УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ РАЗНОРАЗМЕРНЫХ ПОРОШКОВ НА ФРАКЦИИ Российский патент 2023 года по МПК B07B4/00 

Изобретение относится к разделению порошковых материалов на фракции и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности, связанных с разделением твердых материалов с помощью газовых или воздушных потоков с целью получения порошкового материала с заданными гранулометрическим составом.

Вопросы разработки и освоения низкозатратных, экологически безопасных, высокоэффективных, простых и универсальных устройств для производства порошковых материалов заданной фракции, обладающих необходимым комплексом физико-механических свойств, являются весьма актуальными, в частности в области газотермических технологий [Балдаев Л.Х. Газотермическое напыление // Л.Х. Балдаев, В.Н. Борисов, В.А. Вахалин и др. - 2-е изд. - М.: Старая Басманная, 2015. - 539 с.], поскольку качество получаемых покрытий определяется, прежде всего, гранулометрической однородностью применяемых порошков, так как температура и скорость напыляемых частиц зависят от их размера [Ловшенко Ф.Г., Ловшенко Г.Ф. Композиционные наноструктурные механически легированные порошки для газотермических покрытий: монография. - Могилев: Белорус. - Рос. ун-т., 2013. - 215 с.]. Поэтому на сегодняшний день для получения качественных покрытий необходимо выделять из промышленных порошков фракции частиц определенного гранулометрического состава, используя при этом передовые технологии и специальные устройства.

Известно устройство для сепарации мелкодисперсных порошков [Патент РФ №2136382 С1, МПК В03С 7/00, опубл. 10.09.1999 г.], содержащее цилиндрический корпус, в нижней части которого установлен входной патрубок, а в верхней части - осевой выходной патрубок, установленные внутри корпуса осадительные электроды и зарядные электроды в виде острий, и высоковольтный источник питания, при этом входной патрубок установлен тангенциально, выходной патрубок снабжен фильтром, зарядные электроды выполнены из полупроводникового материала и размещены на цилиндрической поверхности, коаксиальной корпусу, осадительные электроды выполнены в форме многозаходной спирали с желобковым профилем и установлены вблизи цилиндрической внутренней поверхности корпуса с возможностью возбуждения вибрации от электромагнитного возбудителя, расположенного внутри корпуса, при этом нижние концы витков спирали через шланги соединены с индивидуальной для каждого осадительного электрода тарой, расположенной снаружи корпуса.

Недостатком указанного устройства является низкая эффективность процесса разделения ввиду высокой степени вероятности попадания частиц порошка незаданного размера в получаемую фракцию.

Известно устройство для разделения тонкодисперсных порошков, реализующее способ разделения тонкодисперсных порошков [Патент РФ №2625841 С1, МПК В07В 7/083, опубл. 19.07.2017 г., Бюл. №20], состоящее из центробежного сепаратора, в верхней части которого расположены устройства для подачи исходного материала в сепаратор, который также включает в себя выводящие материал патрубки, посредством которых сепаратор соединен с инерционным концентратором, через внешний вентилятор, и с осадительными циклонами.

Также известно устройство для разделения разноразмерных порошков на фракции [SU 1160635 А1, МПК В07В 4/00, опубл. 07.06.1988 г., 4 с.], состоящее из N колонн, возрастающего диаметра, где N - число фракций, подлежащих разделению, последовательно соединенных посредством патрубков для перемещения газа и частиц порошка, в каждом сепараторе в верхней части установлен штуцер и механизм стабилизации, состоящие из диафрагмы и перфорированной трубы, а в нижней части установлены обводные каналы для отвода сжатого газа в свободный объем сепаратора, закрепленные под механизмами стабилизации. Данное устройство принято за прототип.

Недостатком указанного устройства и прототипа является низкая эффективность процесса разделения порошка на заданные фракции ввиду нестабильного псевдоожижения частиц материала в процессе их разделения.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности процесса разделения разноразмерных порошковых материалов на заданные фракции за счет повышения точности получения необходимых фракций и снижения степени псевдоожижения частиц материала в процессе их разделения.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для разделения разноразмерных порошков на фракции состоит из N сепараторов, возрастающего диаметра, где N - число фракций, подлежащих разделению, последовательно соединенных посредством патрубков для перемещения газа и частиц порошка, в каждом сепараторе в верхней части установлен штуцер и механизм стабилизации, состоящие из диафрагмы и перфорированной трубы, а в нижней части установлены обводные каналы для отвода сжатого газа в свободный объем сепаратора, закрепленные под механизмами стабилизации, при этом оно снабжено модулем управления обводными каналами, соединенным с обводным каналом и состоящим из последовательно соединенных посредством каналов связи блоков расчета и управления периодичностью вывода сжатого газа в обводные каналы, при этом штуцер каждого сепаратора выполнен с механизмом регулирования площади сечения, при этом линейные размеры сечения штуцера n-ого сепаратора равны заданному размеру n-ой фракции внутри каждого сепаратора.

Сущность устройства заключается в том, что оно снабжено модулем управления обводными каналами, соединенным с обводным каналом и состоящим из последовательно соединенных посредством каналов связи блоков расчета и управления периодичностью вывода сжатого газа в обводные каналы, при этом штуцер каждого сепаратора выполнен с механизмом регулирования площади сечения, при этом линейные размеры сечения штуцера n-ого сепаратора равны заданному размеру n-ой фракции внутри каждого сепаратора.

Повышение эффективности процесса разделения разноразмерных порошковых материалов на заданные фракции обеспечивается следующим образом.

Установленный на штуцере механизм регулирования площади сечения, через который происходит вывод фракций порошка, повышает точность получения порошков с заданной фракцией ввиду того, что линейные размеры сечения штуцера n-ого сепаратора равны заданному размеру n-ой фракции внутри каждого сепаратора, поэтому вероятность попадания частиц в n-ый сепаратор незаданного размера весьма невелика, и, следовательно, эффективность процесса получения порошков заданной фракции возрастает.

В процессе разделения разноразмерного порошка на заданные фракции происходит псевдоожижения его частиц, носящее, как правило, нестабильный характер [Власов Ю.Н., Шацкий О.Е. Особенности расчета системы подачи псевдоожиженного металлического горючего в режиме заторможенного плотного слоя // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. №4 (16)], что оказывает негативное влияет на эффективность процесса получения фракций необходимого размера. В устройстве данная проблема решается с помощью установленного на обводных каналах модуля их управления, который состоит из последовательно соединенных посредством каналов связи блоков расчета и управления периодичностью вывода сжатого газа в обводные каналы. Введенные в устройство указанные выше элементы управляют периодичностью вывода газа, что практически предотвращает псевдоожижения частиц порошков. Таким образом, ввиду стабилизации процесса псевдоожижения частиц порошка в ходе его разделения на фракции повышается точность разделения порошковых частиц на фракции, следовательно, эффективность процесса разделения также возрастает.

Таким образом, введенные элементы устройства и их выше описанные согласованные действия обеспечивают повышение эффективности процесса разделения разноразмерных порошковых материалов на заданные фракции.

Тем самым достигается указанный в изобретении технический результат.

При этом возможен следующий вариант исполнения элементов устройства:

Механизм регулирования площади сечения штуцера [http://eto.tpu.ru/ru-RU/Projects/Details/150 (дата обращения20.09.2022 г.)] может быть исполнен, например, как реверсивный двигатель [https://cable.ru/articles/id-1106.php.(дата обращения 20.09.2022 г.)], взаимодействующий со стандартным сужающим устройством, выполненным в соответствии с ГОСТ 8.586.2-2005.

Обводные каналы могут быть исполнены, например, как металлопласт-массовые трубы [https://xn-ftbzoaeego.xn-p1ai/produktsii/truboprovodnaya-produktsiya/truby-i-detali-s-pokrytiyami-1/truby-metallo-plastmassovye.html (дата обращения 20.09.2022 г.)]. Элементы модуля управления могут быть исполнены, например, как последовательно соединенный блок расчета (например, ЭВМ с заданным алгоритмом расчета [Разинов А.И. Процессы и аппараты химической технологии / А.И. Разинов, А.В. Клинов, Г.С. Дьяконов // Казань: КНИТУ, 2017. - 860 с.]), соединенный посредством каналов связи, на блок управления (например, запрограммированный контроллер СР-30).

Элементы механизма стабилизации (диафрагма и перфорированная труба) могут исполнены, например, как перфорированная труба [https://catanet.ru/shop/truba_glushitelya-otvody/truba-perforirovannaya/truba-perforirovannaya-nerzhaveyushhaya-stal-d76-1-460/ (дата обращения 15.09.2022 г.)], соединенная с диафрагмой, выполненной по ГОСТ 8.586-2005, РД50-411.

На фигуре изображена общая схема устройства для разделения разноразмерных порошков на фракции, на которой обозначены: 1 - сепараторы, 2 - патрубки, 3 - штуцер, 4 - механизм стабилизации, 5 - диафрагма, 6 - перфорированная труба, 7 - обводные каналы, 8 - модуль управления, 9 - каналы связи, 10 - блок расчета, 11 - блок управления, 12 - механизм регулирования площади сечения.

Назначение элементов устройства, приведенных на фигуре, следует из их названия.

Устройство работает следующим образом.

Разноразмерный порошок загружают в сепаратор 1 и подают газ. Затем частицы порошка под действием газового потока начинают разделяться через патрубки 2 и накапливаться в объемах сепараторов 1, при этом размер порошковых частиц будет зависеть от задаваемого давления и скорости газа. В процессе разделения разноразмерных частиц порошка происходит стабилизация течения газового потока и процесса псевдоожижения порошковых частиц посредством механизма стабилизации 4, за счет работы диафрагмы 5 и перфорированной трубы 6. Механизм стабилизации 4 соединяет рабочий объем сепараторов 1, и демпферный объем, находящийся в и над перфорированной трубой 6 в диафрагме 5. При флуктуационном возрастании давления поток выходящего газа распределяется между демпферным объемом элементов механизма стабилизации 4 и штуцером 3. Такое перераспределение газового потока приводит к образованию области стабилизирующего течения газа, исключая тем самым возможные пробросы порошковых частиц, и повышая тем самым эффективность процесса их разделения на фракции. Частицы порошка, обладающие необходимым фракционным размером, по патрубкам 2 перемещаются в сепараторы 1 посредством штуцера 3 с регулируемой площадью сечения и механизмом ее регулирования 12. Линейные размеры сечения штуцера 3 задаются размерами n-ой фракции, поэтому в ходе процесса разделения вероятность попадания частиц в n-ый сепаратор незаданного размера весьма невелика, и, следовательно, эффективность процесса получения порошков с заданной фракции возрастает. В итоге, когда все разноразмерные частицы порошка разделяются по сепараторам 1, газ выключают и выгружают выделенные фракции.

В ходе разделения порошков на заданные фракции обеспечивается процесс стабилизации псевдоожижения разделяемых частиц за счет работы обводных каналов 7, установленных на сепараторах 1. С целью предотвращения поршнеобразного движения частиц псевдоожижаемого порошкового материала сжатый газ по обводным каналам 7 выводится в свободный объем сепараторов 1, что предотвращает проброс порошка и резкое изменение давления газового потока. Периодичность вывода газа в обводные каналы 7, в зависимости от параметров разделяемого порошка, задается посредством элементов модуля управления 8. Информация по загруженному разноразмерному порошку в устройство и технологическим параметрам задаваемого газового потока вносится на блок расчета 10, который производит необходимые расчеты и через каналы связи 9 передает сгенерированную информацию на блок управления 11, который, используя полученные данные, управляет процессом работы обводных каналов 7.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности получения необходимых фракций и снижение степени псевдоожижения частиц материала в процессе их разделения, тем самым повышая эффективность процесса разделения разноразмерных порошков на заданные фракции.

Предложенное изобретение относится к разделению порошковых материалов на фракции и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности, связанных с разделением твердых материалов с помощью газовых или воздушных потоков с целью получения порошкового материала с заданным гранулометрическим составом. Устройство для разделения разноразмерных порошков на фракции состоит из N сепараторов возрастающего диаметра, где N - число фракций, подлежащих разделению, последовательно соединенных посредством патрубков для перемещения газа и частиц порошка, в каждом сепараторе в верхней части установлен штуцер и механизм стабилизации, состоящие из диафрагмы и перфорированной трубы, а в нижней части установлены обводные каналы для отвода сжатого газа в свободный объем сепаратора, закрепленные под механизмами стабилизации. Устройство снабжено модулем управления обводными каналами, соединенным с обводным каналом и состоящим из последовательно соединенных посредством каналов связи блоков расчета и управления периодичностью вывода сжатого газа в обводные каналы. Штуцер каждого сепаратора выполнен с механизмом регулирования площади сечения, при этом линейные размеры сечения штуцера n-ого сепаратора равны заданному размеру n-ой фракции внутри каждого сепаратора. Технический результат - повышение эффективности процесса разделения разноразмерных порошковых материалов на заданные фракции. 1 ил.

Устройство для разделения разноразмерных порошков на фракции, состоящее из N сепараторов, возрастающего диаметра, где N - число фракций, подлежащих разделению, последовательно соединенных посредством патрубков для перемещения газа и частиц порошка, в каждом сепараторе в верхней части установлен штуцер и механизм стабилизации, состоящие из диафрагмы и перфорированной трубы, а в нижней части установлены обводные каналы для отвода сжатого газа в свободный объем сепаратора, закрепленные под механизмами стабилизации, отличающееся тем, что снабжено модулем управления обводными каналами, соединенным с обводным каналом и состоящим из последовательно соединенных посредством каналов связи блоков расчета и управления периодичностью вывода сжатого газа в обводные каналы, при этом штуцер каждого сепаратора выполнен с механизмом регулирования площади сечения, при этом линейные размеры сечения штуцера n-ого сепаратора равны заданному размеру n-ой фракции внутри каждого сепаратора.