ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР ЦЕНТРОБЕЖНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2002 года по МПК B07B7/83 

Изобретение относится к пневматическому сепаратору центробежного действия, предназначенному для сортировки или классификации гранулированного материала на мелкую фракцию и крупную фракцию.

Известен пневматический сепаратор центробежного действия, содержащий ротор с вертикальной осью, оснащенный лопастями, равномерно распределенными по его периферии, направляющие лопатки, расположенные вокруг ротора, и корпус, включающий ротор и направляющие лопатки и снабженный входами для воздуха и для сортируемого материала, отводящим трубопроводом для воздуха и переносимой им мелкой фракции материала и выходом для грубой фракции, при этом для протекания воздуха через ротор внутри него к отводящему трубопроводу по периферии ротора предусмотрены каналы, образованные между лопастями, средства для разделения воздуха, текущего в роторе, по меньшей мере, на два отдельных потока, ротор оснащен средствами для регулирования скорости и/или расхода по меньшей мере одного из потоков (см. SU 1528334 A3, В 07 В 7/08, 07.12.1989), который является наиболее близким аналогом к предложенному сепаратору.

Недостатком известного сепаратора является плохое распределение частиц по крупности в заданном диапазоне размеров частиц под воздействием, с одной стороны, как на скорость ротора, так и на ориентацию направляющих лопаток.

Цель настоящего изобретения заключается в усовершенствовании сепаратора рассматриваемого типа, так чтобы обеспечить возможность регулирования наклона кривой распределения простым способом, другими словами, изменять распределение по крупности частиц, размер которых находится между первым и вторым размерами, другими словами, уменьшить интервал между первым и вторым размерами, что отражается кривой распределения с крутым наклоном.

Цель заявленного изобретения достигается за счет того, что пневматический сепаратор центробежного действия, содержащий корпус, ротор с вертикальной осью, оснащенный лопастями, равномерно распределенными по периферии, входы для воздуха и для сортируемого материала, отводящий трубопровод для воздуха и для сортируемого материала, отводящий трубопровод для воздуха и переносимой им мелкой фракцией материала, выход для грубой фракции, при этом для протекания воздуха через ротор внутри него к отводящему трубопроводу по периферии ротора предусмотрены каналы, образованные лопастями, средства для разделения воздуха, текущего в роторе, по меньшей мере, на два отдельных потока, средства для регулирования скорости и/или расхода, по меньшей мере, одного из потоков, образованные средствами для изменения сечения выходного отверстия, через которое, по меньшей мере, один из воздушных потоков вытекает из ротора к отводящему трубопроводу, дополнительно снабжен средствами для изменения входного сечения, по меньшей мере, нескольких каналов, по которым один из воздушных потоков проникает во внутреннюю часть ротора, выполненными в виде поворотных пластин или лопастей.

Согласно одному из вариантов осуществления конструкции ротор разделен на секторы радиально расположенными вертикальными разделительными стенками, при этом каждый сектор сообщен с выходным каналом через отверстие, обеспеченное поворотными створками или диафрагмами.

При этом согласно другому варианту осуществления конструкции ротор разделен на две части горизонтальной разделительной стенкой и часть ротора, наиболее удаленная от отводящего, трубопровода сообщена с последними через канал, границы которого определены соосной оболочкой, подсоединенной к кромке центрального отверстия в разделительной стенке, а другая часть ротора сообщена с отводящим трубопроводом через кольцевое отверстие, окружающее оболочку, при этом имеются средства для изменения сечения, по меньшей мере, некоторых каналов, образованных между лопастями, по меньшей мере, в одной из частей ротора, и изменения сечения канала и/или кольцевого отверстия.

Для изменения сечения каналов, образованных между лопастями ротора, могут быть использованы пластины, расположенные в упомянутых каналах, при этом каждая пластина подвижна, например, путем поворота вокруг оси, параллельной оси ротора, между первым положением, в котором она оставляет практически все сечение соответствующего канала свободным, и вторым положением, в котором она практически полностью закрывает канал.

Можно, например, разместить на выходе канала две пластины, шарнирно закрепленные на вертикальной оси, расположенной в средней плоскости канала; эти пластины посредством соответствующего механизма могут быть переведены из первого положения, в котором они прижаты друг к другу и расположены в упомянутой средней плоскости, во второе положение, в котором их свободные концы примыкают к концам лопастей, определяющих границы канала.

Как вариант, некоторые лопасти ротора могут быть ориентированы вокруг вертикальных осей, так что их концы могут опираться о соседнюю лопасть с тем, чтобы перекрыть канал, границы которого они определяют.

Другое решение заключается в создании лопастей из двух частей -неподвижной части и подвижной части, ориентируемой посредством вращения вокруг вертикальной оси. Например, одна из поверхностей лопасти может быть неподвижной, а другая подвижной, имеющей возможность поворота вокруг вертикальной оси, расположенной вблизи от периферии ротора, с тем чтобы привести ее в состояние опирания на соседнюю лопасть для перекрытия канала, который они формируют. Согласно другому варианту осуществления конструкции идущая в радиальном направлении наружная часть лопасти может быть неподвижной, а ее внутренняя часть может поворачиваться, при этом подвижные части двух соседних лопастей могут быть приведены в состояние примыкания друг к другу для перекрытия канала, границы которого определяются двумя лопастями.

Другие отличительные признаки объекта изобретения будут очевидны при изучении приведенного далее описания с имеющимися в нем ссылками на прилагаемые фигуры, на которых посредством не налагающего ограничений примера показано несколько вариантов осуществления конструкции. На этих фигурах показано следующее:
на фиг. 1 представлен вид в диаметральном сечении ротора сепаратора согласно изобретению;
на фиг. 2 - вид сверху ротора согласно фигуре 1, при этом на половине ротора не показано кольцо, частично закрывающее ротор в его верхней части;
на фиг.3 - в увеличенном масштабе вид части ротора;
на фиг.4 и 5 - виды, аналогичные виду на фиг.3, иллюстрирующие альтернативные варианты осуществления изобретения;
на фиг.6 - вид в диаметральном сечении другого ротора сепаратора согласно изобретению;
на фиг. 7 - кривые распределения для известного сепаратора и сепаратора согласно изобретению.

Сепаратор содержит ротор с вертикальной осью, направляющие лопатки, расположенные вокруг ротора, и корпус, внутри которого заключены ротор и направляющие лопатки и который обеспечен одним или более входами для сортируемого продукта и для воздушного потока, одним или более выходами для грубой фракции и центральным выходным отверстием для воздушного потока, несущего мелкую фракцию продукта.

Ротор 10 жестко прикреплен к нижнему концу вертикального вала 11, установленного посредством роликовых подшипников в трубчатой опоре 12, жестко прикрепленной к крышечной части корпуса сепаратора. Вал 11 подсоединен к узлу управления переменной скоростью, обеспечивающему возможность вращения ротора с желаемой скоростью.

Ротор 10 содержит большое количество вертикальных лопастей 14, равномерно отстоящих друг от друга по его периферии, нижние и верхние концы которых жестко прикреплены соответственно к торцевой части 16 и к кольцу 18. Цилиндрическая оболочка 20, жестко прикрепленная к внутреннему краю кольца 18, образует выходной канал для воздуха с несомыми им частицами небольших размеров, который проникает в ротор по каналам 15, образуемым между лопастями 14. Эта оболочка 20 с возможностью вращательного движения подсоединена к нижнему концу отводящего трубопровода 22, проходящего через крышечную часть корпуса сепаратора.

Внутренняя часть ротора разделена на четыре равных сектора посредством четырех радиально расположенных вертикальных разделительных стенок 24. Эти разделительные стенки жестко прикреплены к торцевой части 16, к кольцу 18 и к оболочке 26, окружающей нижнюю часть трубчатой опоры 12 и подсоединенной к торцовой части 16.

Выходное отверстие, ограниченное кольцом 18 и оболочкой 26, частично перекрыто поворотными створками 28 /по две на сектор в показанном варианте осуществления конструкции/. Каждая створка 28 жестко прикреплена к валу 30, установленному на подшипниках, жестко прикрепленных к кольцу 18 и оболочке 26. Квадратный элемент, обеспеченный на наружном конце каждого вала 30, обеспечивает возможность ориентации регулируемых створок, а следовательно, сечения выходного отверстия соответствующих секторов, при этом запорная система обеспечивает возможность сохранения желаемого положения створок после регулирования.

В секторе ротора, представленном на нижней левосторонней части фиг. 2, одна лопасть 14 из двух образована посредством фиксированной части 31, составляющей активную поверхность, и подвижной части 32, ориентируемой вокруг вертикальной оси 33, расположенной вблизи от передней кромки лопасти /см. фиг. 3/. Эта часть 32 может перемещаться между первым положением /показанным на фиг. 3 сплошной линией/, в котором она прижата к неподвижной части 31 лопасти, с тем чтобы оставить вход канала 15 свободным, и вторым положением /показанным штрихпунктирной линией/, в котором она полностью закрывает этот вход. Ориентацией подвижных частей лопастей можно управлять по отдельности или группами. Эти состоящие из двух частей лопасти должны быть распределены по периферии ротора таким образом, чтобы последняя была уравновешена. Например, ими могут быть снабжены два диаметрально противоположных сектора ротора.

На фиг. 4 показан другой вариант осуществления средств для перекрытия определенных каналов 15 ротора. Согласно этому альтернативному варианту осуществления конструкции две лопасти, определяющие границы каналов, выполнены из двух частей - наружной части 31', которая жестко прикреплена к конструкции ротора, и внутренней части 32', которая имеет возможность поворота вокруг вертикальной оси 33'. Управляющий механизм, который не показан, обеспечивает возможность перемещения подвижной части 32' каждой лопасти между двумя положениями - первым положением, показанным на фиг. 4 сплошными линиями, в котором части 31' и 32' являются продолжением друг друга и при этом канал 15 полностью открыт, и вторым положением, показанным штрихпунктирными линиями, в котором свободные концы частей 32' двух лопастей примыкают друг к другу и канал 15 перекрыт.

В альтернативном варианте осуществления конструкции, показанном на фиг. 5, средства перекрытия канала образованы парой вертикальных пластин 40, расположенных внутри ротора, при этом две пластины пары шарнирно закреплены своими внутренними краями на одной и той же вертикальной оси 42, расположенной в среднем сечении канала. Кулачок 44, расположенный между двумя пластинами и управляемый соответствующим механизмом, обеспечивает возможность перемещения двух пластин друг от друга для приведения их свободных концов в соприкосновение с лопастями 14 и перекрытия выхода канала 15, как показано на фиг. 5 сплошными линиями. Когда кулачок повернут и находится в среднем сечении канала, пластины 40 прижимаются к кулачку посредством центробежной силы, как показано на фиг. 5 штрихпунктирными линиями, и выход канала 15 практически полностью свободен.

Согласно альтернативному варианту осуществления конструкции, который не показан, некоторые лопасти 14 могут быть ориентированы посредством такого крепления, при котором они могут быть повернуты на роторе вокруг вертикальных осей, расположенных вблизи от их наружных краев, и могут быть приведены в состояние примыкания к неподвижным или ориентируемым соседним лопастям для перекрытия соответствующих каналов 15.

При эксплуатации сепаратор встраивают в открытую или замкнутую цепь, по которой течет поток газа, например воздуха. При прохождении через ротор воздушный поток делится на множество элементарных потоков по числу каналов 15 между лопастями 14. На выходе из каналов эти элементарные потоки группируются в каждом секторе ротора в четыре вторичных потока, которые выходят через выходное отверстие, границы которого определены кольцом 18 и оболочкой 26. Если все створки 28 находятся в вертикальном положении и если все каналы 15 открыты, расходы, обеспечиваемые четырьмя вторичными потоками, равны и скорости элементарных потоков равны; работа сепаратора соответствует работе обычного сепаратора.

Если одна часть каналов 15 перекрыта в одном из секторов ротора и одновременно створки 28 частично закрыты в других секторах, так что воздушный поток делится на два разных потока и расход через каждый из секторов, створки 28 которого закрыты, меньше расхода через сектор, створки которого открыты, скорость воздуха, проходящего через каналы 15, которые остаются открытыми в первом секторе, по этим двум причинам будет выше, чем в каналах других секторов. Поскольку силы тяги, которые воздействуют на частицы и противоположны центробежной силе в каналах 15, зависят от скорости воздуха, в то время как центробежные силы зависит только от скорости вращения ротора, размер частиц, в отношении которых центробежная сила и сила тяги уравновешены /теоретическая отсекаемая крупность/, будет больше в первом секторе, чем в других секторах. Все происходит так, как если бы имелось два параллельно работающих сепаратора с разными отсекаемыми крупностями, мелкие фракции которых перемешивались бы на выходе из сепаратора. Посредством регулирования сечения для выхода воздуха в одном или более секторах ротора и регулирования расходов воздуха, циркулирующего в разных секторах, можно выбрать две разных отсекаемых крупности, чтобы тем самым обеспечить получение желаемого распределения по крупности в заданном диапазоне.

На фиг. 7 показаны в качестве примера кривые распределения для двух отсекаемых крупностей в случае известного сепаратора и сепаратора согласно изобретению. Кривая распределения указывает весовую пропорцию, выраженную в % частиц данного размера в грубой фракции; для мелкой фракции могла бы быть получена обратная кривая. Для размеров частиц, меньших 20 мкм и больших 200 мкм, три кривые сливаются. В диапазоне 20-200 мкм кривая, обозначенная пунктиром, соответствует известному сепаратору, теоретическая отсекаемая крупность для которого составляет 50 мкм, а кривая, обозначенная точками, соответствует известному сепаратору, теоретическая отсекаемая крупность для которого составляет 105 мкм. Кривая в виде сплошной линии была получена в случае сепаратора согласно изобретению; можно видеть, что ее наклон имеет меньшую крутизну, чем для известных сепараторов, а это означает, что больше распространены размеры частиц в диапазоне 20-200 мкм.

Следовательно, изобретение позволяет получить кривую распределения с регулируемым наклоном, а следовательно, получить готовый продукт, имеющий желаемое распределение частиц по крупности в заданном диапазоне размеров частиц под воздействием, с одной стороны, как на скорость ротора, так и на ориентацию направляющих лопаток, и, с другой стороны, на положения створок 28 и на регулировку сечений каналов 15.

Вместо разделения на секторы посредством радиальных перегородок ротор может быть сконструирован так, как показано на фиг. 6, и разделен на две части 46 и 48 посредством горизонтальной разделительной стенки 50, например на середине высоты, при этом отверстие 52, выполненное в верхней стенке ротора, обеспечивает сообщение верхней части ротора с трубопроводом 22 сепаратора, предназначенным для выхода воздуха, а оболочка 54, диаметр которой меньше диаметра упомянутого отверстия 52, подсоединена к кромке центрального отверстия 56 в разделительной стенке и определяет границы канала 55, сообщающего нижнюю часть ротора с отводящим трубопроводом 22 через первое отверстие. Ротор снабжен средствами, например такими, которые представлены на фиг. 3,4 и 5, для перекрытия некоторых каналов, созданных между его лопастями на протяжении по меньшей мере части их высоты, и такими средствами, как створки 28 для регулирования по меньшей мере одного из выходных отверстий. Согласно тем же самым принципам ротор может быть разделен на более чем две налагаемые друг на друга части. Можно было бы даже обойтись без горизонтальной разделительной стенки или разделительных стенок с разделением воздуха на две или более потока в роторе в результате установки одной или более плунжерных труб, расположенных в оси ротора.

Для регулирования сечений выходных отверстий ротора могут быть использованы средства, отличающиеся от поворотных створок, например диафрагмы. Следует сказать, что эти модификации и все то, что может быть осуществлено в отношении описанных вариантов конструкции с использованием эквивалентных технических средств, включено в объем изобретения.

Изобретение относится к пневматическим сепараторам центробежного действия, предназначенным для сортировки и классификации гранулированного материала. Сепаратор содержит корпус, ротор с вертикальной осью, оснащенный лопастями, равномерно распределенными по периферии, входы для воздуха и для сортируемого материала, средства для разделения воздуха, по меньшей мере, на два отдельных потока, средства для регулирования скорости и/или расхода, по меньшей мере, одного из потоков, средства для изменения входного сечения, по меньшей мере, нескольких каналов, по которым один из воздушных потоков проникает во внутреннюю часть ротора, выполненные в виде поворотных пластин или лопастей. Изобретение позволяет усовершенствовать сепаратор для улучшения распределения частиц по крупности. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Пневматический сепаратор центробежного действия, содержащий корпус, ротор с вертикальной осью, оснащенный лопастями, равномерно распределенными по периферии, входы для воздуха и для сортируемого материала, отводящий трубопровод для воздуха и переносимой им мелкой фракции материала, выход для грубой фракции, при этом для протекания воздуха через ротор внутри него к отводящему трубопроводу по периферии ротора предусмотрены каналы, образованные лопастями, средства для разделения воздуха, текущего в роторе, по меньшей мере, на два отдельных потока, средства для регулирования скорости и/или расхода, по меньшей мере, одного из потоков, образованные средствами для изменения сечения выходного отверстия, через которое, по меньшей мере, один из воздушных потоков вытекает из ротора к отводящему трубопроводу, отличающийся тем, что сепаратор дополнительно снабжен средствами для изменения входного сечения, по меньшей мере, нескольких каналов, по которым один из воздушных потоков проникает во внутреннюю часть ротора, выполненными в виде поворотных пластин или лопастей. 2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что ротор разделен на секторы радиально расположенными вертикальными разделительными стенками и каждый сектор сообщен с выходным каналом через отверстие, обеспеченное поворотными створками. 3. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что ротор разделен на две части горизонтальной разделительной стенкой и часть ротора, наиболее удаленная от отводящего трубопровода, сообщена с последними через канал, границы которого определены соосной оболочкой, подсоединенной к кромке центрального отверстия в разделительной стенке, а другая часть ротора сообщена с отводящим трубопроводом через кольцевое отверстие, окружающее оболочку, при этом имеются средства для изменения сечения, по меньшей мере, некоторых каналов, образованных между лопастями, по меньшей мере, в одной из частей ротора, и изменения сечения канала и/или кольцевого отверстия. 4. Сепаратор по п. 2 или 3, отличающийся тем, что средства регулирования сечения отверстия и/или канала образованы поворотными створками. 5. Сепаратор по п. 2 или 3, отличающийся тем, что средства регулирования сечения отверстия и/или канала образованы диафрагмами. 6. Сепаратор по п. 2 или 3, отличающийся тем, что ротор оснащен средствами изменения сечения, по меньшей мере, некоторых из каналов, образованных между лопастями в одном из секторов или в частях ротора. 7. Сепаратор по п. 1 или 6, отличающийся тем, что пластины расположены в каналах, при этом каждая пластина подвижна между первым и вторым положением, в котором она практически полностью перекрывает канал. 8. Сепаратор по п. 1 или 6, отличающийся тем, что пластины размещены на выходе канала и шарнирно установлены на вертикальной оси, расположенной в среднем сечении канала, причем эти пластины установлены с возможностью перевода соответствующим механизмом из первого положения, в котором они прижаты друг к другу и расположены в плоскости среднего сечения, во второе положение, в котором их свободные концы примыкают к концам лопастей, определяющих границы канала. 9. Сепаратор по п. 1 или 6, отличающийся тем, что некоторые лопасти ротора установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей, так что они опираются на соседнюю лопасть для закрытия каналов, которые они образуют с соседними лопастями, причем эти поворотные лопасти образуют средства изменения сечения этих каналов. 10. Сепаратор по п. 1 или 6, отличающийся тем, что некоторые лопасти ротора выполнены из двух частей - неподвижной части и подвижной части, установленной с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, причем эти подвижные части лопастей образуют средства для изменения сечения каналов. 11. Сепаратор по п. 10, отличающийся тем, что одна из поверхностей некоторых лопастей выполнена неподвижной, а другая поверхность выполнена подвижной с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, расположенной вблизи периферии ротора, так что они опираются на соседнюю лопасть и закрывают канал, который они образуют. 12. Сепаратор по п. 10, отличающийся тем, что радиальная наружная часть лопасти выполнена неподвижной, а ее радиальная внутренняя часть выполнена с возможностью поворота, при этом подвижные части двух соседних лопастей выполнены с возможностью примыкания друг к другу для закрытия канала, образованного двумя лопастями.