ПИТАТЕЛЬ-ДОЗАТОР СО СВОБОДНЫМ РОТОРОМ ДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Заявляемое техническое решение относится к устройствам и способам управляемой подачи сыпучего материала из бункеров в транспортные средства или технологические линии, а именно - к питателям и дозаторам роторного типа. Известны «барабанный питатель» (http://www.npptec.ru/409-1-pitateli.html) и «роторный питатель» (http://www.apmech.ru/rotpit.htm), состоящие из цилиндрического корпуса с входным проемом, расположенным вверху, и нижним выходным проемом. В корпусе установлен ротор, содержащий группу лопастей (обычно - 4…6 штук), образующих с боковыми стенками корпуса при вращении секции (полости), служащие для перемещения материала.
Указанным устройствам свойственны следующие недостатки: поскольку ротор вращается в охватывающем его полностью или частично корпусе, возникает трение материала, заполняющего секции ротора, как относительно корпуса, так и относительно непрерывно поступающей массы из бункера, и неизбежно затирание мелких частиц между краями лопаток и корпусом (у всех), а также защемление и дробление кусков материала между лопатками и кромкой входного проема (как у второго аналога). Материал зажат во внутреннем объеме питателя и опирается на ротор, заполняя его секции под собственным весом (при верхней загрузке), или, в значительной мере, принудительно (при боковой загрузке). Все это вызывает абразивный износ, необходимость футеровки, и требует привод повышенной мощности. Поскольку проходное сечение определяется радиусом ротора, повысить производительность таких питателей можно только путем увеличения их размеров и скорости вращения, поэтому получить производительность до десятков и сотен тонн в час проблематично, что сужает сферу применения. Работа с крупнокусковыми материалами невозможна.
Устранение указанных недостатков частично предполагается в «питателе с опущенным лопастным барабаном», (К.В.Алферов. «Бункеры, затворы и питатели. Основы проектирования и расчета». МТМ СССР, Государственное научно - техническое издательство машиностроительной литературы, Москва 1946 Ленинград, стр.128, 129, фиг.131), в котором «…материал при выходе из бункера располагается на продолжении задней стенки под углом естественного откоса и упирается в лопасти питателя». В описании также утверждается, что «…разгрузка материала происходит совершенно свободно, без заклинивания и при минимальной потребной мощности». Фактически, данный питатель представляет собой короткую течку, наклоненную под углом естественного откоса сыпучего материала и присоединенную верхней, входной частью к бункеру. В нижнюю стенку течки, на половину своего диаметра, встроен четырех - лопастной ротор, наружная часть которого охвачена обечайкой. В поперечном сечении течки, выше ротора, установлена регулировочная задвижка, а ниже ротора имеется выпускное окно.
Наиболее близким техническим решением, подходящим в качестве прототипа, является последнее - «питатель с опущенным лопастным барабаном», у которого имеются два признака частичного совпадения с заявленной полезной моделью, а именно - отсутствие обечайки корпуса, охватывающей ротор (только спереди), и смещение ротора относительно бункера (только на половину диаметра).
Недостатками прототипа являются: во-первых, поскольку ротор на половину своего диаметра встроен в наклонную течку постоянного сечения, (верхняя стенка параллельна нижней стенке), над ним образуется сужение прохода, создающее динамический подпор материала и вероятность заклинивания, которая возрастает при наличии крупнокусковых фракций; во-вторых, ротор не содержит ни барабана, ни торцевых дисков, а состоит лишь из ступицы и четырех лопаток, как обычно, образующих с боковыми стенками и обечайкой корпуса объемные секции, отсюда и характерный недостаток - высокое трение краев лопастей и материала в заполненных секциях относительно корпуса; в- третьих, при открытой больше, чем на половину, задвижке ротор оказывается под давлением части вертикального столба материала из бункера, что значительно увеличивает сопротивление вращению и нагрузку на лопасти, а при полностью открытой задвижке порядка половины потока материала может выходить неуправляемо, самотеком, то есть, материал контролируется только при прикрытой на 50% задвижке, при этом снижается максимальная производительность и возникает вероятность «зависания» влажного и крупнокускового материала, к тому же, ротор находится в наклонном потоке («материал упирается в лопатки»), проходящем выше оси вращения, что создает условия для «самохода» ротора (особенно, если материал хорошо текучий) и требует надежного торможения механизма; также, при данной компоновке шибер является неотъемлемым элементом конструкции, что удорожает ее, при этом устройство имеет функционально не оправданную, сравнительно большую высоту.
Таким образом, в принятой за прототип конструкции питателя реально решена только одна проблема - исключено закусывание кусков материала между краями лопастей и кромкой входного проема, прочие же недостатки, свойственные роторным питателям, сохранились.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является придание роторному питателю способности надежно работать с тяжелыми сыпучими материалами смешанного фракционного состава и крупнокусковыми, при отсутствии недостатков, свойственных аналогам.
Поставленная задача решается тем, что питатель-дозатор со свободным ротором для сыпучих материалов, содержащий корпус с верхним загрузочным и нижним разгрузочным проемами, ротор с лопатками, имеющий возможность вращаться в его полости, и подвижный сегмент, отличается тем, что ротор вынесен из-под вертикального столба материала, выходящего из бункера, под его откос; отличается тем, что при заданном диаметре ротора, максимальная высота внутреннего входного проема, образуемого передней кромкой загрузочного проема (или кромкой шибера, при наличии такового), боковыми стенками и верхней частью сегмента, определяется точкой пересечения вертикали, лежащей в его плоскости, с касательной к окружности ротора, проведенной под углом, равным углу естественного откоса сыпучего материала относительно горизонтали; отличается тем, что рабочее пространство ротора ограничено только боковыми стенками корпуса и подпружиненным сегментом обечайки, охватывающим пару смежных лопаток ротора с небольшим радиальным зазором и способным отклоняться, благодаря шарнирной подвеске на задней стенке корпуса; отличается тем, что ротор выполнен в виде барабана с торцевыми дисками, между которыми закреплены радиальные лопатки.
Заявляемое техническое решение иллюстрируется Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3 На Фиг.1 представлено заявляемое устройство, вид сбоку; Фиг.2 и Фиг.3 поясняют зависимость максимальной высоты внутреннего входного проема корпуса от угла естественного откоса сыпучего материала при заданном диаметре ротора, а также, иллюстрируют возможную работу устройства в качестве дозатора, в стадиях «скоростной предварительный набор дозы» и «точная досыпка», путем изменения скорости вращения и с дополнительным использованием шибера;
Заявляемый питатель - дозатор со свободным ротором (Фиг.1) содержит корпус 1, имеющий загрузочный 2 и разгрузочный 8 проемы, и ротор 5, причем рабочее пространство вращающегося внутри корпуса ротора ограничено только боковыми стенками с торцов и сегментом обечайки 4 - сзади, поскольку передний кожух 10 не соприкасается с перемещаемым материалом за счет достаточных зазоров, при этом верхняя часть задней стенки наклонена под углом естественного откоса сыпучего материала, а предохранительный сегмент 4 своей нижней стороной закреплен на задней стенке корпуса на шарнире, подпружинен амортизатором 6, и может отклоняться в случае подклинивания лопаток кусками сыпучего материала или посторонними предметами, причем он охватывает пару смежных лопаток ротора с небольшим радиальным зазором и на угол, несколько больший угла между ними, что исключает просыпание материала мимо ротора, при этом ротор 5 выполнен в виде барабана с двумя торцевыми дисками 7 с закрепленными между ними радиальными лопатками 9, а величина его наружного диаметра и высота внутреннего входного проема 3, образуемого передней кромкой загрузочного проема, боковыми стенками и верхней частью сегмента, находятся в таком геометрическом соотношении, чтобы при отсутствии вращения весь откос материала размещался на роторе, исключая самотек, что иллюстрируется Фиг.3 и достигается тем, что при заданном диаметре ротора Dr, максимальная высота входного проема Hmax определяется пересечением в точке h вертикальной линии oh, лежащей в его плоскости, с касательной sh к окружности ротора, проведенной относительно горизонтали под углом, равным углу естественного откоса сыпучего материала α в статике. Загрузочный проем может иметь ножевую заслонку (шибер) 11, используемую при ремонте, или работе с материалами с сильно отличающейся текучестью (углами откоса), а также, при работе в качестве дозатора.
Работает устройство следующим образом. Материал из бункера поступает самотеком и удерживается на роторе, который при включении привода начинает перемещать его на выгрузку, причем подвижный сегмент, в случае подклинивания лопаток, отклоняясь, предохраняет конструкцию от механических перегрузок, при этом, благодаря эффекту захвата заполненным вращающимся ротором дополнительного количества материала, его откос становится более пологим, по сравнению со статическим (угол откоса в динамике: β=0,74*α; линия откоса - dh), и при увеличении скорости вращения возрастает количество материала, истекающего по касательной к ротору, со скоростью, превышающей его окружную скорость, что позволяет осуществлять быструю загрузку, например, автомобильного, или ж/д транспорта, в комплексе с электронными платформенными весами, весовой контроллер которых автоматически управляет регулятором оборотов ротора и (если имеется) шибером (Фиг.2, Фиг.3).
Признаки, указывающие, что «ротор вынесен из-под столба материала, выходящего из бункера, под его откос», обеспечивают полное исключение вертикального давления сыпучего материала на лопатки, значительно снижая усилие на них, при этом материал поступает самотеком, практически без понуждения со стороны ротора, что уменьшает необходимую мощность привода, причем основная масса откоса материала, лежащего на роторе, находится слева (согласно рисункам), что обеспечивает его надежное самоторможение после выключении, кроме того, снижается общая высота устройства и обеспечивается достаточное свободное пространство, исключающее взаимодействие потока материала с передней частью корпуса, без увеличения габаритов. Признаки, указывающие, что «при заданном диаметре ротора, максимальная высота внутреннего входного проема определяется точкой пересечения вертикали, лежащей в его плоскости, с касательной к окружности ротора, проведенной под углом, равным углу естественного откоса сыпучего материала относительно горизонтали», обеспечивают при отсутствии вращения расположение всего откоса сыпучего материала на роторе, чем исключается самопроизвольное истечение, при этом работа с максимально возможной высотой внутреннего входного проема обеспечивает высокую пропускную способность (производительность) и полностью исключает возможность заклинивания крупнокусковых материалов.
Признаки, указывающие, что «рабочее пространство ротора ограничено только боковыми стенками корпуса и шарнирно закрепленным на задней стенке и подпружиненным сегментом обечайки, охватывающим пару смежных лопаток ротора с небольшим радиальным зазором», обеспечивают незначительную длину участка трения между торцами лопаток и сегментом, поэтому абразивный износ минимален, а при подклинивании сегмент легко отклоняется и пропускает помеху, что исключает дробление материала в зазоре и повышенные нагрузки на привод.
Признаки, указывающие, что «ротор выполнен в виде барабана с двумя торцевыми дисками, между которыми закреплены радиальные лопатки», обеспечивают устранение трения материала между ротором и корпусом, поскольку заполняемые секции ротора образуются лопатками и дисками, а не относительно боковых стенок, при этом сыпучий материал, находящийся вне ротора (в откосе), сопротивления вращению не оказывает, благодаря чему значительно сокращается износ, допускается применение для изготовления агрегата недорогой стали и снижается необходимая мощность (и стоимость) привода.