ГРАНУЛЯТОР Российский патент 2002 года по МПК B01J2/20 

Изобретение относится к электротехническому производству, а именно к устройствам гранулирования активных масс электродов химических источников тока.

Известен гранулятор (А.с. 1792733 СССР), содержащий загрузочный бункер, запитывающий валок, установленный в бункере, формообразователь, выполненный в виде диска, к поверхности которого примыкает прессующий элемент, выполненный в виде сплошного диска с окном для разгрузки. Перфорированный и сплошной диски расположены соосно. Гранулятор снабжен нагревателем, выполненным в виде кольцевого сектора и размещенным над формообразователем в промежутке между бункером и окном разгрузки.

Гранулятор позволяет получать гранулы активных масс химических источников тока стабильных размеров и физико-механических свойств. Однако при гранулировании высокопористых масс, обладающих повышенной адгезией к конструкционным сталям, наблюдается зависание гранул в отверстиях перфорированного диска, что приводит к нарушению процесса разгрузки гранулятора, значительным потерям электродной массы и снижению производительности за счет увеличения времени на очистку перфорированного диска гранулятора. Кроме этого любые изменения конструкции гранулятора, уменьшающие потери материала при гранулировании и потери времени, связанные с очисткой перфорированного диска гранулятора, по возможности, не должны увеличивать трудоемкость изготовления гранулятора и уменьшать срок его службы.

Известен гранулятор (патент РФ 2168362, опубл. 10.06.2001), содержащий загрузочный бункер, запитывающий валок, установленный в бункере, формообразователь, выполненный в виде диска, к поверхности которого примыкает прессующий элемент, выполненный в виде сплошного диска с окном для разгрузки. Перфорированный и сплошной диски расположены соосно. Отверстия перфорированного диска выполнены в форме усеченного конуса, расходящегося книзу и имеют в верхней части цилиндрический формообразующий поясок, ширина которого составляет 0,1-0,2 толщины перфорированного диска, отношение толщины перфорированного диска к диаметру формообразующего пояска составляет 0,5-0,83 или 1,2-1,7, а угол конусности отверстий равен 6-10 град. Гранулятор снабжен нагревателем, выполненным в виде кольцевого сектора и размещенным над формообразователем в промежутке между бункером и окном разгрузки.

Гранулятор позволяет сократить потери материала при гранулировании и потерь времени, связанных с очисткой перфорированного диска гранулятора, но изготовление перфорированного диска такого гранулятора трудоемко и требует специального инструмента для выполнения конических отверстий. При изнашивании отверстий довольно быстро увеличивается толщина формующего пояска, а это приводит к необходимости его замены.

Перед авторами стояла задача уменьшения трудоемкости изготовления перфорированного диска и увеличения срока его службы при обеспечении малых потерь материала при гранулировании и потерь времени, связанных с очисткой перфорированного диска гранулятора.

Поставленная задача решена тем, что в грануляторе, содержащем загрузочный бункер, запитывающий валок, установленный в бункере, формообразователь, выполненный в виде перфорированного диска, к поверхности которого примыкает прессующий элемент, выполненный в виде сплошного диска с окном для разгрузки, причем перфорированный и сплошной диски расположены соосно, нагреватель, выполненный в виде кольцевого сектора и размещенный над формообразователем в промежутке между бункером и окном разгрузки, отверстия перфорированного диска выполнены ступенчатыми, в виде двух ступеней - верхней и нижней, с переходной поверхностью между ними. При этом верхняя ступень имеет меньший диаметр и выполняет функцию формообразующего пояска, а диаметр нижней ступени отверстий d₁ больше диаметра d верхней ступени на (0,1-0,2) толщины перфорированного диска H. Переходная поверхность между верхней и нижней ступенями отверстий выполнена конической или с галтелью - радиусным сопряжением торца нижней ступени и ее цилиндрической поверхностью диаметром d₁, причем угол конусности переходной поверхности (угол между образующими) составляет 50-180 град., а радиус сопряжения переходной поверхности с галтелью равен 0-0,16 толщины перфорированного диска.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-3, где представлена схема гранулятора, и фиг.4 и 5), на которых показана форма отверстий перфорированного диска. На чертежах: d - диаметр верхней ступени отверстий; t - ширина верхней ступени отверстий; Н - толщина перфорированного диска; d₁ - диаметр нижней ступени отверстий; ϕ - угол конусности переходной поверхности; R - радиус галтели - сопряжения нижней ступени с торцевой поверхностью этой ступени отверстий.

Гранулятор состоит из формообразующего устройства, выполненного из двух прижатых друг к другу дисков - верхнего перфорированного 1 и нижнего сплошного 2 с окном 3 для разгрузки гранул, загрузочного бункера 4 с запитывающим валком 5 и нагревателя 6, расположенного над перфорированным диском и примыкающего к его поверхности. Нагреватель 6 выполнен в виде кольцевого сегмента и размещен в промежутке между бункером 4 и окном для разгрузки 3. Перфорированный диск имеет ступенчатые отверстия с конической переходной поверхностью (фиг. 4) или с радиусными сопряжением - галтелью (фиг.5). Отношение толщины Н перфорированного диска к диаметру d верхней ступени отверстий равно 1,2-1,7 или 0,5-0,83 (H/d = 0,5-0,83 или H/d = 1,2-1,7), ширина верхней ступени отверстий t равна (0,1-0,2) толщины перфорированного диска Н (t = (0,1-0,20) Н), а диаметр нижней ступени отверстий d₁ больше диаметра d верхней ступени на (0,1-0,2) толщины перфорированного диска Н. Угол конусности конической переходной поверхности между верхней и нижней ступенями отверстий (угол между образующими) составляет 50-180 град., а радиус сопряжения переходной поверхности с галтелью равен 0-0,16 толщины перфорированного диска.

Гранулятор работает следующим образом.

Загрузочный бункер заполняется гранулируемой массой. Включают вращение запитывающего валка и перфорированного диска. Масса запитывающим валком, установленным в бункере, впрессовывается в отверстия перфорированного диска, к поверхности которого примыкает сплошной диск, выполняющий функцию дна отверстий. Далее при вращении перфорированного диска отверстия, заполненные массой, попадают в зону нагревателя, где производится сушка массы. Во время сушки в результате усадки массы происходит отрыв массы от стенок отверстий и превращается в отдельные гранулы. При прохождении отверстий над окном разгрузки гранулы выпадают из них.

При отношении H/d от 0,83 до 1,2 после отрыва гранул наблюдается зависание части гранул в отверстиях, так как такие гранулы достаточно легко проворачиваются под действием сил трения на их торцах, происходит деформирование гранул, скалываются их края, т.е. наблюдается разрушение части гранул.

При отношениях H/d от 0,5 до 0,83 и от 1,2 до 1,7 положение гранул в отверстиях стабилизируется, проворачивания и зависания их в отверстиях не наблюдается.

При отношении H/d, большем 1,7 и меньшем 0,5, затрудняется подача и транспортировка гранул. Большая относительная длина или малая относительная толщина гранул способствует их зависанию в бункерах подачи. Кроме того, такие гранулы легко дробятся.

Ширина верхней ступени отверстий, выполняющей функцию формообразующего пояска, меньше 0,1Н приводит к тому, что формуется гранула диаметром, большим диаметра верхней части. Площадь контакта между гранулой и отверстием велика, и адгезионные силы на поверхности контакта достаточны для удержания гранул в отверстиях, поэтому нарушается стабильность процесса разгрузки гранул, гранулы не выпадают из отверстий. Увеличение ширины верхней ступени более 0,3Н также приводит к зависанию гранул в отверстиях.

При диаметре нижней ступени отверстий d₁, меньшем d+0,1H, наблюдается зависание гранул в отверстиях. При d₁, большем d+0,2H, растут потери массы за счет того, что гранулы легко перемещаются в отверстиях и скалываются их края. Отколовшиеся частицы массы попадают в зазор между поддерживающим и перфорированным дисками. Это проводит к необходимости частой остановки гранулятора для очистки дисков. Кроме этого, диски интенсивно изнашиваются.

Переходная поверхность между верхней и нижней ступенями отверстий выполнена конической или в виде галтели (радиусного сопряжения торца нижней ступени и ее цилиндрической поверхности диаметром d₁).

Для конической переходной поверхности угол конусности переходной части (угол между образующими) должен составлять 50-180 град. Если угол конусности этой зоны более 10-15 град., то процесс гранулирования стабилен, но при угле менее 50 град. радиальный износ верхней ступени отверстия сопровождается значительным увеличением ее ширины. Так увеличение диаметра d верхней ступени отверстий на 0,5 мм при угле конусности переходной зоны 130 град. сопровождается ростом ширины t верхней ступени отверстий на 0,23 мм, при углах 90, 50, 40 и 10 град. ширина t соответственно увеличивается на 0,5, 1,07, 1,37 и 5,72 мм. В последних двух случаях перфорированный диск нужно заменять из-за недопустимо большой ширины верхней ступени отверстий - формообразующей поверхности. Угол конусности может быть увеличен без ухудшения стабильности работы гранулятора до предельного значения, равного 180 град. По технологическим соображениям рекомендуется переходная зона в виде фаски с углом конусности 90-130 град. Такие отверстия легко изготавливать стандартным инструментом.

Радиус переходной поверхности для ступенчатого отверстия с галтелью должен составлять (0-0,16) толщины Н перфорированного диска. При большем радиусе сопряжения радиальный износ верхней ступени отверстия сопровождается значительным увеличением ее ширины, что приводит к необходимости частой смены перфорированного диска. Уменьшение радиуса сопряжения вплоть до предельного значения, равного 0, не ухудшает условия эксплуатации гранулятора.

Таким образом, оптимальными являются ступенчатые отверстия, имеющие следующие параметры:
- отношение толщины перфорированного диска к диаметру верхней ступени отверстий от 0,5 до 0,83 или от 1,2 до 1,7;
- ширина верхней ступени отверстий -0,1-0,3 толщины перфорированного диска;
- диаметр нижней ступени ступенчатых отверстий больше диаметра их верхней ступени на 0,1-0,2 толщины перфорированного диска.

Переходная поверхность отверстий должна быть выполнена конусной с углом конусности 50-180 град. либо с галтелью, радиус которой равен (0-0,16) толщины перфорированного диска.

Результаты испытаний позволяют судить о высокой стабильности процесса гранулирования. Гранулы не зависают в отверстиях перфорированного диска и не разрушаются в нем. Это позволяет исключить потери материала за счет зависания гранул в отверстиях перфорированного диска и забивание зазоpa между дисками гранулируемым материалом, что в свою очередь сокращает время на очистку гранулятора и повышает его реальную производительность. Кроме этого, диски со ступенчатыми отверстиями сохраняют свою работоспособность при значительно большем износе формообразующих поясков, чем диски с коническими отверстиями, т. е. они более долговечны и не требуют частой замены. Ступенчатые отверстия таких перфорированных дисков могут быть выполнены стандартным инструментом, и трудоемкость их невелика.

Как видно из описания, предлагаемый гранулятор обладает изобретательским уровнем.

Проведенный патентно-информационный поиск показал, что объектов, обладающих совокупностью основных отличительных признаков предлагаемого устройства, не обнаружено.

На основании вышеизложенного считаем, что предлагаемое устройство может быть защищено патентом Российской Федерации.

Изобретение предназначено для получения гранул из паст активных масс, а также для гранулирования порошковых материалов. Гранулятор содержит формообразователь в виде перфорированного диска, загрузочный бункер с запитывающим валком, расположенный над перфорированным диском, сплошной опорный диск с окном для разгрузки, расположенный под перфорированным диском и примыкающий к его поверхности, нагреватель в виде кольцевого сектора, размещенный в промежутке между бункером и окном для разгрузки. Перфорированный диск имеет ступенчатые отверстия, верхняя ступень которых выполняет функцию формообразующего пояска, ширина которого составляет 0,1-0,2 толщины перфорированного диска, отношение толщины перфорированного диска к диаметру формообразующего пояска составляет 0,5-0,83 или 1,2-1,7. Диаметр нижней ступени отверстий больше диаметра верхней на 0,1-0,2 толщины перфорированного диска. Переходная поверхность между верхней и нижней ступенями отверстий выполнена конической с углом конусности (углом между образующими) 50-180^o или с галтелью, радиус которой равен 0-0,16 толщины перфорированного диска. Конструкция перфорированного диска гранулятора позволяет уменьшить трудоемкость изготовления и увеличить срок его службы при обеспечении малых потерь материала при гранулировании и потерь времени, связанных с очисткой перфорированного диска гранулятора. 5 ил.

Гранулятор, содержащий формообразователь в виде перфорированного диска с отверстиями, имеющими цилиндрический формообразующий поясок в верхней части, ширина которого составляет 0,1-0,2 толщины перфорированного диска, отношение толщины перфорированного диска к диаметру формообразующего пояска составляет 0,5-0,83 или 1,2-1,7, загрузочный бункер с запитывающим валком, расположенные над перфорированным диском, сплошной опорный диск с окном для разгрузки, расположенный под перфорированным диском и примыкающий к его поверхности, нагреватель в виде кольцевого сектора, размещенный в промежутке между бункером и окном для разгрузки, отличающийся тем, что отверстия в перфорированном диске выполнены ступенчатыми, верхняя ступень которых выполняет функцию формообразующего пояска, диаметр нижней ступени отверстий больше диаметра их верхней ступени на 0,1-0,2 толщины перфорированного диска, а переходная поверхность между верхней и нижней ступенями отверстий выполнена конической с углом конусности 50-180^o или с галтелью радиусом, равным 0-0,16 толщины перфорированного диска.