных .между собой днищ однотипной указанной геометрии.

Механизм фо)мирования плотной регулярной упаковки сферических тел при загрузке их в емкость описан на примере г|ир,ч- .миды. Первый шар располагается в вершине пирамиды. Устойчивое положение следующих четырех щаров создается при их раз- меще(ии па ребрах пирамиды и касании перво; inapa. В следующем слое один щар ложи гея в центр, касаясь четырех нижних, другие чет.ьфе шара располагаются на ребрах и еще четыре щара помещаются меж- ;iy ними на гранях.

В каждом следующем слое шары располагаются аналогичным образом. Данный процесс протекает самопроизвольно при равномерной засыпке щаров по сечению емкости.

П, ютность создаваемой регулярной упаковки зависит от углов между гранями. Она макси.мальна в случае квадратной пирамиды с углами 70° и состап.тяет 74% В других случаях - не ниже 68%.

Упаковку щаров в предлагае.мые емкости осуществляют в лабораторных условиях путем загрузки металлических щаров диаметром 4 и 6 .мм и гранулированных катализаторов сферической формы диаметром 3 и 8 мм. Емкости имеют прозрачные стенки, что позволяет визуально судить о npaBHjihHOCTH уггаковки. Размеры емкостей подбирают с учетом того, что ;i сечении должно помещаться целое число щаров. Загрузку производят п) тем насыпа- ния шаров с вьясоты примерно 300--500 мм над емкостью. Плотность упаковки определяют геометрическим методом.

Геометрические характеристики емкостей и шаров, а также плотность упаковок приведены в таблице.

В опытах с хорошей воспроизводимостью получают регулярные упаковки шаров с плотностью, достигающей 74%.

Использование предлагаемой емкости с регулярно упакованны.м катализатором в качестве химического реактора обеспечит интенсификацию процесса за счет наиболее эффективного использования объема емкости.

Формула изобретения

Емкость для упаковки сферических тел, содержащая боковые стенки выполненные в форме прямоугольного параллелепипеда, и днище в форме четырехгранной пирамиды, отличающаяся тем, что, с целью увеличе

Квадрат ная пирамида

Прямоуголтзный клин

Дв : гранный

Фиг.2

Фие.5

ния эффективности использования объема емкости, одна пара противоположных граней днища расположена в плоскостях, параллельных плоскостям соответствующей пары противоположных боковых стенок, или образует угол от 70 до 102°, а вторая пара -- угол от 70 до 110°.

4 и S

4 II 8 3 II 6

68

70

Фиг. it

Фиг. 5

фиг. 6

10-110°70-юг

..8