РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ЖЕЛОБ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО КЛАССИФИКАТОРА Российский патент 1996 года по МПК B07B4/00 

Изобретение относится к устройствам для разделения сухих порошкообразных материалов на фракции в воздушных потоках и может быть использовано в порошковой металлургии, строительной, горнодобывающей, химической и других отраслях промышленности.

В настоящее время развитие производства композиционных порошковых материалов требует увеличения выхода частиц тонких фракций /с размерами менее 40 мкм/ из грубого материала с крупными частицами, обеспечивающего первоначальную тональность и блеск исходного продукта. При этом должна быть обеспечена максимальная производительность переработки всей массы продукта, превышающая 1 т/ч. Последнее условие требует повышения выхода частиц тонкой фракции из аэродинамического потока крупных частиц, пневмотранспортируемых со скоростями, превышающими величину скорости питания /средняя скорость потока относительно сечения аппарата. Барский М.Д. Фракционирование порошков. М. Недра, 1980, с. 327, с. 63/. Вышеуказанное условие порождает техническое противоречие, свойственное известным решениям, а именно, падение сопротивления движению аэросмеси при пневмотранспортировании твердых частиц на проницаемых поверхностях высокоскоростных аэродинамических потоках при снижении крупности аэродинамически перемещаемых частиц /явление инверсии сегрегации, т.е. изменение направления сегрегации частиц в движущихся газопотоком средах - Айнштейн В.Г. Баскаков А.П. Берг Б.В. и др. Псевдоожижение. М. Химия, 1991, с. 400. Гольдштик М.А. Ерш Н.М. Устойчивость автомодельного течения в трубе при отсосе. Механика жидкости и газа. 1991, N 5, с.18-25, Кутушев А.Г. Назаров Ч. А. Эволюция ударных волн в полидисперсных газовзвесях с неоднородным распределением концентрации частиц, там же, с. 181-191/. В результате процесса классификации с помощью высокоскоростных пневмотранспортных потоков более тонкие частицы выносятся в исходный /с грубыми частицами/ продукт без задержки и выноса в готовый материал. Исходный материал "засоряется" тонкими частицами, которые рециркулируют многократно без отделения их от исходного продукта в пневмотранспортируемой среде. При этом происходит деструктуризация тонких частиц, многократно циркулируемых и ударяющихся о стенки устройства с разрушением и потерей ими формы фактора и товарного свойства. Поэтому существует проблема классификации частиц с размерами менее 40 мкм из аэросмеси, состоящей из частиц с размерами менее 100 мкм при производительности /определяемой скоростью аэродинамического перемещения/ переработки по готовому продукту /-100 мкм/ не менее 1 т/ч.

Известен разделительный желоб воздушного сепаратора /авт.свид. СССР N 825187, кл. В 07 В 4/00, В 22 Р 1/00, 1981/, содержащий винтовой полый корпус с щелью, закрепленный на наружной поверхности разделительней воронки.

Достоинство данного разделительного желоба состоит в том, что он своим полым корпусом стесняет пространство, ограничивающее движение пылегазовой смеси, в результате чего пневмотранспортирование частиц аэросмеси в потоке стабилизируется в продольно-кольцевом сечении зоны аэросепарации.

Недостаток же данного желоба состоит в негомохромном отбрасывании и распределении перемещаемого материала в поперечном сечении зоны аэроразделения частиц газонесущей средой под действием аэроцентробежных сил. Данный недостаток усиливается также действием аэроинерционных сил, обусловленный эффектом Коэнда /аэродинамическим эффектом/, возникающим при обтекании газопотоком нелинейной, в частности конической поверхности. Этот эффект приводит к появлению давления разрежения в газопотоке при отрыве несущей среды /газопотока/ с периферии конической части желоба. На периферийной конической противоположной части желоба происходит стесненное турбулентное движение частиц аэросмеси, затрудняющее вынос /разделение/ из зоны движения через щель желоба тонких частиц в готовый продукт.

Таким образом, движение частиц пылегазовой смеси по винтовому коническому желобу сопровождается аэровыносом тонких частиц с грубыми, что не позволяет повысить выход частиц тонких фракций вследствие падения сопротивления движению аэросмеси и уменьшения степени сегрегации тонких частиц в аэродинамически ускоренном потоке.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого разделительного желоба пневматического классификатора является увеличение степени турбулентности пневмотранспортируемой аэросмеси в зоне и степени сегрегации тонких частиц в аэродинамически ускоренном потоке путем повышения аэродинамического ускорения движения газоносителя и частиц аэросмеси.

Такой технический результат достигается тем, что в разделительном желобе пневматического классификатора, содержащем криволинейный корпус с отверстиями, как минимум две стенки желоба выполнены в виде разомкнутого листа Мебиуса с переменной кривизной, при этом отверстия выполнены в указанных стенках.

Сравнение совокупности существенных признаков разделительного желоба-прототипа и заявляемого разделительного желоба показывает, что последний отличается тем, что как минимум две стенки желоба выполнены в виде разомкнутого листа Мебиуса с переменной кривизной, при этом отверстия выполнены в указанных стенках.

Отсюда следует, что изобретение соответствует критерию "Новизна".

Оно соответствует также критерию "Изобретательский уровень", так как не следует явным образом из известного уровня техники. Из известного уровня техники не обнаруживается влияние существенного отличительного признака "как минимум две стенки желоба выполнены в виде разомкнутого листа Мебиуса с переменной кривизной, при этом отверстия выполнены в указанных стенках" на увеличение степени турбулентности пневмотранспортируемой аэросмеси в зоне разделения и степени сегрегации тонких частиц.

Кроме того, изобретением достигается результат, удовлетворяющий давно существующую общественную потребность, попытки получения которого долгое время не удавались специалистам, а именно: увеличение выхода частиц тонких фракций /с размерами менее 40 мкм/ из грубого материала с частицами менее 100 мкм. При этом не происходит деструктуризации тонких частиц, то есть разрушение и потеря ими фактора и "товарного" свойства. При этом обеспечивается максимальная производительность, превышающая 1 т/ч переработки всей массы продукта.

Изобретение соответствует также критерию "Промышленная применимость", так как ни что в заявляемой конструкции разделительного желоба пневматического классификатора не противоречит его техническому воплощению и применению в промышленном производстве. Благодаря наличию признака "как минимум две стенки желоба выполнены в виде разомкнутого листа Мебиуса с переменной кривизной, при этом отверстия выполнены в указанных стенках", в заявленной совокупности признаков проявляется причинно-следственная связь признаков с достигаемым результатом, а именно: переменное геометро-конструктивное искривление листа Мебиуса вызывает в процессе аэроклассификации увеличение аэродинамического действия сил Мебиуса и "Коэнда" пропорционально возрастающей кривизне полого разделительного желоба в продольном сечении, вследствие чего в нем возрастает турбулентность пневмопроцессов, ускоряющих сегрегационный эффект /результат/ аэропереноса тонких частиц из крупных в готовый продукт. В результате повышается выход тонких частиц.

Заявляемый разделительный желоб пневматического классификатора появляется чертежами, где:
на фиг.1 изображен общий вид разделительного желоба;
на фиг. 2 изображено поперечное сечение А-А желоба /зона разделения и аэроклассификации/;
на фиг. 3 изображен вариант схемы образования исходного элемента для листа Мебиуса с переменной кривизной.

На фигурах сделаны следующие обозначения, стрелками показано направление движения газопотока /см. фиг. 4/, исходного материала /см.фиг.5/, крупных /см. фиг. 6/ и тонких /см.фиг.7/ частиц. В газопоток; И исходный материал; К частицы крупных фракций; Т частицы тонких фракций.

Разделительный желоб пневматического классификатора содержит полый корпус 1, образованный стенками 2, 3 /3, 5/. В стенках 2 и 4 / или 3 и 5/ желоба, выполненных в виде разомкнутого листа Мебиуса с переменной кривизной, отверстия 6 обеспечивают проницаемость для частиц тонких фракций. Как минимум две стенки 2 и 4 /или 3 и 5/ изогнуты по форме, представляющей разомкнутый лист Мебиуса с переменной кривизной, например, из полосы плоской спирали от минимальной величины до максимального значения Р /фиг.3/.

Разделительный желоб работает следующим образом.

Исходный сухой порошкообразный материал /И/ с размерами частиц менее 100 мкм подают газопотоком /В/ в полый корпус 1 /см. фиг.5/. В полом корпусе, как минимум две стенки /2 и 4 или 3 и 5/ которого изогнуты по форме разомкнутого листа Мебиуса с переменной кривизной, частицы аэродинамически перемещаются по криволинейной полости так, что при повороте потока происходит инерционный вынос частиц к оси корпуса разделительного желоба при каждом последующем искривлении внутриполостного пространства. При этом на участках аэроповоротов происходит отрыв от как минимум двух /2 и 4 или 3 и 5/ стенок в результате действия двойного эффекта Коэнда: в пристеночной зоне листов Мебиуса создается аэроразрежение, в которое под действием сил Мебиуса от поворотов газовой смеси устремляются и инверсионно сегрегируют из пылегазопотока менее инерционно ускоренные тонкие /Т/ частицы. Последние через отверстия 6 со скоростью витания тонких частиц, равной скорости выносящего из аэропотока, выносятся в готовый продукт /см.фиг.7/. Не попавшие в отверстия 6 тонкие частицы /Т/ с крупными /К/ после лабильного /скользящего/ аэроперемещения вдоль стенок со скоростями, превышающими скорость питания крупных частиц, пневмотранспортируются не только в продольном осевом направлении корпуса желоба, но и с поворотом относительно его оси, что вызывает многократное аэродинамически-турбулентное поперечное перемещение частиц, особенно тонких, из зоны осевого пневмотранспортного воздействия /от действия эффектов Коэнда и Мебиуса/ в зону пристеночного разрежения, тем более разреженного, чем больше листы Мебиуса выполнены с переменной кривизной /т.е. тем большего воздействия, чем больше величина действия сил Мебиуса/. Крупные /К/ частицы пневмотранспортируются /см.фиг.6/ из полости желоба после отделения тонких частиц или на повторное разделение или на аналогичную операцию пневмоклассификации крупных частиц по более грубому классу /на фиг. не показано/.

Пример.

В лабораторных условиях на предлагаемом разделительном желобе проводили пневматическую классификацию полидисперсной смеси частиц мусковита /разновидность слюды KAl₂/ Al/O₁₀ /ОНF/₂ с исходным размером фракции минус 100 мкм по границе разделения минус 40 мкм.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

В результате испытаний разделительного желоба пневматического классификатора установлено, что при границе разделения частиц 40 мкм эффективность классификации по выходу частиц тонкой фракции составляет 60% что значительно выше эффективности известных желобов. ТТТ1 ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6

Использование: разделение сухих порошкообразных материалов на фракции в воздушных потоках в порошковой металлургии, строительной, горнодобывающей, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: разделительный желоб пневматического классификатора содержит криволинейный корпус с отверстиями, как минимум две стенки которого выполнены в виде разомкнутого листа Мебиуса с переменной кривизной, при этом отверстия выполнены в указанных стенках. Частицы материала перемещаются по криволинейной полости так, что при повороте потока происходит инерционный вынос частиц к оси корпуса желоба при каждом последующем искривлении внутриполостного пространства. При этом происходит отрыв от как минимум двух стенок в результате действия двойного эффекта Коэнда: в пристеночной зоне листов Мебиуса создается аэроразрежение, в которое под действием сил "Мебиуса" от поворотов газовой смеси устремляются и инверсионно сегрегируют менее инерционно ускоренные тонкие частицы. 3 ил., 1 табл.

Разделительный желоб пневматического классификатора, включающий криволинейный корпус с отверстиями, отличающийся тем, что как минимум две стенки корпуса выполнены в виде разомкнутого листа Мебиуса с переменной кривизной, при этом отверстия выполнены в указанных стенках.