КАМЕРНЫЙ ВОЗДУШНЫЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2007 года по МПК B07B4/04 

Изобретение может быть использовано в горнодобывающей, строительной промышленности, в сельском хозяйстве и других отраслях для сепарации сыпучих материалов по плотности, крупности, форме частиц.

Известен воздушный камерный сепаратор (пневматический классификатор), включающий корпус, камеру классификации, дозатор, вентилятор, наклонный каскад плоскостей, закрепленный в поперечном сечении корпуса, разгрузочные бункеры для сбора крупных, средних и мелких фракций [1].

Недостаток воздушного камерного сепаратора [1] заключается в отсутствии в нем необходимых технических элементов (деталей, узлов) и конструктивных решений, позволяющих повысить удельную производительность аппарата для разделения частиц сыпучих материалов в потоке воздуха.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является воздушный камерный сепаратор для сухой сепарации, включающий закрепленный на несущей раме корпус, выполненный в виде подготовительной камеры и камер для сепарации крупных и тонких частиц материала, дозатор, вентилятор, расположенный в подготовительной камере наклонный каскад плоскостей, каждая из плоскостей которого закреплена под определенным углом атаки к потоку воздуха, разгрузочные приспособления с карманами для сбора крупных и тонких фракций [2].

Недостатком данного устройства также является отсутствие в нем необходимых технических элементов (деталей, узлов) и конструктивных решений, позволяющих существенно повысить удельную производительность аппарата для разделения частиц сыпучих материалов в потоке воздуха.

Целью изобретения является повышение удельной производительности аппарата для разделения частиц сыпучих материалов в потоке воздуха и эффективности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в камерном воздушном сепараторе для сухой сепарации, включающем закрепленный на несущей раме корпус, выполненный в виде подготовительной камеры и камер для сепарации крупных и тонких частиц материала, дозатор, вентилятор, расположенный в подготовительной камере наклонный каскад плоскостей, каждая из плоскостей которого закреплена под определенным углом атаки к потоку воздуха, разгрузочные приспособления с карманами для сбора крупных и тонких фракций, корпус и подготовительная камера выполнены цилиндрическими, камеры для сепарации крупных и тонких частиц материала размещены вокруг подготовительной камеры и выполнены в виде соприкасающихся между собой секторов цилиндров с радиально расположенными вертикальными стенками, наклонный каскад плоскостей выполнен из набора уплощенных конических колец с монотонно увеличивающимися диаметрами в форме усеченного конуса с углом наклона его образующей, превышающим угол естественного откоса сепарируемого материала, при этом уплощенные конические кольца в радиальном сечении для увеличения скорости ламинарного обтекания потоком воздуха их верхней поверхности выполнены выпукло-вогнутыми, дозатор снабжен соосно закрепленным на верхнем основании усеченного конуса центробежным разбрасывателем и выполненным в виде обечайки, размещенной вокруг центробежного разбрасывателя с кольцевым зазором, гасителем скорости частиц материала, при этом для лучшего гашения скорости частиц и изменения траектории их движения вдоль образующей усеченного конуса обечайка в радиальном сечении выполнена вогнутой, разгрузочные приспособления с карманами для сбора крупных и тонких фракций снабжены в нижней части патрубками, соединенными с внутренней полостью кольцеобразных трубчатых конвейеров, имеющих на выходе разгрузочные течки, над камерами для сепарации крупных и тонких частиц материала расположена камера для отсоса воздуха, к которой посредством воздуховодов подключены равномерно размещенные по периметру сепаратора вытяжные вентиляторы, между камерой для отсоса воздуха и камерами для сепарации крупных и тонких частиц размещена конусообразная успокоительная решетка, выполненная из радиально расположенных ребер, скрепленных между собой кольцеобразными обечайками, к нижней части подготовительной камеры подсоединен циклон, тангенциальные входные патрубки которого сопряжены посредством воздуховодов с выходными патрубками вытяжных вентиляторов, циклон в нижней части имеет соосно расположенное разгрузочное приспособление для выгрузки пылевидных частиц, над выходным отверстием циклона внутри подготовительной камеры по ее оси размещено конусообразное успокоительное устройство с ребрами, расположенными в радиальных плоскостях на его внешней сетчатой поверхности, центробежный разбрасыватель снабжен закрепленным по его оси стержнем в виде винта с острием, направленным внутрь дозатора.

При создании изобретения автор исходил из следующего.

Разделение частиц сыпучих материалов в потоке воздуха происходит более эффективно и производительно при обеспечении ламинарности движения потока воздуха, оптимальных аэродинамических условий ввода частиц сепарируемого материала в воздушный поток и их скоростного режима движения как при вводе частиц в поток воздуха, так и непосредственно в самом потоке в наиболее разобщенном между собой виде и в объемном потоке.

Обоснование конструктивных элементов эффективного воздушного камерного сепаратора в их функциональной взаимосвязи детально рассмотрены в наиболее близком техническом решении, принятом за прототип (RU 2241551).

Повышение удельной производительности аппарата для разделения частиц сыпучих материалов в потоке воздуха при сравнительно высоком качестве разделения частиц по их физическим свойствам можно обеспечить, если сепаратор выполнить цилиндрическим с размещением подготовительной камеры по оси сепаратора в центральной его части, а сепарационные камеры разместить вокруг нее в виде соприкасающихся между собой секторов цилиндров с радиально расположенными вертикальными стенками. Это позволяет компактно и технологически рационально разместить все узлы сепаратора, занимая сравнительно небольшую площадь. Рационально также при этом решается проблема распределения питания в рабочей зоне сепаратора. Для этого наклонный каскад плоскостей следует выполнить в виде набора уплощенных конических колец с монотонно увеличивающимися диаметрами в форме усеченного конуса с углом наклона его образующей, превышающим угол естественного откоса сепарируемого материала. Для исключения возможных задержек частиц материала при их движении по конусной поверхности необходимо, чтобы угол наклона образующей конуса превышал угол естественного откоса сепарируемого материала. Учитывая, что при движении частицы материала будут притормаживаться на каждой плоскости каскада обтекаемых плоскостей, необходимо, чтобы скорость ламинарного обтекания верхней поверхности плоскости превышала скорость общего воздушного потока. Этого нетрудно добиться, если обтекаемую плоскость выполнить выпукло-вогнутой. По принципу непрерывности потока, скорость обтекания выпукло-вогнутой поверхности увеличивается на выпуклой стороне и уменьшается на вогнутой стороне (по аналогии с крылом самолета).

Для равномерной подачи питания на поверхность рабочего органа, выполненного в форме фигуры вращения, каким является усеченный конус, целесообразно использовать центробежный разбрасыватель с гасителем скорости частиц, выполненным в виде вогнутой в радиальном сечении обечайки. Это позволяет не только погасить скорость частиц, но и изменить траекторию их движения в нужном направлении, а именно, вниз по поверхности конуса, вдоль его образующей.

Повторное многократное использование воздуха может позволить существенно сохранить тепло помещений, где эксплуатируется сепаратор, а также обеспечить более благоприятные условия защиты от запыленности окружающего пространства. Очистка воздуха от сверхтонкой пыли позволит при этом повысить качество и эффективность процесса разделения сепарируемых частиц, особенно тонких и сверхтонких частиц.

Расположение камеры для отсоса воздуха над камерами для сепарации крупных и тонких частиц материала будет способствовать лучшему выделению тонких и сверхтонких фракций материала из потока сепарируемого материала. Этому же будет способствовать конусообразная успокоительная решетка, расположенная между камерой для отсоса воздуха и камерами для сепарации крупных и тонких частиц.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид камерного воздушного сепаратора, а на фиг.2 - вид сепаратора сверху, с показом отдельных его деталей.

Камерный воздушный сепаратор состоит из закрепленного на несущей раме 1 (фиг.1, 2) корпуса 2 цилиндрической формы, в котором последовательно от центра к периферии размещены подготовительная камера 3 и камеры 4 и 5 для сепарации крупных и тонких частиц материала соответственно. Камеры 4 и 5 выполнены в виде соприкасающихся межу собой секторов 6 цилиндров с радиально расположенными вертикальными стенками 7.

Подготовительная камера 3 снабжена дозатором 8 для равномерного дозирования сепарируемого материала и каскадом 9 обтекаемых плоскостей 10 для снижения средней скорости падения частиц материала и увеличения времени взаимодействия потоков воздуха и сепарируемого материала.

Обтекаемые плоскости 10 выполнены в виде уплощенных конических колец 11 с монотонно увеличивающимися диаметрами и размещены друг над другом с вертикальными зазорами 12 таким образом, что каскад 9 обтекаемых плоскостей 10 обретает форму усеченного конуса 13, размещенного по оси подготовительной камеры 3. Уплощенные конические кольца 11 и верхнее основание 14 усеченного конуса 13 закреплены посредством радиально расположенных ребер 15. Ребра 15 закреплены на несущей раме 1.

Уплощенные конические кольца 11 и зазоры 12 принимаются из расчета, чтобы угол наклона образующей усеченного конуса 13 превышал угол естественного откоса сепарируемого материала, что необходимо для равномерного перемещения сепарируемого материала вдоль образующей усеченного конуса 13 по внешним краям обтекаемых плоскостей 10.

Уплощенные конические кольца 11 в радиальном сечении имеют угол наклона образующей, соответствующий углу атаки к потоку воздуха, необходимому для сепарируемого материала. Для увеличения скорости ламинарного обтекания потоком воздуха верхних поверхностей плоскостей 10 уплощенные конические кольца 11 в радиальном сечении выполнены выпукло-вогнутыми.

Дозатор 8 снабжен соосно закрепленным на верхнем основании 14 усеченного конуса 13 центробежным разбрасывателем 16. Вокруг него с кольцевым зазором 17 закреплен за радиальные ребра 15 гаситель скорости частиц материала, выполненный в виде обечайки 18, вогнутой в радиальном сечении для лучшего гашения скорости частиц и изменения траектории их движения вдоль образующей усеченного конуса 13. Центробежный разбрасыватель 16 снабжен закрепленным по его оси стержнем в виде винта 19 с острием, направленным внутрь дозатора 8, призванным принудительно, без забивания отверстия дозатора 8 подавать материал на центробежный разбрасыватель 16.

Над камерами 4 и 5 для сепарации крупных и тонких частиц материала расположена камера 20 для отсоса воздуха, к которой через патрубки 21 посредством воздуховодов (на чертежах не показаны) подключены равномерно размещенные по периметру сепаратора вытяжные вентиляторы 22, между камерой 20 для отсоса воздуха и камерами 4 и 5 для сепарации крупных и тонких частиц размещена конусообразная успокоительная решетка 23, выполненная из радиально расположенных ребер 24, скрепленных между собой кольцеобразными обечайками 25.

К нижней части подготовительной камеры 3 подсоединен циклон 26, тангенциальные входные патрубки 27 которого сопряжены посредством воздуховодов (на чертежах не показаны) с выходными патрубками 28 вытяжных вентиляторов 22. Циклон 26 в нижней части имеет соосно расположенное разгрузочное приспособление 29 для выгрузки пылевидных частиц.

Над выходным отверстием 30 циклона 26 внутри подготовительной камеры 3 по ее оси размещено конусообразное успокоительное устройство 31.

В днищах камер 4 и 5 для сепарации крупных и тонких частиц материала размещены кольцеобразные разгрузочные приспособления 32 и 33 с пирамидальными карманами 34 и 35. К нижней части пирамидальных карманов 34 и 35 плотно присоединены патрубки 36 и 37. Патрубки 36 и 37 соединены с внутренней полостью кольцеобразных трубчатых конвейеров 38 и 39, имеющих на выходе разгрузочные течки 40 и 41 для выгрузки крупных и тонких частиц материала соответственно.

К нижнему основанию 42 усеченного конуса 13 подсоединен патрубок 43, к которому подсоединен циклон 26.

Успокоительное устройство 31 имеет сетчатую поверхность, на которой закреплены расположенные в радиальных плоскостях ребра 44, предназначенные для формирования воздушного потока строго в радиальном направлении от центральной части сепаратора к его периферии.

Камерный воздушный сепаратор работает следующим образом.

Включают вентиляторы 22 для создания воздушного потока в камерах 3, 4 и 5. При этом воздухозабор осуществляется через патрубок 43 нижнего основания 42 усеченного конуса 13, в который воздух возвращается от вентиляторов 22. Посредством дросселирования устанавливают заданную скорость воздушного потока в рабочей зоне сепаратора. Пускают в работу центробежный разбрасыватель 16 и дозатор 8, подающие материал с заданной производительностью в процесс сепарации. Принудительную, без забивания отверстия дозатора 8 подачу материала на центробежный разбрасыватель 16 обеспечивает при этом закрепленный по его оси стержень в виде винта 19 с острием, направленным внутрь дозатора 8.

Частицы материала посредством центробежного разбрасывателя 16 распределяются равномерно по периметру обечайки 18, на внутренней поверхности которой гасится скорость частиц и за счет вогнутости обечайки изменяется траектория их движения. Материал равномерно по всему периметру верхнего основания 14 усеченного конуса 13 поступает на каскад 9 обтекаемых плоскостей 10, двигаясь вниз в направлении вдоль образующей усеченного конуса 13. Ввиду того, что угол наклона образующей усеченного конуса 13 превышает угол естественного откоса сепарируемого материала, частицы материала равномерно без каких-либо задержек перемещаются по поверхности усеченного конуса 13 вдоль его образующей по внешним краям обтекаемых плоскостей 10. Притормаживаясь на каждой плоскости 10, частицы материала падают с плоскости на плоскость каскада 9, одновременно подвергаясь воздействию веерообразного горизонтального потока воздуха на каждом участке падения. За счет того, что уплощенные конические кольца 11 в радиальном сечении выполнены выпукло-вогнутыми, скорость ламинарного обтекания верхней поверхности плоскостей 10 повышена для того, чтобы материал не задерживался на плоскостях каскада 9.

Горизонтальный поток воздуха изменяет траекторию падения частиц материала соответственно их массам. В результате этого происходит их разделение по крупности, если частицы имеют одинаковую плотность, по плотности, если они имеют одинаковую крупность, или по форме. При этом частицы перераспределяются так, что в начале сепарации выпадают тяжелые частицы, уменьшаясь по своим массам к концу сепарации. Фракционирование выпавших из воздушного потока частиц осуществляется посредством кольцеобразных разгрузочных приспособлений 32 и 33 с пирамидальными карманами 34 и 35. Фракционированный материал через патрубки 36 и 37, плотно присоединенные к карманам 34 и 35, поступает затем во внутреннюю полость кольцеобразных трубчатых конвейеров 38 и 39, а оттуда через разгрузочные течки 40 и 41 выгружается из сепаратора.

Очистка воздуха от сверхтонкой пыли осуществляется с помощью циклона 26, подсоединенного к нижней части подготовительной камеры 3, для чего тангенциальные входные патрубки 27 циклона 26 сопряжены посредством воздуховодов с выходными патрубками 28 вытяжных вентиляторов 22. Непрерывное удаление пылевидных частиц из циклона 26 обеспечивается при этом с помощью разгрузочного приспособления 29.

Очистка воздуха от пыли позволяет повторно многократно использовать его при подводе его к патрубку 43 нижнего основания 42 усеченного конуса 13. Это позволяет существенно сохранить тепло помещений, где эксплуатируется сепаратор, обеспечить более благоприятные условия защиты от запыленности окружающего пространства, а также повысить качество разделения сепарируемых частиц и эффективность процесса, особенно при выделении тонких и сверхтонких фракций материала.

Расположение камеры 20 для отсоса воздуха над камерами 4 и 5 для сепарации крупных и тонких частиц материала способствует лучшему выделению тонких и сверхтонких фракций материала из потока сепарируемого материала. Этому же способствует конусообразная успокоительная решетка 23, выполненная из радиально расположенных ребер 24, скрепленных между собой кольцеобразными обечайками 25, и расположенная между камерой 20 и камерами 4 и 5.

Настройку и регулирование процесса сепарации осуществляют посредством дросселирования потока воздуха в рабочей зоне сепаратора, а также изменения конструктивных параметров каскада 9 и обтекаемых плоскостей 10, достигаемого использованием сменных комплектов этого узла, в зависимости от характеристики обрабатываемого материала и его крупности.

Таким образом, предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит за счет разработки технических элементов (деталей, узлов) и применения рациональных конструктивных решений существенно повысить удельную производительность аппарата для разделения частиц сыпучих материалов в потоке воздуха и эффективность процесса.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации N 1459736 "Воздушный камерный сепаратор", В07В, 23.02.1989.

2. Патент Российской Федерации №2241551 "Воздушный камерный сепаратор", В07В 4/04, приоритет от 06.09.2002, 10.12.2004, Бюл. №34 (прототип).

Изобретение может быть использовано в горнодобывающей, строительной промышленности, в сельском хозяйстве и других отраслях для сепарации сыпучих материалов по плотности, крупности, форме частиц. В камерном воздушном сепараторе для сухой сепарации корпус и подготовительная камера выполнены цилиндрическими, камеры для сепарации крупных и тонких частиц материала размещены вокруг подготовительной камеры и выполнены в виде соприкасающихся между собой секторов цилиндров с радиально расположенными вертикальными стенками. Наклонный каскад плоскостей выполнен из набора уплощенных конических колец с монотонно увеличивающимися диаметрами в форме усеченного конуса с углом наклона его образующей, превышающим угол естественного откоса сепарируемого материала. Дозатор снабжен соосно закрепленным на верхнем основании усеченного конуса центробежным разбрасывателем и выполненным в виде обечайки, размещенной вокруг центробежного разбрасывателя с кольцевым зазором, гасителем скорости частиц материала. Разгрузочные приспособления с карманами для сбора крупных и тонких фракций снабжены в нижней части патрубками, соединенными с внутренней полостью кольцеобразных трубчатых конвейеров, имеющих на выходе разгрузочные течки. Над камерами для сепарации крупных и тонких частиц материала расположена камера для отсоса воздуха, к которой посредством воздуховодов подключены вытяжные вентиляторы. Между камерой для отсоса воздуха и камерами для сепарации крупных и тонких частиц размещена конусообразная успокоительная решетка, выполненная из радиально расположенных ребер, скрепленных между собой кольцеобразными обечайками. К нижней части подготовительной камеры подсоединен циклон, тангенциальные входные патрубки которого сопряжены посредством воздуховодов с выходными патрубками вытяжных вентиляторов. Технический результат - повышение удельной производительности аппарата, а также повышение эффективности разделения частиц. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Камерный воздушный сепаратор для сухой сепарации, включающий закрепленный на несущей раме корпус, выполненный в виде подготовительной камеры и камер для сепарации крупных и тонких частиц материала, дозатор, вентиляторы, расположенный в подготовительной камере наклонный каскад плоскостей, каждая из плоскостей которого закреплена под определенным углом атаки к потоку воздуха, разгрузочные приспособления с карманами для сбора крупных и тонких фракций, отличающийся тем, что корпус и подготовительная камера выполнены цилиндрическими, камеры для сепарации крупных и тонких частиц материала размещены вокруг подготовительной камеры и выполнены в виде соприкасающихся между собой секторов цилиндров с радиально расположенными вертикальными стенками, наклонный каскад плоскостей выполнен из набора уплощенных конических колец с монотонно увеличивающимися диаметрами в форме усеченного конуса с углом наклона его образующей, превышающим угол естественного откоса сепарируемого материала, при этом уплощенные конические кольца в радиальном сечении для увеличения скорости ламинарного обтекания потоком воздуха их верхней поверхности выполнены выпукло-вогнутыми, дозатор снабжен соосно закрепленным на верхнем основании усеченного конуса центробежным разбрасывателем и выполненным в виде обечайки, размещенной вокруг центробежного разбрасывателя с кольцевым зазором, гасителем скорости частиц материала, при этом для лучшего гашения скорости частиц и изменения траектории их движения вдоль образующей усеченного конуса обечайка в радиальном сечении выполнена вогнутой, разгрузочные приспособления с карманами для сбора крупных и тонких фракций снабжены в нижней части патрубками, соединенными с внутренней полостью кольцеобразных трубчатых конвейеров, имеющих на выходе разгрузочные течки, над камерами для сепарации крупных и тонких частиц материала расположена камера для отсоса воздуха, к которой посредством воздуховодов подключены равномерно размещенные по периметру сепаратора вытяжные вентиляторы, между камерой для отсоса воздуха и камерами для сепарации крупных и тонких частиц размещена конусообразная успокоительная решетка, выполненная из радиально расположенных ребер, скрепленных между собой кольцеобразными обечайками, к нижней части подготовительной камеры подсоединен циклон, тангенциальные входные патрубки которого сопряжены посредством воздуховодов с выходными патрубками вытяжных вентиляторов, циклон в нижней части имеет соосно расположенное разгрузочное приспособление для выгрузки пылевидных частиц, над выходным отверстием циклона внутри подготовительной камеры по ее оси размещено конусообразное успокоительное устройство с ребрами, расположенными в радиальных плоскостях на его внешней сетчатой поверхности.2. Камерный воздушный сепаратор по п.1, отличающийся тем, что центробежный разбрасыватель снабжен закрепленным по его оси стержнем в виде винта с острием, направленным внутрь дозатора.