Воздушно-центробежный классификатор порошков циклонного типа
Владельцы патента RU 2595116:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) (RU)
Изобретение относится к области порошковой технологии и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, химической, атомной и других отраслях промышленности, связанных с переработкой порошкообразных материалов по разделению частиц по размерам. Воздушно-центробежный классификатор порошков циклонного типа представляет из себя противоточный циклон с входным закручивающим патрубком, цилиндроконическим корпусом с нижним пылевыводным патрубком, введенным в пылеприемный бункер, верхним аксиальным выходным патрубком, соединенным с устройством тонкой очистки, имеющим патрубок выгрузки уловленного мелкодисперсного порошка и патрубок отвода обеспыленного газа, соединенный с всасывающим патрубком дутьевого устройства. Пылеприемный бункер снабжен нижним выгрузочным патрубком, имеющим устройство выгрузки, например, шиберного типа и соединенным с корпусом бункера-питателя, имеющего верхний патрубок загрузки и нижний патрубок выгрузки с дозирующим устройством, расположенным над загрузочным устройством, находящимся на входе рециркуляционного трубопровода, соединенного с входным закручивающим патрубком циклона. Пылеприемный бункер циклона и бункер-питатель снабжены контролирующими датчиками степени загрузки бункеров, соединенными с входом микропроцессора, управляющий сигнал от которого поступает на привод устройства выгрузки пылеприемного бункера и дозирующего устройства бункера-питателя. Технический результат - повышение эффективности разделения порошков. 1 ил.
Изобретение относится к области порошковой технологии, а именно к технологии получения фракционированных порошков методом центробежной классификации.
Известны устройства воздушно-центробежной сепарации (Мизонов В.Е., Ушаков С.Г. Аэродинамическая классификация порошков. М.: Химия, 1989, 160 с., ил., стр. 59-60, классификатор Микроплекс фирмы Альпине).
Известен патент RU №2522674, МПК B07B 7/08, опубликован 20.04.2014 г.), включающий корпус, внутри которого расположен интенсивно вращающийся ротор дискового или лопаточного типа, устройство улавливания и сбора крупной фракции порошка, подводящего и выводного патрубка, соединенного с устройством улавливания и сбора тонкой фракции порошка. К недостаткам данного типа устройств следует отнести сложность конструкции, что ведет к трудностям в проектировании и изготовлении, отладке, а также к низкой эксплуатационной надежности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является противоточный циклон (Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг и др. Под общей редакцией А.А. Русанова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат. 1983. - 312 с., ил., стр. 56) с входным закручивающим патрубком, цилиндроконическим корпусом с нижним пылевыводным патрубком, введенным в пылеприемный бункер, и верхним аксиальным выходным патрубком, соединенным с устройством тонкой очистки, имеющим патрубок выгрузки уловленного мелкодисперсного порошка и патрубок отвода обеспыленного газа, соединенный с всасывающим патрубком дутьевого устройства.
Работает циклон в качестве пылеотделителя или классификатора следующим образом. Полидисперсный порошок, подлежащий сепарации, поступает через входной закручивающий патрубок вместе с транспортирующим его газовым потоком в режиме разрежения (движущий перепад давления создается за счет работы дутьевого устройства) внутрь корпуса циклона, где закручивается и вовлекается в нисходящее периферийное винтовое течение в сторону пылевыводного патрубка. Под действием аэродинамических и центробежных сил более крупные частицы концентрируются вдоль внутренних поверхностей цилиндроконического корпуса и выводятся вместе с частью нисходящего винтового газового потока в пылеприемный бункер, где и улавливаются вместе с частью захватываемых ими мелких частиц. В пылеприемном бункере нисходящий газовый поток преобразуется в восходящий центральный винтовой поток и движется в сторону верхнего аксиального выходного патрубка. При движении восходящего центрального винтового потока в данном направлении происходит присоединение к нему части закрученного газа вместе с взвешенными частицами из нисходящего периферийного винтового газового потока, при этом реализуется дополнительная сепарация частиц в поле центробежных сил восходящего центрального винтового потока.
К недостатком данного устройства относится то, что процесс пылеулавливания в циклонах имеет сильно выраженный стохастический характер. В процессе пылеотделения в циклонах в мелкую фракцию попадает значительная часть крупных частиц, и наоборот, в крупную фракцию попадает значительная часть мелких частиц. Поэтому в циклонах критерий эффективности по Луйкену-Ханкоку чрезвычайно низок, менее 0.1 и как классификаторы они не используются.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности разделения порошков и эксплуатационной надежности устройства.
Технический результат достигается за счет того, что в воздушно-центробежном классификаторе порошков циклонного типа, представляющем из себя противоточный циклон с входным закручивающим патрубком, цилиндроконическим корпусом с нижним пылевыводным патрубком, введенным в пылеприемный бункер, верхним аксиальным выходным патрубком, соединенным с устройством тонкой очистки, имеющим патрубок выгрузки уловленного мелкодисперсного порошка и патрубок отвода обеспыленного газа, соединенный с всасывающим патрубком дутьевого устройства, согласно изобретению пылеприемный бункер снабжен нижним выгрузочным патрубком, имеющим устройство выгрузки, например, шиберного типа, с корпусом бункера-питателя, имеющего верхний патрубок загрузки и нижний патрубок выгрузки с дозирующим устройством, расположенным над загрузочным устройством, находящимся на входе рециркуляционного трубопровода, соединенного с входным закручивающим патрубком циклона, причем пылеприемный бункер циклона и бункер-питатель снабжены контролирующими датчиками степени загрузки бункеров, соединенными с входом микропроцессора, управляющий сигнал от которого поступает на привод устройства выгрузки пылеприемного бункера и дозирующего устройства бункера-питателя.
На фиг. 1 показан один из вариантов выполнения устройства.
Устройство состоит из противоточного циклона 1 с входным закручивающим патрубком 2, пылевыводным патрубком 3, соединенным с пылеприемным бункером 4. Циклон имеет верхний аксиальный патрубок 5, соединенный с устройством 6 тонкой очистки фильтрующего типа, которое имеет патрубок 7 выгрузки и патрубок 8 отвода обеспыленного газа, соединенный с всасывающим патрубком вентилятора (не показан). Нижняя часть пылеприемного бункера 4 снабжена патрубком 9, имеющим устройство 10 (шиберного типа) выгрузки, соединенное с бункером-питателем 11, имеющим верхний загрузочный патрубок 12 и нижний патрубок 13 выгрузки с дозирующим устройством 14 (секторный питатель), расположенным над загрузочным устройством 15, находящимся на входе рециркуляционного трубопровода 16. Бункера 4 и 11 снабжены контролирующими уровень загрузки датчиками 17, соединенными коммутационными линиями 18 с микропроцессором 19, в свою очередь соединенным линиями управления 20 с приводами (не показаны) устройства выгрузки 10 пылеприемного бункера 4 и дозирующего устройства 14 бункера-питателя 11.
Работает устройство следующим образом. Полидисперсный порошок, подлежащий классификации по определенному граничному размеру частиц, загружается через патрубок 12 в бункер-питатель 11. При достижении определенной степени загрузки подача порошка прекращается и патрубок 12 герметизируется. Включается вентилятор (не показан). Под действием создаваемого разрежения газа (воздуха) реализуется течение газа по линии, включающей в свой состав: загрузочное устройство 15 - рециркуляционный трубопровод 16 - входной закручивающий патрубок 2 - циклон 1 - верхний аксиальный патрубок 5 - устройство тонкой очистки 6 - патрубок 8 отвода обеспыленного газа. После этого включается привод дозирующего устройства 14 и полидисперсный порошок, подлежащий классификации, поступает на вход загрузочного устройства 15 и далее через рециркуляционный трубопровод 16 и входной закручивающий патрубок 2 вместе с транспортирующим его газовым потоком в режиме разрежения (движущий перепад давления создается за счет работы дутьевого устройства) поступает внутрь корпуса циклона 1, где закручивается и вовлекается в нисходящее периферийное винтовое течение в сторону пылевыводного патрубка 3 и частично внутрь пылеприемного бункера 4. Под действием аэродинамических и центробежных сил более крупные частицы концентрируются вдоль внутренних поверхностей цилиндроконического корпуса и выводятся вместе с частью нисходящего винтового газового потока в пылеприемный бункер 4, где и улавливаются вместе с частью захватываемых ими мелких частиц. В пылеприемном бункере 4 нисходящий газовый поток преобразуется в восходящий центральный винтовой поток и движется в сторону верхнего аксиального выходного патрубка 5. При движении восходящего центрального винтового потока в данном направлении происходит присоединение к нему части закрученного газа вместе с взвешенными частицами из нисходящего периферийного винтового газового потока, при этом реализуется дополнительная классификация (сепарация) частиц в поле центробежных и аэродинамических сил восходящего центрального винтового потока. Не уловленные в циклоне 1 мелкодисперсные частицы поступают вместе газом через патрубок 5 в устройство 6 тонкой очистки, где происходит их отделение от газового потока. Очищенный газ через патрубок 8 поступает на вход вентилятора. Реализуется первый цикл классификации полидисперсного материала, который заканчивается при полной выгрузке полидисперсного порошка из бункера 11, загрузке пылеприемного бункера 4 крупной фракцией и сбором в устройстве 6 тонкой очистки мелкой фракции. В результате реализации 1 цикла осуществляется процесс классификации. Эффективность классификации на первом цикле мала, имеет сильно выраженный стохастический характер и равна эффективности процесса пылеотделения в обычном противоточном циклоне 1, но при этом граничный размер лежит в области очень малых значений. При опорожнении бункера-питателя 11 срабатывает датчик 17 степени загрузки бункера-питателя 11, сигнал от которого по коммутационной линии 18 поступает на вход микропроцессора 19, который формирует сигнал управления и передает его по линиям управления 20 на приводы устройства 10 выгрузки (шиберного типа) пылеприемного бункера 4 и дозирующего устройства 14 (секторный питатель) бункера-питателя 11. Останавливается секторный питатель 14, перекрывая доступ воздуха в бункер-питатель извне, и открывается устройство 10 выгрузки, осуществляя перегрузку крупнодисперсной фракции порошка из пылеприемного бункера 4 в бункер питатель 11. После перегрузки порошка срабатывает датчик 17 степени загрузки пылеприемного бункера 4, сигнал от которого по коммутационной линии 18 поступает на вход микропроцессора 19, который формирует сигнал управления и передает его по линиям управления 20 на приводы устройства 10 выгрузки (шиберного типа) пылеприемного бункера 4 и дозирующего устройства 14 (секторный питатель) бункера-питателя 11. Включается секторный питатель 14, осуществляя подачу порошка из бункера-питателя 11 через патрубок 13 на вход загрузочного устройства 15 и далее через рециркуляционный трубопровод 16 и входной патрубок 2 в циклон 1, и закрывается устройство 10 выгрузки. Далее реализуется второй цикл классификации. При этом возрастает эффективность классификации (по сравнению с первым циклом), но возрастает граничный размер классифицируемых частиц. Реализуется процесс перечистки за счет того, что фракционная эффективность сепарации наиболее мелких частиц в циклонном процессе существенно меньше фракционной эффективности более крупных частиц. Таких циклов может быть 2 или более. Степень стохастичности процесса классификации при увеличении количества циклов уменьшается, при этом процесс становится более детерминирован (проявляется действие диалектического закона перехода количества в качество). В зависимости от количества циклов эффективность классификации по Ханкоку-Луйкену увеличивается от 0.1 (при однократном цикле) до 0.75 (при 6-кратном цикле). При этом значение граничного размера меняется от 2 мкм до 8 мкм соответственно. Данные получены при экспериментальном исследовании устройства с использованием противоточного циклона типа СК-ЦН-34 диаметром 100 мм.
При достижении заданной эффективности классификации и граничного размера, отключается вентилятор и включается микропроцессором 19 через линию управления 20 привод дозирующего устройства 14, работающего в режиме выгрузки (повышенные обороты вращения ротора) в бункер товарной крупной фракции (не показан).
Совокупность отличительных признаков предложенного устройства:
- пылеприемный бункер снабжен нижним выгрузочным патрубком, имеющим устройство выгрузки, например, шиберного типа и соединенным с корпусом бункера-питателя;
- над загрузочным устройством, находящимся на входе рециркуляционного трубопровода, соединенного с входным закручивающим патрубком циклона, на входе в зону сепарации основным регулируемым воздушным потоком продувают крупную фракцию;
- пылеприемный бункер циклона и бункер-питатель снабжены контролирующими датчиками степени загрузки бункеров, соединенными с входом микропроцессора, управляющий сигнал от которого поступает на привод устройства выгрузки пылеприемного бункера и дозирующего устройства бункера-питателя.
Совокупность указанных отличительных признаков обеспечивает достижение поставленной цели - повышение эффективности классификации и эксплуатационной надежности устройства.
Источники информации
1. Мизонов В.Е., Ушаков С.Г. Аэродинамическая классификация порошков. М.: Химия, 1989, 160 с., ил., стр. 59-60, классификатор Микроплекс фирмы Альпине).
2. Патент RU №2522674, МПК B07B 7/08, опубликован 20.04.2014 г.
3. Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг и др. Под общей редакцией А.А. Русанова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат. 1983. - 312 с., ил., стр. 56.
Воздушно-центробежный классификатор порошков циклонного типа, представляющий из себя противоточный циклон с входным закручивающим патрубком, цилиндроконическим корпусом с нижним пылевыводным патрубком, введенным в пылеприемный бункер, верхним аксиальным выходным патрубком, соединенным с устройством тонкой очистки, имеющим патрубок выгрузки уловленного мелкодисперсного порошка и патрубок отвода обеспыленного газа, соединенный с всасывающим патрубком дутьевого устройства, отличающийся тем, что пылеприемный бункер снабжен нижним выгрузочным патрубком, имеющим устройство выгрузки, например, шиберного типа и соединенным с корпусом бункера-питателя, имеющего верхний патрубок загрузки и нижний патрубок выгрузки с дозирующим устройством, расположенным над загрузочным устройством, находящимся на входе рециркуляционного трубопровода, соединенного с входным закручивающим патрубком циклона, причем пылеприемный бункер циклона и бункер-питатель снабжены контролирующими датчиками степени загрузки бункеров, соединенными с входом микропроцессора, управляющий сигнал от которого поступает на привод устройства выгрузки пылеприемного бункера и дозирующего устройства бункера-питателя.
