ПНЕВМОТРАНСПОРТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДАЧИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2007 года по МПК B65G53/24 B65G53/14 B65G53/40 

Изобретение относится к устройствам пневматического транспортирования сыпучих материалов и их раздачи, например при заправке порошковых огнетушителей.

Известна дозирующая установка (п. №2108947, МКИ В65В 1/16, B65G 53/14), в которой бункер выполнен, по меньшей мере, с двумя выпускными горловинами, сообщающимися через подвижную заслонку с соответствующим числом составных дозаторов, каждый из которых выполнен равным по объему загружаемой емкости, причем верхняя составляющая дозатора выполнена в виде дивергентной воронки с клапаном, а нижняя - в виде бункера-конуса.

Выполнением дозатора равным по объему загружаемой емкости обеспечивается максимальная точность дозирования.

Однако загрузка емкости в установке носит циклический, а не непрерывный характер. При этом, как показала практика, заслонка не всегда полностью перекрывает горловину дозатора из-за попадания тонкодисперсного материала в элементы исполнительного механизма, в результате чего резко ухудшалась экологическая безопасность. Смена дозаторов для перенастройки установки на другую дозу материала в условиях массового производства оказалась весьма непроизводительной операцией.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемой является пневмотранспортная установка для раздачи сыпучих материалов нескольким пунктам потребления, включающая в себя емкость-хранилище, связанное посредством транспортного трубопровода с раздаточными бункерами, под которыми установлены с помощью расширяющихся в их сторону патрубков накопительные бункера (а.с. №315665, МПК B65G 53/40).

Однако данная конструкция весьма непроизводительна, ненадежна в работе, имеет малую экологическую безопасность.

Конструкции бункерных устройств: емкости-хранилища, раздаточного и накопительного не обеспечивают свободного истечения из них сыпучего материала, что объясняется тем, что нормальное напряжение на площадках, перпендикулярных линии свода, у связочных грузов может быть равно нулю без нарушения равновесия сыпучего тела, что приводит к сводообразованию материала.

Применение стенок воронки бункера, наклоненных под углом 70-80° к горизонтали, не исключает этого явления из-за прерывистого режима работы установки, и во время перекрытия выпускного отверстия все равно возникает свод, что объясняется связанностью подаваемого материала.

Когда высота свода становится соизмеримой с глубиной бункера, возникает явление трубообразования. Над отверстием истечения образуется полая труба и дальнейшее движение материала прекращается.

Для устранения этих явлений приходится применять шуровочные операции, нанесение ударов по бункеру и вибрирование. Реализация этих операций связана со значительными усложнениями конструкции, добавлением приводов и, как неизбежное следствие, к потере производительности.

Кроме того, в период прекращения выдачи материала в бункере образуются дополнительные надсводы, что особенно проявляется при загрузке бункера материалом массой более 1 кг. В таком случае нарушается условие (типа Мизеса) истечения материала, когда сумма условий его напряженного состояния превышает напряжение, характеризующееся свойствами материала, и определяется законами механики грунта (см. Механика грунтов, М., Мир, 1975. - с.167).

В этом случае воздушные импульсы уже не столь эффективно ворошат материал, а только пробивают в нем «дырки».

При этом на дне бункера образуется своеобразный смерч, своей пятой опирающийся о слой нессыпавшегося порошка. Т.е. происходит явление, аналогичное действию атмосферных вихрей на предметы, находящиеся на земле. При этом в центре смерча винтообразное движение частиц порошка направлено вверх, а центробежные силы стремятся увеличить площадь этого потока, что уменьшает скорость истечения материала вниз, а также предопределяет поступление части его обратно в трубопровод.

Возможное применение вибрации для обеспечения сводообрушения при дозировании тонкодисперсных материалов, каковыми являются огнетушащие порошки, оказалось неэффективным. Для таких материалов по известным рекомендациям (см., например, Зимон А.Д., Андрианов Е.И. Аутогезия сыпучих материалов, - М., Металлургия, 1978. - с.288) эффективными и надежными при дозировке являются механические сводообрушители, что также ведет к снижению производительности.

Техническая задача состояла в разработке установки, которая позволяла бы осуществлять производительную беспылевую загрузку емкостей материалом строго определенной дозы, легко меняемой в процессе производства при повышенных уровнях вакуумметрического давления.

Общими признаками предлагаемой установки с известными являются наличие вакуум-насоса, всасывающих трубопроводов, бункера-хранилища, накопительного бункера, раздаточных устройств.

В отличие от прототипа в предлагаемой установке каждое раздаточное устройство содержит внутренний и внешний бункера, состоящие каждый из цилиндрической части и воронки, внутренний бункер снабжен цилиндрическим успокоителем, а внешний бункер на выпускной горловине воронки имеет конусный затвор, снабженный выступающим из него подающим трубопроводом, смонтированным внутри затвора с кольцевым зазором, под конусными затворами раздаточных устройств смонтированы коромысла дозаторов с сменными противовесами массой, равной массе полностью заправленной загружаемой емкости, закрепленной на другом рычаге коромысла, при этом кольцевой зазор конусного затвора каждого раздаточного устройства сообщен с вакуум-насосом через накопительный бункер в виде равного по объему воронке внешнего бункера раздаточного устройства конического циклона, накопительный бункер и бункер-хранилище снабжены затворами их горловин, выполненными с подающими трубопроводами аналогично затворам раздаточных устройств, при этом бункер-хранилище, раздаточные устройства и конический циклон снабжены рукавными фильтрами с устройствами встряхивания, причем раздаточные устройства дополнительно снабжены тканевыми фильтрами.

Такая установка позволяет осуществлять производительную беспылевую загрузку емкостей строго определенной дозой, легко меняемой в процессе производства.

Это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемыми положительными результатами.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.

Задачей изобретения является повышение производительности с одновременным улучшением экологии.

Вышеуказанные отличительные признаки, отличающие предложенное техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники при изучении авторами данной и смежной областей техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию «новизны».

Исследуя уровень техники в ходе проведения патентного поиска по всем видам доступных сведений, обнаружено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, следовательно, можно сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения заключается в том, что в пневмотранспортной установке, содержащей вакуум-насос, трубопроводы, бункер-хранилище, накопительный бункер, каждое раздаточное устройство содержит состоящие из цилиндрической части и воронки внутренний с цилиндрическим успокоителем и внешний бункера, на выпускной горловине которого расположен конусный затвор, снабженный выступающим из него подающим трубопроводом, смонтированным внутри затвора с кольцевым зазором, под конусными затворами раздаточных устройств смонтированы коромысла дозаторов со сменными противовесами массой, равной массе полностью заправленной загружаемой емкости, закрепленной на другом рычаге коромысла, при этом кольцевой зазор затвора каждого раздаточного устройства сообщен взаимодействующим с вакуум-насосом через накопительный бункер в виде равного по объему воронке внешнего бункера раздаточных устройств конического циклона, накопительный бункер и бункер-хранилище снабжены затворами их горловин, выполненными с подающими трубопроводами, аналогично затворам раздаточных устройств, при этом бункер-хранилище, раздаточные устройства и конический циклон снабжены рукавными фильтрами с устройствами встряхивания, причем раздаточные устройства дополнительно снабжены тканевыми фильтрами.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена установка, общий вид; на фиг.2 - раздаточное устройство в сечении.

Установка состоит из вакуум-насоса 1, всасывающих трубопроводов 2, связывающих с вакуум-насосом 1 бункер-хранилище 3 с устройством аэрации 4, конический циклон 5, раздаточные устройства 6, содержащие внутренний бункер с цилиндрической частью 7 и воронкой 8 с цилиндрическим успокоителем 10 и внешний бункер с цилиндрической частью 9 и воронкой 11, на которой расположен конусный затвор 12, снабженный выступающим из него трубопроводом 14, смонтированным внутри затвора 12 с кольцевым затвором 13, сообщающимся с вакуум-насосом 1, под конусными затворами 12 смонтированы коромысла 15 со сменным противовесом 16, бункера 3, 6 и конический циклон 5 снабжены рукавными фильтрами 18 с устройством встряхивания 19, бункера 6 снабжены также тканевыми фильтрами 23. Количество устройств 6 определяется заданной производительностью.

Установка работает следующим образом.

Загружаемая емкость 17 устанавливается на коромысло 15 и под воздействием противовеса 16 плотно прижимается к затвору 12, конусная часть которого обеспечивает установление единого с внутренней полостью устройства 6 загерметизированного объема. Одновременно подается команда на включение насоса 1. По показанию манометра 24 при помощи регулятора 20 устанавливается определенное вакуумметрическое давление. Через кольцевой зазор 13 и трубопроводы 2 удаляется воздух из емкости 17 и полостей устройств 6, циклона 5 и бункера 3. Создаваемый вакуум побуждает поступление порошкообразного материала из тары 22 по трубопроводу 25 в устройство 6 и дальше в емкость 17 по трубопроводу 14. Фильтры 18, 23 снижают активность возвращаемого в трубопроводы порошка, поступающего далее в конический циклон 5 и бункер 3, своевременно разгружаемых через конические затворы 12. Фильтры 18 снабжены встряхивающими устройствами 19, возвращающими порошок в технологический цикл загрузки.

После заправки емкости 17 происходит ее автоматическое размыкание с коническим затвором 12. Прекращение подачи порошка обуславливается запиранием подающего трубопровода 14 атмосферным воздухом и наличием вакуума в полости устройства 6. Надежность срабатывания этого цикла определяется перемещением противовеса 16 по плечу коромысла 15 во время настройки на определенную дозу загрузки.

Надежность работы установки обеспечивается следующим образом. Тангенциальный ввод потока порошка по трубопроводу 25 во внешний бункер 9 при взаимодействии с входящим потоком воздуха вызывает вращение порошково-воздушной смеси. Частицы порошка при движении во вращающемся криволинейном потоке воздуха находятся под воздействием сил тяжести, центробежной и сопротивления. Конструктивные элементы установки обеспечивают наиболее эффективное воздействие этих сил на частицы порошка для беспрепятственного поступления его в загружаемую емкость. Так в результате действия центробежных сил частицы порошка, взвешенные в потоке, отбрасываются на стенки внешнего бункера 9 и выпадают из потока. Для обеспечения сплошного истечения этой массы порошка стенки воронки 11 выполняются под углом, большим угла обрушения материала, зависящего от крупности частиц материала, насыпной ее плотности, сыпучести, коэффициента внешнего трения. Как правило, этот угол выполняется 70°...80°. Действие вакуума также способствует ускорению поступления порошка к выпускной горловине внешнего бункера 9. Часть порошка, которая под напором истечения через нагнетательный трубопровод 25 стремится к оси бункера 9, отбрасывается также вниз за счет взаимодействия с наклонной стенкой воронки 8 внутреннего бункера 7. Далее порошок по трубопроводу 14 поступает в емкость 17, из которой по кольцевому зазору 13 одновременно происходит отсос воздуха. Чтобы исключить обратный зазос потоком воздуха частиц порошка, трубопровод 14 выполнен выступающим из затвора 12. Чтобы исключить влияние смерча на истечение порошка вниз, на горловине 8 смонтирован цилиндрический успокоитель 10, который концентрирует поток в своем объеме и направляет его дальше во внутренний бункер 7. Под действием центробежных сил частицы порошка отбрасываются на стенки воронки 8, выпадают из потока и поступают через выпускную горловину внутреннего бункера 7, успокоитель 10 к выпускной горловине 11.

Для исключения сводообразования скорость истечения порошка из внутреннего бункера должна быть меньше скорости истечения из внешнего бункера. Это достигается выполнением соотношения углов наклона стенок воронок внутреннего и внешнего бункеров

∠β внут.<∠β внеш.

Для того чтобы часть порошка, захваченная восходящим потоком, не попадала в нагнетательную систему, перед трубопроводом располагается фильтр 18, имеющий встряхивающее устройство 19, возвращающее порошок на загрузку.

Суммарный эффект описанных воздействий элементов конструкции на порошок, а также разность вакуумметрического давления между полостями бункеров устройства 6 и загружаемой емкостью 17 обеспечивает беспрепятственное поступление порошка в емкость 17 при перегрузке.

Повышенное вакуумметрическое давление обеспечивает заданную производительность установки. Необходимую экологическую безопасность обеспечивают фильтры 18 и 23, а также конический циклон 5 и бункер 3. Конический циклон 5, равный по объему воронке 11, является компенсатором неизбежных воздушных динамических ударов в процессе заправки. Выполнение его объема большим или меньшим объема воронки 11 нарушает постоянность напора воздушного потока. Просочившаяся часть порошка окончательно собирается в бункере-хранилище 3.

Собираемый в циклоне 5 и бункере 3 порошок своевременно поступает в емкости 17 через трубопроводы 14 конусных затворов 12. Беспрепятственность поступления порошка из бункера 3 поддерживается устройством аэрации 4.

Сменный противовес 16 обеспечивает легкую перенастройку установки на другие величины заправляемой дозы.

Геометрические параметры конструкции установки, как то величина кольцевого зазора 13, диаметр трубопровода 14, диаметр и высота цилиндрического успокоителя 10 и бункера 3, высота воронки 8 внутреннего бункера 7, углы наклона стенок воронок 8, 11, находятся весьма сложными расчетами (см., например, Р.Л.Зеньков, И.И.Ивашков, Л.Н.Колобов. Машины непрерывного транспорта, Машиностроение, 1987, с.343/360).

Исходными данными для расчетов служат специфические свойства каждого определенного материала, как то - крупность его частиц, насыпная их плотность, сыпучесть, коэффициент внешнего трения, которые, в свою очередь, зависят от таких конкретных свойств материала, как хрупкость, гигроскопичность, слеживаемость, смерзаемость и т.д.

Таким образом, совокупное использование новых технических решений и их размерных параметров в предлагаемой установке позволило получить приращение по сравнению с прототипом положительного эффекта при ее эксплуатации, а именно повышение эффективности и экологической безопасности ее работы путем исключения трубообразования и сводообразования материала, за счет применения фильтрующих и компенсирующих повышенное вакуумметрическое давление средств, что доказывает существенность отличительных признаков формулы изобретения.

Технико-экономическая обоснованность применения изобретения подтверждается исключением из производства непроизводительных технологических операций разрушения свода материала ударам по бункеру механическими, пневматическими, электромагнитными устройствами, отказом от использования всевозможных шуровочных устройств и значительным повышением техники безопасности труда.

На дату подачи заявки испытан опытный образец установки с положительными результатами.

По результатам испытаний предлагаемая конструкция признана более перспективной по сравнению с прототипом и рекомендована для использования в массовом производстве.

Документация согласована. В настоящее время ведутся работы по подготовке производства.

Изобретение относится к устройствам пневматического транспортирования сыпучих материалов и может быть использовано при заправке порошковых огнетушителей. Пневмотранспортная установка содержит вакуум-насос, трубопроводы, бункер-хранилище с механизмом аэрации, накопительный бункер и раздаточные устройства. Каждое раздаточное устройство содержит внутренний и внешний бункера, состоящие каждый из цилиндрической части и воронки. Внутренний бункер снабжен цилиндрическим успокоителем, а внешний бункер на выпускной горловине воронки имеет конусный затвор, снабженный выступающим из него подающим трубопроводом, смонтированным внутри затвора с кольцевым зазором. Под конусными затворами раздаточных устройств смонтированы коромысла дозаторов со сменными противовесами массой, равной массе полностью заправленной загружаемой емкости, закрепленной на другом рычаге коромысла. Кольцевой зазор конусного затвора каждого раздаточного устройства сообщен с вакуум-насосом через накопительный бункер. Изобретение обеспечивает повышение производительности при дозированной разгрузке. 2 ил.

Пневмотранспортная установка для раздачи сыпучих материалов, содержащая вакуум-насос, всасывающие трубопроводы, бункер-хранилище, накопительный бункер, раздаточные устройства, отличающаяся тем, что каждое раздаточное устройство содержит внутренний и внешний бункера, состоящие каждый из цилиндрической части и воронки, внутренний бункер снабжен цилиндрическим успокоителем, а внешний бункер на выпускной горловине воронки имеет конусный затвор, снабженный выступающим из него подающим трубопроводом, смонтированным внутри затвора с кольцевым зазором, под конусными затворами раздаточных устройств смонтированы коромысла дозаторов со сменными противовесами, массой, равной массе полностью заправленной загружаемой емкости, закрепленной на другом рычаге коромысла, при этом кольцевой зазор конусного затвора каждого раздаточного устройства сообщен с вакуум-насосом через накопительный бункер, выполненный в виде конического циклона, объем которого равен объему воронки внешнего бункера раздаточного устройства, накопительный бункер и бункер-хранилище снабжены затворами их горловин, выполненными с подающими трубопроводами, аналогично затворам раздаточных устройств, при этом бункер-хранилище, раздаточные устройства и конический циклон снабжены рукавными фильтрами с устройствами встряхивания, причем раздаточные устройства дополнительно снабжены тканевыми фильтрами.