Устройство для дозирования порошков Советский патент 1982 года по МПК B22F1/00 G01F13/00 

1

Изобретение относится к порошке,вой металлургии, в частности к устройствам для дозирования порошков при заполнении технологических емкостей и пресс- форм.

Известно устройство для дозирования порошков, включающее бункер и вибрирующий элемент, установленный внутри бункера 1.

К недостаткам данного устройства относятся сложность конструкции,низкая производительность и отсутствие возможности его применения в вакууме или вязкой среде.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату,является устройство для дозирования порошков, включающее бункер с каналом транспортировки и систему верхних и нижних злектродов, связанных с источником высокого напряжения. При этом .электроды выполнены в виде плоско-параллельных пластин, разделенных диэлектрическими перегородками 2.

К недостатку данного устройства относится низкая производительность процесса дозирования порошков в вакууме или вязкой диэлектрической среде, что обусловлено малой продолжительностью воздействия электрического поля на частицы порошка в процессе их дозирования. Целью изобретения является увеличение производительности процесса дозирования порошков в вакууме или вязкой диэлектрической среде.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для дозирования по10рошков, включающем бункер с каналом транспортировки и систему верхних и нижних электродов, связанных с источником высокого напряжения, нижний электрод выполнен с тремя участками

15 различного наклона и рабочей поверхностью, профилированной зубчатым контуром с глубиной впадины, составляющей 0,1-10 максимальных толщин порошкового слоя, причем угол накло20на к горизонтальной плоскости первого и третьего участков составляет 0,81,8 угла естественного откоса порошка, угол наклона второго участка не превышает 0,9 угла откоса, верхние

25 электроды, расположенные над первым и вторым участками, изолированы друг от друга, а электроды, расположенные над третьим участком, объединены В изолированные друг от друга и че30редующиеся между собой подгруппы. при этом источник высокого напряжения выполнен с независимыми выходами, а электроды, расположенные над первым и вторым участками, и электроды, объединенные в подгруппы, под соединены к независимым выходам источника высокого напряжения. На фиг.1 показано предлагаемое устройство, схема; на фиг.2 - схема распределения порошкового слоя по поверхности нижнего электрода в зависимости . от угла его наклона к горизонтальной плоскости. Устройство состоит из бункера 1 с каналом 2 ввода порошка, нижнего электрода 3, состоящего из участков различного наклона, обозначенных индексами Г, Г1,и Г11, рабочая поверхность 4 которого профилирована зубчатым контуром, системы верхних электродов 5 и источника б высокого напряжения, выполненного с независи мыми выходами, обозначенными буквам А, В и С. Для выгрузки порошка в технологическую емкость {не показан предусмотрен разгрузочный канал 7. Буквами а - г (фиг.2) обозначены структура порошковых слоев, образую щихся на поверхности нижнего электрода в зависимости от угла его накл на. Глубина впадин зубчатого контур составляет 0,1-10 максимальнух толщин порошкового слоя. Угол наклона к горизонтальной плоскости первого и третьего участков нижнего электро да составляет О, угла естественного откоса порошка, угол наклон второго участка не превышает 0,9 угла откоса. Верхние электроды, расположенные над участками Г и II, подключены к выходам А источника, а верхние элек роды, расположенные над участком II разделены на две группы, одна из ко торых подключена к выходу В источни ка, а другая - к выходу С, причем обе группы разбиты на подгруппы, соответственно обозначенные как В, BriВ и С,С..,Сп и чередующие ся между собой в последовательности В,С,В, С,В,С„, Канал транспортировки порошка представляет собой зазор между верх ними и нижними электродами (не обоз начен) . Устройство работает следующим образом. Из бункера порошок через канал ввода самотеком поступает на участо 1 нижнего электрода, а затем в виде тонкого слоя доходит до участка 11 нижнего электрода. В месте сопряжения участков 1 и II слой порошка немного увеличивается (в 1,5-2 раза) по высоте а его механическое перемещение прекращается (за счет наличия зубчатого контура на рабочей поверхности нижнего электрода). Структура ь (см. фиг.2) образуется в случае, когда угол наклона учвстка Г близок к углу естественного откоса дозируемого порошка ( oL 0,9l,ldp). Структура г образуется на участке при air 0-0,9ci,oTf При dij С,9 oLpTX структуры г является неустойчивой и порошковый слой может самопроизвольно перемещаться. При уменьшении drj до нуля устойчивость слоя порошка максимальна, однако при этом образуется его утолщение, что нежелательно при обработке порошка. Участок III рабочей поверхности является основным участком обработки. При увеличении наклона oLj (например, для увеличения производительнЬсти дозирования) до величины, равной 1, 2-1,8 d-oTK можно получить порошковую структуру q (фиг.2). Таким образом, наличие зубчатого контура рабочей поверхности позволяет управлять формой и структурой порошкового слоя. В предлагаемой конструкции существует активная форма управления движением порошка путем воздействия на него электрическим полем, которое создается в транспортном канале между электродами и источником высокого постоянного или переменного (частота0-5000 Гц) напряжения (3-50 кВ). Под действием электрического поля возникают электрические токи, приводящие к электрической зарядке частиц порошкообразного материала. За наряды частиц действуют электрические силы и отбывают порошковые гранулы от поверхности слоя. При этом частицы начинают двигаться колебательно, периодически отрываясь от слоя порошка и через некоторое время падая на него опять, причем (вследствие наклона к горизонтали канала транспортировки) частицы одновременно под действием веса смещаются вниз по каналу, и поэтому двигаются по дугообразным траекториям, подобным баллистичесжим (на фиг.1 показаны пунктиром). Максимальная высота подъема этих траекторий определяется интенсивностью и частотой электрического поля. В результате над поверхностью неподвижного слоя образуется псевдокипящий слой частиц. Колебательная составляющая движения частиц обусловлена тем, что, во-первых, в постоянном поле заряженные частицы разгоняются и накапливают энергию в межэлектродном зазоре транспортного канала, пролетают сквозь верхние электроды в надэлектродную область слабого поля и возвращаются назад под действием электрических и гравитационных сил (находясь над и между электродами гранулы частично теряют, заряд). Во-вторых, в переменном поле в добавление к физическому fuvvu-ficTвню постоянного ПОЛЯ на заряженные частицы действуют знакопеременные силы, не только разгонянлцие, но и тормозящие частицы, и поэтому прижи мающие их колебания к поверхности ;слоя порошка. При достаточно большой частоте (100-500 Гц) и достаточно малой напряженности поля (5-10 кВ/см) псе ДОКИПЯ1ДИЙ слой не достигает верхних управляющих электродов, а сосредото чен в межэлектродном зазоре d (d 5-50 мм), Увеличивая интенсивнос поля и уменьшая частоту, можно зас тавить колеблющиеся частицы поднять ся до электродов и выше. Последнее возможно, так как расстояние между соседними верхними управляющими эле родами порядка межэлектродного расстояния (3,и сеть (ряд стержней или полуколец) верхних электродов пропу кает сквозь себя частицы порошка. Управление движением слоя порошка посредством управляющих электродов производится в следующей после довательности . ч Сначала на верхние электроды, на ходящиеся над участками I и II поверхности транспортировки и подключенные к выходам А источника высо кого напряжения подается управляющее напряжение в течение интервала времени, достаточно для того, чтобы порошок с Запертого порошкового слоя участков Г и II в результате образования над слоем псевдокипящего слоя стек бы на участок Г11 в количестве, доста точном для заполнения на этом участ ке зоны, находящейся под подгруппой В (зона В) группы верхних электро дов, подключенных к выводам В (груп па В) источника. При этом группа В находится под нулевым потенциалом, и поле в зоне В (а также в зонах B,j,BjВр) отсутствует. Порошок за счет псевдокипения попадает на верхний участок зоны B-i и стекает по ней вниз уже под действием свое го веса, образуя в этой зоне тонкий, рассредоточенный слой (посредством описанного выше механизма пассивного управления слоем). После этого, как зона В заполнена полностью, на управляющие электроды А и С подается нулевой потенциал,а на электроды В от источника подается управляющее напряжение, в результате чего в зонах B,B....Bf, действует электрическое поле. Порошок аналогичным описанному способа перетекает из зоны В в зону нулеBoto поля С, тем самьм очищая зону 1Ц от порошка и освобождая ее длп iKiuon его порции. Затем, после пмщого перемещения порошка из зоны 1. и помяого заполнения зоны С, на электроды А и С опять подается управляющее напряжение, а на электроды В - нулевой потенциал. В этом интервале времени порошок из зоны С переходит в зону В, и одновременно опять из зоны А в освобожденную зону В. Таким образом, непрерывно подавая управляющее напряжение последовательно то на электроды группы А и С, то на электроды группы В, можно обеспечить движение тонкого слоя порошка вдоль поверхности транспортировки, причем слой порошка будет стратированным (прерывистым) вдоль длины канала транспортировки. В разгрузочный канал порошок поступает периодически (через равные промежутки времени) порциями, масса которых равна массе порошкового слоя, помещающегося в зонах В,С,В,Сп,. Положительным свойством описываемого устройства является увеличение максимальной производительности дозирования по сравнению с известной конструкцией. Более интенсивный съем порошка посредством воздействия электрического поля в предлагаемом устройстве можно обеспечить за счет того, что, во-первых, можно неограниченно увеличивать площадь слоя, т.е. поверхность порошковой массы, на которую воздействуем полем, вовторых, верхние электроды имеют дискретную и практически проницаемую для порошка структуру, и поэтому в режиме сильного низкочастотного (в пределе - постоянного) поля, подн.имающего псевдокипящий слой порошка над этими электродами, вероятность соударения с ними, гранул будет мала, и следовательно мало обратное отражение частиц в слой; в-третьих, обеспечение электрического контакта слоя частиц непосредственно с нижним электродом дает возможность интенсифицировать зарядку частиц, которая происходит здесь значительно лучше, чем через диэлектрический слой за счет емкостных переменных токов, и использовать медленно меняющееся (лучше постоянное) поле, позволяющее максимально поднять .скорость частиц. Другим положительным качеством предлагаемого изобретения является усиление эффекта дезагрегирования скомковавшихся и слипшихся в исход- ном порошке частиц, что достигается не только взаимным расталкиванием одноименно заряженных частиц и частеП агломератов, но также и многократными ударными воздействиями на них в процессе колебательного двиЖйнип порошка вдоль канала транспортировки . К положительным свойствам предлагаемого изобретения следует отнести также и возможность лучшей очистки воздействием электрического поля деталей канала транспортировки от оставшихся от предыдущей партии порошковых гранул, удаление которых крайне необходимо при переходе от дозирования одной партии порошка к другой, особенно когда предъявляются требования предельной стерильности процесса. Указанное качество достигается в результате того, что электрическое поле, которое можно в процессе очистки еще больше усилить вследствие отсутствия порошковой массы, проникает во все впадины мелкоструктурного профиля нижнего элект рода и извлекает оттуда случайно застрявшие гранулы.

Предлагаемое устройство для управления процессом дозирования порошкообразных материалов имеет следующи параметры. Ширина нижнего электрода 3-100 мм, его длина - 1000 мм, длина участков I и ГГ - 300 мм,межэлектродное расстояние с - 15 мм, длина зон ,,...В, С j, - 80 мм, ко личество указанных зон - 7, глубина впадины зубчатого профиля электрода - 2 мм, ее длина - 7 мм, наклоны I и III участков - oi-1 а1з 25, наклон участка И oLq 5°, максимальное напряжение источника 4-20 кВ

Испытания проводят с порошком ЭП-741 со средним размером частиц 100 мкм. Достигается равномерное расредоточение и движение порошка тонким, однородньм по структуре в пределах каждой зоны слоем с максимальной высотой h 3 мм.

Максимальная удельная производительность съема порошка с поверхности слоя электрическим полем дово дится до значения 36 кг/ч.

Предложенное устройство для управления процессом дозирования порокообразных материалов позволяет без использования механически движущихся узлов обеспечить движение порошкообразного материала тонким, однородньн, перемешивающимся слоем вдол поверхности транспортировки неограниченной площади. Указанный характе движения порошка позволяет создать условия для обработки каждой порошковой гранулы непосредственно в транспортнс канале дозатора.

Принцип работы устройства предопределяет эффективность его испол зования в ге1 1етичных Кс1мерах в вакууме или в неподвижной вязкой диэлектрической среде, особенно повышенного давления.

Предложенное устройство позволяет в 2,5-3 раза повысить максимальную удельную производительность дозирования порошка электрическим полем по сравнению с известным.

Предлагаемое изобретение также усиливает эффект дезагрегирования скомковавшйхся частиц, позволяет, если требуется, устранить контакт и натирание порошка о диэлектрический материал, обеспечивает лучшую очистку канала транспортировки дозатора от случайно оставшихся гранул предыдущей партии, повышает агрегативную устойчивость дозируемой порошковой массы при возникновении случайных электрических разрядов.

Формула изобретения

Устройство для дозирования порошков, включающее бункер с каналом транспортировки и систему верхних и нижних электродов, связанных с источником высокого напряжения, отличающееся тем., что, с целью увеличения производительности процесса дозирования порошков в вакууме или вязкой диэлектрической среде, нижний электрод выполнен с тремя участками различного наклона и рабочей поверхностью, профилированной зубчатым контуром с глубиной впгщины, составляющей 0,1-10 максимальных толщин порошкового слоя, причем угол наклона к горизонтальной плоскости первого и третьего участков составляет 0,8-1,8 угла естественного откоса порошка, угол наклона второго участка не превышает 0,9 угла откоса, верхние электроды, расположенные над первым и вторым участками, изолированы друг от друга, а электроды, расположенные над третьим участксад, объединены в изолированные друг от друга и чередующиеся между собой подгруппы, при этом источник высокого напряжения выполнен с независимыми выходами, а электроды, расположенные над первым и вторым участками, и электроды, объединенные в подгруппы, подсоединены к независимым выходам источника высокого напряжения.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе I

1,Авторское свидетельство СССР 732675, кл. G 01 F 13/00, 1979.

2.Авторское свидетельство СССР 688829, кл. G 01 F 13/00, 1979.