Вихреакустический классификатор

Изобретение относится к технике разделения тонкодисперсных материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности строительных материалов, а также горнодобывающей, химической, энергетической и других областях промышленности. Повышает эффективность классификации. Классификатор включает корпус с герметично установленной сверху улиткой, на которой закреплен электропривод ротора, на валу которого закреплены крыльчатка с лопастями, размещенными в верхней части корпуса, усеченные конусы с меньшими основаниями, выполненными под углом к горизонтали. Верхний усеченный конус меньшим основанием закреплен на входящем в него усеченном конусе, образуя канал, переходящий в выгрузочный патрубок, а нижний усеченный конус содержит загрузочный патрубок. Внутри усеченных конусов расположен непроницаемый конусообразный пылеуловитель, обращенный большим основанием вверх, охватывая крыльчатку, а меньшее основание пылеуловителя заканчивается выгрузочным патрубком. В верхней части пылеуловителя установлена перегородка с отверстиями, выполненная из газонепроницаемого материала. По внешнему периметру верхней части корпуса установлены, по меньшей мере, три выносных элемента, состоящие из трех цилиндрических камер: равновеликих верхней и нижней и большего размера центральной. На нижнем основании центральной камеры установлены разгрузочные патрубки. Верхняя и нижняя цилиндрические камеры соединены патрубками соответственно с пылеуловителем и верхней частью корпуса классификатора. На верхней цилиндрической камере сверху, а на нижней цилиндрической камере снизу жестко закреплены пылеосадительные устройства. Каждое пылеосадительное устройство содержит усеченные конусы с отверстиями на боковой поверхности. Усеченные конусы нижнего пылеосадительного устройства закреплены аналогично на нижних поверхностях нижних и центральной камер. Соотношение между высотой выносного элемента и полной высотой классификатора составляет: Н_в.э.=(0,25-0,35)Н_к, где Н_в.э. - соответственно высота выносного элемента и Н_к - полная высота классификатора. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к технике разделения тонкодисперсных материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности строительных материалов, а также горнодобывающей, химической, энергетической и других областях промышленности.

Известны различные конструкции классификаторов, в том числе пневмомеханических, обеспечивающие разделение тонкоизмельченных порошков на фракции с помощью воздушных потоков, использующие различные механические устройства [1, 2].

Недостатками данных классификаторов являются: невысокая эффективность разделения и повышение энергозатрат на процесс классификации.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является классификатор [3], включающий корпус, верхняя часть которого выполнена в виде полутора, с расположенными под полуторовой поверхностью входящими друг в друга по высоте усеченными конусами, повернутыми большими основаниями вверх, содержащий под полуторовой поверхностью сопряженный с ней торообразный осадитель, соединенный гофрированными патрубками с непроницаемым пылеуловителем, выполненным в виде конусообразного матерчатого пылеуловителя, обращенного большим основанием вверх и заключенного в металлический корпус, расположенный внутри усеченных конусов, а также содержащий загрузочный и выгрузочные патрубки.

Недостатками классификатора являются: наличие большого количества патрубков для выхода уловленного продукта, затрудненное извлечение уловленного продукта из его второй ступени - торообразного осадителя, недостаточно высокая эффективность классификации, а также проблемы, связанные с регенерацией матерчатого уловителя.

Изобретение направлено на обеспечение возможности варьирования аэродинамических характеристик аппарата (скорости прохождения газоматериального потока, гидравлического сопротивления) и возможности изменения частотных характеристик акустического поля, наиболее рациональной технологической компоновки за счет использования выносных элементов специальной формы, что позволяет повысить эффективность классификации, снизить энергозатраты на процесс сепарации и совершенствовать способ отбора уловленного материала, а также осуществлять непрерывную регенерацию пылеуловителя.

Это достигается тем, что классификатор включает верхнюю часть корпуса с герметично установленной сверху улиткой, на которой закреплен электропривод ротора, на валу которого закреплены крыльчатка с лопастями, размещенными в верхней части корпуса, под которой расположены входящие друг в друга и смещенные по высоте обращенные большими основаниями вверх усеченные конусы с меньшими основаниями, выполненными под углом к горизонтали, совпадающим с углом естественного откоса материала, при этом верхний усеченный конус меньшим основанием закреплен на входящем в него нижерасположенном усеченном конусе, образуя желобообразный канал, переходящий в выгрузочный патрубок, а нижний усеченный конус содержит тангенциально расположенный загрузочный патрубок, внутри усеченных конусов коаксиально расположен непроницаемый конусообразный пылеуловитель, обращенный большим основанием вверх, охватывая крыльчатку, а меньшее основание пылеуловителя заканчивается выгрузочным патрубком. В классификаторе согласно предлагаемому решению в верхней части пылеуловителя, жестко прикрепленной к верхней части корпуса классификатора, под крыльчаткой, установлена перегородка с отверстиями, выполненная из газонепроницаемого материала, по внешнему периметру верхней части корпуса установлены по меньшей мере три выносных элемента, состоящие из трех вертикально расположенных и жестко соединенных друг с другом цилиндрических камер: равновеликих верхней и нижней и большего размера центральной. На нижнем основании центральной камеры установлены разгрузочные патрубки. Верхняя и нижняя цилиндрические камеры соединены тангенциально встроенными патрубками соответственно с пылеуловителем и верхней частью корпуса классификатора. При этом на верхней цилиндрической камере сверху, а на нижней цилиндрической камере снизу жестко закреплены цилиндрические пылеосадительные устройства, также входящие в выносной элемент. Каждое пылеосадительное устройство содержит коаксиально установленные входящие друг в друга усеченные конусы с отверстиями на боковой поверхности, расположенные следующим образом: внутренний усеченный конус верхнего пылеосадительного устройства, проходя герметично через верхнюю цилиндрическую камеру, закреплен на верхней поверхности средней цилиндрической камеры, а внешний усеченный конус закреплен на верхней поверхности верхней цилиндрической камеры. Усеченные конусы нижнего пылеосадительного устройства закреплены аналогично на нижних поверхностях нижних и центральной камер, причем крепление осуществлено жестко-разъемно с возможностью осевого вращения усеченных конусов. Верхние пылеосадительные устройства имеют газоотводящие патрубки, а нижние оканчиваются разгрузочными патрубками. Соотношение между высотой выносного элемента и полной высотой классификатора составляет:

Н_в.э.=(0,25-0,35)Н_к,

где Н_в.э. - соответственно высота выносного элемента и

Н_к - полная высота классификатора.

Для варьирования аэродинамических характеристик аппарата в месте соединения нижней и верхней камер с патрубками могут быть установлены диафрагмы, изменяющие площадь живого сечения входного отверстия в диапазоне 40%<F<100%,

где F - площадь живого сечения входного отверстия.

Для интенсификации процесса регенерации пылеуловителя в каждый газоотводящий патрубок верхнего пылеосадительного устройства выносного элемента может быть встроен клапан, а разгрузочные патрубки нижнего пылеосадительного устройства и центральной камеры могут быть выполнены с затворами.

Для осуществления тонкой очистки отработанного энергоносителя пылеуловитель может содержать цилиндрические сетчатые каркасы, жестко закрепленные по периметру отверстий перегородки, выполненной из газонепроницаемого материала, при этом сетчатые каркасы заключены в матерчатые рукава.

Для осуществления тонкой очистки отработанного энергоносителя пылеуловитель может включать внешний газонепроницаемый и два внутренних газопроницаемых цилиндрических элемента, коаксиально закрепленных снизу на перегородке с отверстиями. Пространство между газопроницаемыми элементами заполняется зернистым материалом.

На фиг.1 показан общий вид предлагаемого вихреакустического классификатора, пылеуловитель которого содержит сетчатые каркасы, заключенные в матерчатые рукава. На фиг.2 показан общий вид предлагаемого вихреакустического классификатора, пылеуловитель которого включает внешний газонепроницаемый и два внутренних газопроницаемых цилиндрических элемента; пространство между газопроницаемыми элементами заполнено зернистым материалом, например полистиролом. На фиг.3 показан вид сверху вихреакустического классификатора. На фиг.4 показан выносной элемент вихреакустического классификатора.

Классификатор состоит из верхней части корпуса 1, на которой сверху герметично установлена улитка 2 (герметичность обеспечивается, например, сварочным соединением), на которой закреплен, например болтами, электропривод ротора 3, на валу которого закреплены, например болтами, крыльчатка с лопастями 4, усеченных конусов, входящих в друг друга и смещенных по высоте, при этом верхний усеченный конус 5 меньшим основанием жестко закреплен, например сваркой, на входящем в него нижерасположенном нижнем усеченном конусе 6, образуя желобообразный канал, переходящий в выгрузочный патрубок 7, а нижний усеченный конус содержит тангенциально расположенный загрузочный патрубок 8. Внутри усеченных конусов расположен пылеуловитель 9, выполненный в виде непроницаемого усеченного конуса, обращенного большим основанием вверх, охватывая крыльчатку, выполненный, например, из металла. Меньшее основание непроницаемого усеченного конуса заканчивается выгрузочным патрубком 10. Пылеуловитель жестко, например болтами, прикреплен к верхней части корпуса классификатора. Под крыльчаткой расположена перегородка с отверстиями 11, выполненная из газонепроницаемого материала, например металла, жестко закрепленная, например, сваркой к верхней части пылеуловителя. Пылеуловитель может содержать цилиндрические сетчатые каркасы 12, жестко закрепленные, например сваркой, по периметру отверстий перегородки 11, при этом сетчатые каркасы заключены в матерчатые рукава 13, или может содержать внешний газонепроницаемый, например металлический, 14 и два внутренних газопроницаемых, например сетчатых, 15, 16, цилиндрических элемента, коаксиально закрепленных, например сваркой, снизу на перегородке с отверстиями 11, при этом пространство между газопроницаемыми элементами заполнено зернистым материалом 17, например полистиролом. По внешнему периметру верхней части корпуса классификатора установлены, по меньшей мере, три выносных элемента 18. В предлагаемом решении выносных элементов четыре. Выносные элементы выполнены из трех вертикально расположенных и жестко соединенных между собой, например болтами, цилиндрических камер: равновеликих верхней 19 и нижней 20 и большего размера центральной 21. Нижнее основание центральной камеры выполнено с разгрузочными патрубками 22, которые могут содержать затворы 23, например известные шиберные [4]. Верхняя и нижняя цилиндрические камеры соединены тангенциально встроенными патрубками 24, 25 соответственно с пылеуловителем 9 и верхней частью корпуса классификатора. В местах соединения верхней и нижней цилиндрических камер 19 и 20 с патрубками могут быть установлены регулируемые диафрагмы 26, закрепленные, например, болтами с возможностью изменения площади живого сечения входного отверстия в диапазоне 40%<F<100%, где F - площадь живого сечения входного отверстия. Расширение указанного диапазона или его сужение приводит к увеличению гидравлического сопротивления вихреакустического классификатора или некоторому снижению его производительности. Регулируемые диафрагмы изменяют площадь живого сечения в указанном диапазоне при своем повороте и служат для того, чтобы варьировать аэродинамические характеристики аппарата (скорость прохождения газоматериального потока и гидравлическое сопротивление). На верхней цилиндрической камере сверху и на нижней цилиндрической камере снизу жестко закреплены, например болтами, цилиндрические пылеосадительные устройства 27, 28, также входящие в выносной элемент. Соотношение высоты выносного элемента и полной высоты классификатора составляет

Н_в.э.=(025-0,35)Н_к,

где Н_в.э. - соответственно высота выносного элемента и

Н_к - полная высота классификатора.

Если соотношение высот будет меньше 0,25, то произойдет чрезмерное увеличение гидравлического сопротивления вихреакустического классификатора и снижение его производительности, а случае, если соотношение высот будет больше 0,35, произойдет снижение эффективности улавливания и классификации вихреакустического классификатора. Пылеосадительные устройства содержат коаксиально установленные входящие друг в друга усеченные конусы 29 с отверстиями 30, например прямоугольными на их боковой поверхности. Усеченные конусы расположены следующим образом: внутренний усеченный конус верхнего пылеосадительного устройства, проходя герметично через верхнюю цилиндрическую камеру, большим основанием закреплен на верхней поверхности центральной цилиндрической камеры, а внешний усеченный конус большим основанием закреплен на верхней поверхности верхней цилиндрической камеры, усеченные конусы нижнего пылеосадительного устройства закреплены аналогично на нижних поверхностях нижних и центральных камер, причем крепление осуществлено жестко-разъемно, например на резьбе, с возможностью осевого вращения усеченных конусов. Усеченные конусы служат для варьирования аэродинамических характеристик аппарата (скорости прохождения газоматериального потока, гидравлического сопротивления) и изменения частотных характеристик акустического поля при их осевом вращении. Верхние пылеосадительные устройства имеют газоотводящие патрубки 31, а нижние оканчиваются разгрузочными патрубками 32. Каждый газоотводящий патрубок верхнего пылеосадительного устройства выносного элемента сообщается с трубопроводом очищенного газа 33 и может содержать клапан 34, например пневматический нормально открытый, а разгрузочный патрубок нижнего пылеосадительного устройства может содержать затвор 35, например известный шиберный [4], которые служат для интенсификации процесса регенерации пылеуловителя.

Классификатор работает следующим образом. Исходный материал, например железорудный концентрат, вместе с энергоносителем (далее газоматериальный поток или газоматериальная смесь), например сжатым воздухом, поступает тангенциально в нижний усеченный конус по загрузочному патрубку 8. Поднимаясь по спирали по восходящей линии, наиболее крупные частицы смеси прижимаются под действием центробежной силы к внутренней поверхности усеченных конусов 5 и 6 и, теряя свою скорость, ввиду увеличивающегося сечения классификатора, выпадают в желобообразный канал и разгружаются через выгрузочный патрубок 7. Степень классификации смеси может регулироваться за счет изменения давления сжатого воздуха. Для обеспечения свободного истечения частиц через выгрузочный патрубок 7 угол его наклона к вертикальной оси должен совпадать с углом естественного откоса материала а. При несоблюдении данного условия процесс самопроизвольной выгрузки частиц затруднен.

Попадая в верхнюю часть корпуса классификатора, тонкодисперсные частицы по тангенциально встроенным патрубкам 24 поступают в нижние камеры 20 выносных элементов 18, где газоматериальный поток совершает вращательные движения в кольцевом канале, образованном стенками камеры 20 и усеченными конусами 29 с отверстиями 30 на боковой поверхности. При повороте конусов относительно друг друга прямоугольные отверстия могут перекрываться, изменяя площадь прохождения газоматериальной смеси. Это обеспечивает возможность варьирования аэродинамических характеристик аппарата (скорость прохождения газоматериального потока, гидравлическое сопротивление) и возможность изменения частотных характеристик акустического поля. Для обеспечения возможности дополнительного регулирования аэродинамических характеристик классификатора в месте соединения нижней и верхней камер с патрубками могут быть установлены регулирующие диафрагмы 26.

Постепенно за счет избыточного давления, возникающего в кольцевом канале, частицы материала, проходя через систему усеченных конусов 29, подвергаются классификации, которая происходит с одной стороны под действием гравитационно-центробежных сил, а с другой в результате акустического эффекта, возникающего при прохождении воздуха под давлением через прямоугольные отверстия усеченных конусов 29. При этом более крупные частицы выпадают в нижнее пылеосадительное устройство 28, а более мелкие попадают в центральную камеру 21, в которой оседают те крупные частицы, которые не были уловлены ранее в силу ряда факторов случайного характера, например попавшие в центральную камеру в результате столкновений. Частицы, уловленные в центральной камере, выгружаются из нее по разгрузочным патрубкам 22.

Основная масса частиц, попавших в центральную камеру 21, переходит из нее вместе с газоматериальным потоком в часть верхней камеры 19, ограниченную усеченными конусами 29, откуда наиболее мелкие частицы через прямоугольные отверстия 30 на боковой поверхности конусов сначала попадают в кольцевой канал, образованный стенками камеры и усеченными конусами, и далее под действием избыточного давления и дополнительного разрежения, создаваемого электроприводом ротора 3, по тангенциально встроенному патрубку 25 попадают в пылеуловитель 8. Установленная в верхней части пылеуловителя перегородка с отверстиями 11, выполненная из газонепроницаемого материала, препятствует попаданию большого числа частиц материала в верхнюю часть классификатора, что в свою очередь препятствует их попаданию в атмосферу, а отверстия, выполненные на ней, служат для прохождения газоматериального потока и создания дополнительного разрежения электроприводом ротора 3. Уловленные в пылеуловителе 8 частицы выгружаются из него через выгрузочный патрубок 10.

При использовании в пылеуловителе в качестве вспомогательного пылеулавливающего оборудования для осуществления тонкой очистки отработанного энергоносителя цилиндрических сетчатых каркасов 12, жестко закрепленных по периметру отверстий перегородки 11, выполненной из газонепроницаемого материала, и заключенных в матерчатые рукава 13 поверхностью осаждения служит фильтровальная ткань матерчатых рукавов.

В случае же использования в пылеуловителе в качестве вспомогательного пылеулавливающего оборудования, для осуществления тонкой очистки отработанного энергоносителя, внешнего газонепроницаемого 14 и двух внутренних газопроницаемых 15,16 цилиндрических элементов, коаксиально закрепленных снизу на перегородке с отверстиями 11, выполненной из газонепроницаемого материала, фильтрация происходит в движущемся слое зернистого материала, заполняющего пространство между двумя газопроницаемыми цилиндрическими элементами.

Удаление отработанного энергоносителя по тракту производится посредством герметично установленной в верхней части корпуса классификатора улитки 2, с закрепленным на ней электроприводом ротора 3, на валу которого закреплены крыльчатка с лопастями 4. При этом отработанный энергоноситель по трубопроводу 33, с которым также посредством патрубка 31 сообщаются выносные элементы 18, поступает в случае необходимости на дополнительную очистку или в атмосферу.

Регенерация фильтровальной ткани матерчатых рукавов или зернистого материала осуществляется за счет наличия мощного входного потока воздуха и акустического эффекта, создаваемого при прохождении воздуха под давлением через прямоугольные отверстия 30 усеченных конусов 29.

В случае же неудовлетворительной регенерации (например, по причине работы классификатора под слабым давлением) и для предотвращения налипания уловленного продукта на внутренней поверхности классификатора и в выносных элементах, используя затворы 23, 35 и клапан 34, которые могут быть установлены соответственно в разгрузочные патрубки центральной камеры и нижнего пылеосадительного устройства и в каждый газоотводящий патрубок верхнего пылеосадительного устройства каждого выносного элемента (которые в обычном режиме работы находятся в открытом состоянии и не препятствуют свободному истечению материала и воздуха), пропуская через аппарат под давлением чистый воздух, можно осуществить процесс регенерации и вывести материал из аппарата по патрубкам 7, 10, 20, 30.

Таким образом, за счет применения в вихреакустическом классификаторе выносных элементов специальной формы, содержащих усеченные конуса с отверстиями на боковой поверхности совершенствуется способ отбора уловленного материала, повышается эффективность классификации пылеобразной смеси, снижаются энергозатраты на процесс сепарации, а также осуществляется непрерывная регенерацию пылеуловителя.

Источники информации

1. Авт. св. СССР, №404519 А, В 07 В 4/08, БИ N 44, 1973.

2. Авт. св. СССР, №418226 А, В 07 В 4/08, БИ N 9, 1974.

3. Патент RU, №2171720 С2, В 07 В 4/08, БИ N 22, 2001.

4. Сапожников М.Я. Механическое оборудование предприятий строительных материалов изделий и конструкций. - М.: Высшая школа,1971. - 382 С.

1. Классификатор, состоящий из верхней части корпуса с герметично установленной сверху улиткой, на которой закреплен электропривод ротора, на валу которого закреплены крыльчатка с лопастями, размещенными в верхней части корпуса, под которой расположены входящие друг в друга и смещенные по высоте обращенные большими основаниями вверх усеченные конусы с меньшими основаниями, выполненными под углом к горизонтали, совпадающим с углом естественного откоса материала, при этом верхний усеченный конус меньшим основанием жестко закреплен на входящем в него нижерасположенном усеченном конусе, образуя желобообразный канал, переходящий в выгрузочный патрубок, а нижний усеченный конус содержит тангенциально расположенный загрузочный патрубок, внутри усеченных конусов коаксиально расположен непроницаемый конусообразный пылеуловитель, обращенный большим основанием вверх, охватывая крыльчатку, а меньшее основание пылеуловителя заканчивается выгрузочным патрубком, отличающийся тем, что в верхней части пылеуловителя, жестко прикрепленной к верхней части корпуса классификатора, под крыльчаткой установлена перегородка с отверстиями, выполненная из газонепроницаемого материала, при этом по внешнему периметру верхней части корпуса установлены по меньшей мере три выносных элемента, состоящие из трех вертикально расположенных и жестко соединенных друг с другом цилиндрических камер: равновеликих верхней и нижней и большего размера центральной, на нижнем основании которой установлены разгрузочные патрубки, причем верхняя и нижняя цилиндрические камеры соединены тангенциально встроенными патрубками соответственно с пылеуловителем и верхней частью корпуса классификатора, при этом на верхней цилиндрической камере сверху, а на нижней цилиндрической камере снизу жестко закреплены цилиндрические пылеосадительные устройства, также входящие в выносной элемент, каждое из которых содержит коаксиально установленные усеченные конусы с отверстиями на боковой поверхности, расположенные следующим образом: внутренний усеченный конус верхнего пылеосадительного устройства, проходя герметично через верхнюю цилиндрическую камеру, большим основанием закреплен на верхней поверхности центральной цилиндрической камеры, а внешний усеченный конус большим основанием закреплен на верхней поверхности верхней цилиндрической камеры, усеченные конусы нижнего пылеосадительного устройства закреплены аналогично на нижних поверхностях нижних и центральных камер, причем крепление осуществлено жестко-разъемно с возможностью осевого вращения усеченных конусов; верхние пылеосадительные устройства имеют газоотводящие патрубки, а нижние оканчиваются разгрузочными патрубками, кроме того, соотношение высоты выносного элемента и полной высоты классификатора составляет

Н_в.э.=(0,25-0,35)Н_к,

где Н_в.э. - соответственно, высота выносного элемента и

Н_к - полная высота классификатора.

2. Классификатор по п.1, отличающийся тем, что в месте соединения нижней и верхней цилиндрических камер с патрубками установлены диафрагмы с возможностью изменения площади живого сечения входного отверстия в диапазоне 40%<F<100%, где F - площадь живого сечения входного отверстия.

3. Классификатор по п.1, отличающийся тем, что в каждый газоотводящий патрубок верхнего пылеосадительного устройства выносного элемента встроен клапан, а разгрузочные патрубки нижнего пылеосадительного устройства и центральной камеры выполнены с затворами.

4. Классификатор по п.1, отличающийся тем, что пылеуловитель содержит цилиндрические сетчатые каркасы, жестко закрепленные по периметру отверстий перегородки с отверстиями, выполненной из газонепроницаемого материала, при этом сетчатые каркасы заключены в матерчатые рукава.

5. Классификатор по п.1, отличающийся тем, что пылеуловитель содержит внешний газонепроницаемый и два внутренних газопроницаемых цилиндрических элемента, коаксиально закрепленных снизу на перегородке с отверстиями, при этом пространство между газопроницаемыми элементами заполнено зернистым материалом.