СЕПАРАТОР ГРАНУЛИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2016 года по МПК B07B7/83 B07B7/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к промышленной установке для разделения гранулированных материалов, в частности, для классификации порошков или подобных материалов с помощью динамических воздушных сепараторов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Разделение материалов на фракции частиц разных размеров можно осуществлять с помощью динамических воздушных сепараторов. В качестве обрабатываемых материалов могут выступать порошки с размерами частиц до 1000 мкм, например, в числе прочих, цемент, известняк или известь, а также руда и уголь.

[0003] Динамические воздушные сепараторы прошли целый ряд значительных ступеней развития, что позволило разделить их на три большие семейства. Первое из них, к которому обычно относят сепараторы турбинного типа, сепараторы Хейда или сепараторы вихревого типа, было усовершенствовано до второго, к которому относятся сепараторы типа «Wedag». Факультативно такие сепараторы могут содержать решетчатый барабан вместо распределительных лопаток.

[0004] В документе ЕР 2266715 А1 (Hosokawa) раскрыт сепаратор, в котором подача и диспергирование материала осуществляются не сверху, а снизу решетчатого барабана или распределительных лопаток. Кроме того, вентилятор расположен не на выходе канала очищенного воздуха, а, наоборот, таким образом, что в него поступает воздух, насыщенный материалом.

[0005] Последнее поколение сепараторов является самым компактным и продемонстрировало наилучшие показатели с точки зрения эффективности сепарации. Принцип действия сепараторов этого типа описан, в частности, в документах US 4551241 и ЕР 0023320 А1.

[0006] В документе DE 19743491 (Schmidt) раскрыты сепараторы трех типов, причем особый акцент сделан на их решетчатом барабане. Здесь рассматриваются так называемые «сепаратор первого поколения» (компактный сепаратор), «сепаратор второго поколения» (циклонный воздушный сепаратор) и «сепаратор третьего поколения» (сепаратор с поперечным потоком). В этих установках вентилятор и циклон находятся снаружи от сепаратора. Задача компактности установки не ставится.

[0007] В документе US 4551241 раскрыт сепаратор частиц, снабженный боковым циклоном, в который вместе с воздухом подаются тонкодисперсные частицы, подлежащие рекуперации. Однако подобная установка довольно громоздка и сложна в конструктивном отношении.

[0008] В документе WO 2005/075115 описано устройство для классификации гранулированных материалов, особенностью которого является наличие в нем специальной камеры для циклонирования тонкодисперсной фракции, установленной в продолжении вращающегося решетчатого барабана. Эта камера рекуперации помещена коаксиально вращающемуся решетчатому барабану и является составной частью корпуса сепаратора. Поэтому в воздушных сепараторах подобного типа не требуется использование циклона или внешнего фильтра для отделения тонкодисперсного материала от сепарационного воздуха. В камере рекуперации используется воздушный вихрь, создаваемый в решетчатом барабане для циклонирования. При этом вентилятор, всасывающий воздух на стороне выхода сепаратора и подающий его в улитку на воздуховпускной стороне сепаратора, находится снаружи от установки, из-за чего система становится слишком громоздкой. Кроме того, подача воздуха должна осуществляться по улитке, рассчитанной на определенный расход воздуха. Соответственно, в случае изменения расхода воздуха становится невозможным обеспечить оптимальное функционирование.

[0009] Все типы сепараторов, известных из уровня техники, работают по одному и тому же принципу, который проиллюстрирован на фиг. 1-6. Ядро сепаратора образовано решетчатым барабаном в виде беличьей клетки, вращающимся вокруг вертикальной оси. Решетчатый барабан состоит из разнесенных друг от друга полос или стержней и окружен лопастями, обеспечивающими направленное перемещение воздуха, поступающего из камеры распределения воздуха сепаратора, перед его поступлением в решетчатый барабан. Подлежащий сепарации материал выходит в распределительную зону, ограниченную наружной стороной решетчатого барабана и отражателями. Максимальный размер частиц, поступающих в решетчатый барабан вместе с воздухом, определяется скоростью вращения решетчатого барабана и количеством воздуха, подаваемого в сепаратор. Более крупные частицы остаются снаружи решетчатого барабана и собираются на дне камеры рекуперации крупнодисперсной фракции, а тонкодисперсные частицы поступают вместе с воздухом в решетчатый барабан. Затем этот насыщенный тонкодисперсными частицами воздух направляется к средствам отделения воздуха от материала с целью сбора указанного материала. В качестве таких средств могут применяться циклоны и/или фильтры снаружи сепаратора, либо, как описано в документе WO 2005/075115, во встроенной в сепаратор камере рекуперации тонкодисперсных частиц, рядом и коаксиальной по отношению к решетчатому барабану. Затем циклонированный или отфильтрованный воздух всасывается в вентилятор и полностью или частично подается в воздухораспределительную камеру сепаратора. Воздухораспределительная камера образована в общем случае улиткой с центром на решетчатом барабане сепаратора. При этом довольно затруднительно равномерно распределить воздух по окружности 360 градусов вокруг решетчатого барабана. Действительно, распределение воздуха зависит от формы улитки, а также от скорости и расхода воздуха. Кроме того, в улитке могут формироваться отложения материала, препятствующие равномерному распределению воздуха, что отрицательно сказывается на эффективности сепарации.

ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Настоящее изобретение направлено на создание динамического сепаратора с вращающимся воздушным решетчатым барабаном, в котором устранена необходимость в использовании внешнего вентилятора. Здесь вентилятор встроен в корпус сепаратора, что позволяет добиться более эффективного распределения воздуха по периметру и по высоте решетчатого барабана, с получением в результате однородного воздушного потока, препятствующего разделению частиц в мертвых зонах.

[0011] Другой задачей, решаемой предлагаемым сепаратором, является уменьшение габаритных размеров установки и обеспечение возможности установки высокоэффективного сепаратора в компактных пространствах, что раньше было невозможным.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] В соответствии с изобретением, предложен динамический воздушный сепаратор для разделения материалов, состоящих из частиц разных размеров, на фракции размеру частиц; указанный сепаратор содержит вращающийся решетчатый барабан и камеру рекуперации тонкодисперсных частиц, помещенную коаксиально в продолжении вращающегося решетчатого барабана, и отличается тем, что:

- указанный сепаратор содержит шкив вентилятора, размещенный коаксиально камере рекуперации тонкодисперсных частиц;

- указанный шкив вентилятора расположен на конце канала выпуска очищенного воздуха, выходящего из камеры рекуперации тонкодисперсных частиц, так чтобы при использовании всасывать этот воздух и подавать его в камеру распределения воздуха вокруг вращающегося решетчатого барабана.

[0013] В соответствии с частными вариантами осуществления, изобретение характеризуется по меньшей мере одним из следующих признаков или их подходящей комбинацией:

- камера распределения воздуха вокруг вращающегося решетчатого барабана имеет форму вращения;

- шкив вентилятора окружен оболочкой, обеспечивающей направление воздуха;

- указанная оболочка, окружающая шкив вентилятора, размещена коаксиально сепаратору;

- шкив вентилятора находится над вращающимся решетчатым барабаном или под ним;

- указанная оболочка, окружающая шкив вентилятора, посредством обечайки соединена с камерой распределения воздуха вокруг вращающегося решетчатого барабана.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0014] Фиг. 1 демонстрирует схему сепаратора, известного из уровня техники, когда сепаратор с вращающимся решетчатым барабаном работает с использованием внешних циклонов и вентиляторов.

[0015] Фиг. 2 демонстрирует полную установку, известную из уровня техники, работа которой схематично показана на фиг. 1.

[0016] Фиг. 3 демонстрирует вид сверху установки с фиг. 2. В подобных установках циклоны и вентиляторы находятся снаружи сепаратора.

[0017] Фиг. 4 демонстрирует схему сепаратора, описанного в документе WO 2005/075115; сепаратор включает в себя вращающийся решетчатый барабан с камерой циклонирования тонкодисперсных частиц, расположенной коаксиально решетчатому барабану.

[0018] Фиг. 5 демонстрирует полную установку, известную из документа WO 2005/075115, вместе с ее наружными элементами.

[0019] Фиг. 6 демонстрирует сверху установки с фиг. 5. В подобных установках камера циклонирования интегрирована с сепаратором, так что снаружи сепаратора находятся только вентиляторы.

[0020] Фиг. 7 и 8 демонстрирует виды в разрезе, иллюстрирующие принцип действия сепаратора в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления изобретения. Здесь циклон и вентилятор интегрированы в сепаратор.

[0021] Фиг. 9 иллюстрирует первый вариант осуществления изобретения в его непосредственном окружении с трубопроводами рециркуляции воздуха. Этот сепаратор отличается особой компактностью.

[0022] Фиг. 10 демонстрирует объемное изображение первого варианта осуществления изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0023] Принцип разделения частиц в предлагаемой установке схематично демонстрируется на фиг. 7-10.

[0024] Сепаратор согласно изобретению содержит камеру 2 рекуперации тонкодисперсных частиц, которая является смежной и располагается коаксиально на линии продолжения вращающегося решетчатого барабана 1. Эта рекуперативная камера 2 снабжена на одном из своих концов коаксиальным каналом 4 выпуска очищенного воздуха, причем на конце этого канала предусмотрен шкив 3 вентилятора. Указанный шкив 3 вентилятора установлен коаксиально вращающемуся решетчатому барабану 1 и камере 2 рекуперации тонкодисперсных частиц.

[0025] Шкив 3 вентилятора приводится во вращение двигателем, скорость которого подбирают с учетом потери напора в сепараторе.

[0026] Между рециркуляционной оболочкой 6 вентилятора и входом сепаратора можно установить группу трубопроводов 7 (см. фиг. 9), обеспечивающих возможность рециркуляции воздуха от вентилятора к камере 5 распределения воздуха вокруг вращающегося решетчатого барабана 1 сепаратора. Трубопроводы 7 необходимо равномерно распределены по окружности 360 градусов вокруг оси сепаратора.

[0027] Благодаря равномерному распределению трубопроводов 7 для рециркуляции воздуха по периметру камеры 5 распределения воздуха достигается равномерное распределение рециркулируемого воздуха вокруг решетчатого барабана 1 сепаратора. В результате размер отсечки (точка разделения частиц по размеру) сепаратора постоянен по всей окружности решетчатого барабана сепаратора.

[0028] Один из частных вариантов осуществления изобретения группа трубопроводов 7 заменена лишь одной наружной обечайкой 19, образуемой поверхностью вращения в целом цилиндрической или конической формы, диаметр которой находится между диаметром оболочки 6 вентилятора и наружным диаметром камеры 5 распределения воздуха вокруг решетчатого барабана. В этом случае предпочтительно установить в переходной зоне между оболочкой 6 вентилятора и обечайкой 19 отражатели 8, обеспечивающие преобразование тангенциальной скорости воздуха на выходе шкива 3 вентилятора в вертикальную скорость. Может также оказаться целесообразной установка отражателей 9 в месте соединения обечайки 19 с камерой 5 распределения воздуха с целью придания нужного направления воздуху в камере 5 распределения воздуха. В результате достигается также возможность влиять на распределение воздуха по высоте камеры распределения воздуха и по высоте решетчатого барабана. Это позволяет получить постоянный размер отсечки по всей высоте решетчатого барабана, чего весьма трудно добиться при использовании традиционной улитки.

[0029] На фиг. 8 продемонстрирован другой возможный вариант осуществления изобретения. Здесь шкив 3 вентилятора размещен коаксиально сепаратору на конце канала 4 выпуска очищенного воздуха, как и в первом варианте осуществления изобретения, однако теперь шкив 3 вентилятора находится над решетчатым барабаном 1 сепаратора. Камера 2 рекуперации тонкодисперсных частиц находится под вращающимся решетчатым барабаном 1. При этом канал 4 выпуска очищенного воздуха входит в верхнюю часть камеры рекуперации тонкодисперсных частиц и проходит через вращающийся решетчатый барабан 1. Целесообразно, если указанный канал 4 снабжен противовихревыми отражателями 13 для уменьшения скорости вращения воздуха перед его поступлением в шкив 3 вентилятора, находящийся на его конце.

[0030] При использовании варианта осуществления изобретения, в котором шкив 3 вентилятора находится над решетчатым барабаном 1, предпочтительной будет рециркуляция через обечайку 19. При этом указанная обечайка будет иметь форму поверхности вращения с центром на оси сепаратора и соединять оболочку 6 вентилятора с камерой 5 для распределения воздуха. В этом же случае размеры обечайки 19 могут быть значительно уменьшены, если поместить оболочку 6 вентилятора и камеру 5 распределения воздуха рядом друг с другом.

[0031] УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1 - вращающийся решетчатый барабан;

2 - камера рекуперации тонкодисперсных частиц;

3 - шкив вентилятора;

4 - канал выпуска очищенного воздуха;

5 - камера распределения воздуха (в форме улитки в конструкциях, известных из уровня техники, и с формой вращения в предлагаемом сепараторе);

6 - оболочка вентилятора;

7 - трубопровод рециркуляции воздуха;

8 - выходной отражатель вентилятора;

9 - входной отражатель в камере для распределения воздуха;

10 - крупнодисперсная фракция материала, отделяемая под действием силы тяжести;

11 - тонкодисперсная фракция материала;

12 - материал, подлежащий обработке;

13 - противовихревой отражатель;

14 - отражатель распределения воздуха вокруг решетчатого барабана;

15 - воздух, насыщенный тонкодисперсными частицами;

16 - трубопроводы рециркуляции воздуха;

17 - камера рекуперации крупнодисперсной фракции материала;

18 - циклонированный воздух;

19 - обечайка.

Изобретение относится к промышленной установке для разделения гранулированных материалов, в частности для классификации порошков или подобных материалов с помощью динамических воздушных сепараторов. Динамический воздушный сепаратор для разделения материалов, состоящих из частиц разных размеров, на фракции по размеру частиц содержит вращающийся решетчатый барабан, сверху которого подается подлежащий обработке материал, и камеру рекуперации тонкодисперсных частиц, размещенную коаксиально в продолжении вращающегося решетчатого барабана. Сепаратор содержит шкив вентилятора, установленный коаксиально камере рекуперации тонкодисперсных частиц. Шкив вентилятора расположен на конце канала выпуска очищенного воздуха, выходящего из камеры рекуперации тонкодисперсных частиц, так чтобы при использовании всасывать этот воздух и подавать его в направлении камеры распределения воздуха вокруг вращающегося решетчатого барабана. Шкив вентилятора окружен оболочкой, обеспечивающей возможность направления воздуха. Шкив вентилятора находится над вращающимся решетчатым барабаном или под ним. Технический результат - повышение эффективности сепарации. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Динамический воздушный сепаратор для разделения материалов, состоящих из частиц разных размеров, на фракции по размеру частиц, причем указанный сепаратор содержит вращающийся решетчатый барабан (1), сверху которого подается подлежащий обработке материал (12), и камеру (2) рекуперации тонкодисперсных частиц, размещенную коаксиально в продолжении вращающегося решетчатого барабана (1), отличающийся тем, что:
- указанный сепаратор содержит шкив (3) вентилятора, установленный коаксиально камере (2) рекуперации тонкодисперсных частиц;
- указанный шкив (3) вентилятора расположен на конце канала (4) выпуска очищенного воздуха, выходящего из камеры (2) рекуперации тонкодисперсных частиц, так чтобы при использовании всасывать этот воздух и подавать его в направлении камеры (5) распределения воздуха вокруг вращающегося решетчатого барабана (1).

2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что камера (5) распределения воздуха вокруг вращающегося решетчатого барабана (1) имеет форму вращения.

3. Сепаратор по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что указанный шкив (3) вентилятора окружен оболочкой (6), обеспечивающей возможность направления воздуха.

4. Сепаратор по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что шкив (3) вентилятора находится над вращающимся решетчатым барабаном (1).

5. Сепаратор по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что шкив (3) вентилятора находится под вращающимся решетчатым барабаном (1).

6. Сепаратор по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что указанная оболочка (6), окружающая шкив (3) вентилятора, посредством обечайки (19) соединена с камерой (5) распределения воздуха вокруг вращающегося решетчатого барабана.