Устройство для подъема сыпучих материалов с повышенной концентрацией в газовой смеси
Владельцы патента RU 2772352:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный горный университет" (RU)
Изобретение относится к трубопроводному транспорту. Устройство для подъема сыпучих материалов с повышенной концентрацией в газовой смеси содержит смесительную камеру, вертикальный транспортный трубопровод и наклонный загрузочный питатель. В наклоненном под углом «α» к горизонту загрузочном питателе установлена подпружиненная заслонка. Площадь заслонки F, приведенная угловая жесткость «Cy» и производительность «Q» питателя связаны между собой. При смене транспортируемого материала осуществляется регулирование расчетной высоты «Н» сыпучего материала, имеющего разную плотность «ρ» и коэффициент трения «ƒ». Достигается уменьшение расхода сжатого газа, увеличение надежности работы установки и охрана окружающей среды. 3 ил.
Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к устройствам для вертикального и наклонного пневмотранспорта сыпучих материалов с повышенной концентрацией в газовой смеси.
Устройство для подъема сыпучих материалов с повышенной концентрацией в газовой смеси (пат. №2194661, 20.12.2002 Бюл. № 35 и пат. № 2294886, 10.03.2007 Бюл. № 7), содержащее смесительную камеру, вертикальный транспортный трубопровод и вертикальный загрузочный питатель.
В известном устройстве важным фактором является наличие расчетной заполненной высоты загрузочного питателя сыпучим материалом. При понижении этой заполненной высоты сыпучим материалом происходит выброс материала за счет избыточного давления в сторону выходного отверстия загрузочного питателя, что приводит к перерасходу сжатого газа, загрязнению рабочих участков и остановки системы пневмоподъема материала.
Целью изобретения является уменьшение расхода сжатого газа, увеличение надежности работы установки и охрана окружающей среды.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для подъема сыпучих материалов с повышенной концентрацией в газовой смеси, содержащем смесительную камеру, вертикальный транспортный трубопровод и наклонный загрузочный питатель, что с целью регулирования расчетной высоты «H» сыпучего материала имеющего различную плотность «ρ» и коэффициент трения «f» в наклоненном под углом «α» к горизонту загрузочном питателе установлена подпружиненная прямоугольная со стороной «a» заслонка, площадь которой F=a2, приведенная угловая жесткость пружины «Cу» и производительность «Q» питателя связаны соотношениями:
где 
– угол поворота заслонки; 
– ускорение свободного падения; 
– коэффициент расхода (учитывает потери давления при истечении материала через отверстие); 
– приведенная угловая жесткость пружины заслонки.
На фиг. 1 показана схема предполагаемого устройства; на фиг. 2 – загрузочная часть полупромышленной установки, на фиг. 3 – регулирующая заслонка – клапан.
Устройство для подъема сыпучих материалов с повышенной концентрацией в газовой смеси содержит смесительную камеру 1 с транспортным трубопроводом 2. В нижней части смесительной камеры установлены патрубки 3 для подвода сжатого воздуха и пористая газораспределительная перегородка 4. Подпитывающая часть в виде вертикального загрузочного питателя 6 смесительной камеры 1 расположена над патрубком транспортного трубопровода 2. Сыпучий материал из подпитывающей части 6 непрерывно поступает в смесительную камеру 1. Сжатый газ через пористую перегородку 4 подается под слой насыпного груза. После прохода через пористую перегородку 4 потоки газа, воздействуя на насыпной груз, аэрируют его до псевдоожиженного (кипящего) состояния. Под действием избыточного давления газа в смесительной камере и постоянного подпора насыпного груза псевдоожиженный материал с повышенной концентрацией подается в патрубок трубопровода 2. За счет перепада давления насыпной груз перемещается по трубопроводу в заторможенном состоянии путем создания дополнительных сопротивлений в виде поперечных вставок 5 с отверстиями, установленными рассредоточено по высоте трубопровода с определенным шагом. Вся высота столба материалогазовой смеси по высоте трубопровода разделена поперечными вставками 5 на отдельные участки. С целью исключения движения материала в обратную сторону, в нижнюю часть патрубка наклонного загрузочного питателя 6 (фиг. 3) установлена заслонка 7, пружина 8 с регулирующим болтом 9, с возможностью перекрытия потока сжатого газа из смесительной камеры.
Устройство работает следующим образом.
Сыпучий материал из подпитывающей части 6 непрерывно поступает в смесительную камеру 1. Расход материала определяется высотой столба «Н» и углом поворота «» подпружиненной заслонки 7, который в сувою очередь зависит от приведенной угловой жесткости - пружины 8 заслонки 7.
Усилие сжатия пружины 8 и, соответственно, высота слоя материала «Н» определяется его плотностью ρ, коэффициентом трения f и регулируется болтом 9. Нарушение этой минимальной высоты Н приводит к выбросу сыпучего материала из смесительной камеры через загрузочный питатель 6 в окружающую среду. Сжатый газ через пористую перегородку 4 подается под слой материала. После прохода через пористую перегородку 4 потока газа, воздействуя на материал, аэрирует его до псевдоожиженного состояния. Под действием избыточного давления газа в смесительной камере 1 и постоянного подпора сыпучего материала, поступающего по подпитывающей части 6, псевдоожиженный материал с повышенной концентрацией подается в патрубок трубопровода 2. Высота подъема материала зависит от перепада давления, количества вставок 5, встроенных в трубопровод 4, и количества и диаметра отверстий в этих вставках 5. При смене транспортируемого материала осуществляется регулирование расчетной высоты «Н» сыпучего материала имеющего разную плотность «ρ» и коэффициент трения «f».
Расчет допустимой минимальной высоты Н производится по уравнению:
где – угол поворота заслонки; – ускорение свободного падения; – коэффициент расхода (учитывает потери давления при истечении материала через отверстие); – приведенная угловая жесткость пружины заслонки.
Таким образом, транспортирование осуществляется с высокой концентрацией материала, а значит, с малым расходом воздуха. При пневмотранспорте в плотном слое рабочая скорость воздушного потока не более 2 м/с и её увеличение до 2,5 раз не приводит к значительному увеличению потерь напора.
Пример:
Для ОАО «БАЗ-СУАЛ» был монтирован наклонный пневмоподъемник с каскадным движением материалов для подачи глиноземной пыли от электрофильтров до приемного бачка вращающейся обжиговой печи цеха кальцинации. Уменьшение скоростей пылегазовых потоков неизбежно привело к уменьшению расходов на пылегазоочитску. Подъем насыпного груза осуществляется с высокой концентрацией в газовой смеси и малыми скоростями, а значит, с малым расходом сжатого газа.
При пневмоподъеме на высотку до 40 м можно достичь массовой концентрации насыпного груза в газе до 200…300 кг/кг, скорости газового потока 1…3 м/с, что позволяет значительно снизить расход сжатого газа, а значит, снизить энергозатраты на пневмоподъем и пылегазоочистку при работе на пониженных скоростях газового потока.
Пример расчета:
1. Исходные данные:
;
;
мм;
;
– коэффициент парусности;
м;
2. Расчет:
Скорость витания:
Принимаем скорость воздуха
Скорость транспортировки материала:
;
Массовый расход воздуха
кг/с;
Массовый расход материала:
кг/с = 230 т/час
При необходимости увеличения производительности установки можно увеличить 
и повторить расчет.
При изменении крупности материала и его плотности скорость воздуха может быть изменена.
Устройство для подъема сыпучих материалов с повышенной концентрацией в газовой смеси, содержащее смесительную камеру, вертикальный транспортный трубопровод и наклонный загрузочный питатель, отличающееся тем, что с целью регулирования расчетной высоты «Н» сыпучего материала, имеющего разную плотность «ρ» и коэффициент трения «ƒ», в наклоненном под углом «α» к горизонту загрузочном питателе установлена подпружиненная заслонка, площадь которой F, приведенная угловая жесткость «Cy» и производительность «Q» питателя связаны соотношениями:
,
где ϕ – угол поворота заслонки; ɡ – ускорение свободного падения; µ – коэффициент расхода (учитывает потери давления при истечении материала через отверстие); Cy – приведенная угловая жесткость пружины заслонки.
