СПОСОБ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF PNEUMATIC TRANSFER OF LOOSE MATERIALS

Изобретение относится к области пневмотранспортирования и может быть использовано в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, строительстве для транспортирования в воздушном потоке преимущественно плохо сыпучих материалов при высоком давлении на большие расстояния с высокой концентрацией в аэросмеси.
Наилучшие технико-экономические показатели - минимальные энергозатраты и небольшие расходы воздуха, минимальное поперечное сечение транспортного материалопровода - удается достичь при применении камерных питателей, что особенно отчетливо проявляется при транспортировании на большие расстояния.
Известны способы пневмотранспортирования с одно- и двухкамерными питателями, с предварительным набором давления и без него, с подачей воздуха в пространство над материалом и через пористые перегородки, с применениием устройств для интенсификации поступления материала в транспортный материалопровод и без таковых. Для повышения технико-экономических показателей процессов пневматического транспортирования используют и другие элементы, приспособления, устройства, например, препятствующие обрушению материала после сводообразования и появления воронок.
Однако реализовать непрерывность процесса в любом случае не удается ввиду наличия периодов, когда транспортирование не осуществляется или не обеспечивается полная загрузка транспортного материалопровода. Даже при использовании двухкамерных питателей непрерывность процесса не обеспечивается вследствие наличия периода переключения транспорта из одной камеры в другую, необходимости продувки транспортного материалопровода и существования так называемых периодов нестабильного транспортирования (Малис А.Я. Пневматический транспорт при высоких концентрациях / А.Я.Малис. - М.: Машиностроение, 1969. - С.54-55). Нестабильность транспортирования происходит вследствие образования сводов, а затем и воронки. Воздух прорывается в транспортный материалопровод без захвата материала или поступает в транспортный материалопровод с малым его содержанием. Давление в камере падает, снижается энергетический потенциал сжатого воздуха, затем следует обрушение материала. Поток обрушившегося материала, обладающий значительной кинетической энергией, заполняет начальный участок транспортного материалопровода. Однако дальнейшее его продвижение по транспортному материалопроводу не обеспечено должным запасом энергии сжатого воздуха. Происходит закупорка транспортного материалопровода и прекращение процесса транспортирования, возобновить который без дополнительных мероприятий не удается. Кроме того, значительное количество энергии не используется после освобождения камеры от материала и необходимости сброса сжатого воздуха из нее перед загрузкой. Все это приводит к снижению средней производительности, повышению удельных затрат энергии, нарушению устойчивости работы.
Известен способ пневматического транспортирования сыпучих материалов, снижающий отрицательное влияние неравномерности поступления материала в транспортный материалопровод, заключающийся в том, что сыпучий материал загружают в камеру, герметизируют ее, подавая от компрессора по воздуховодам сжатый воздух осуществляют набор давления, с помощью дополнительных вибраций камеры побуждают материал к истечению, образующуюся аэросмесь транспортируют по транспортному материалопроводу к месту назначения (авторское свидетельство SU 515702, м.кл. B65G 53/04, B65G 53/40).
Однако сколько-нибудь заметного положительного влияния на устойчивость работы и снижения энергозатрат не достигается, так как передать колебательные движения всему материалу не удается. Поэтому при истечении материала возможно образование сводов, а значит, неизбежно будет иметь место неравномерность в подаче материала в транспортный материалопровод. Все это негативно сказывается на устойчивости движения аэросмеси, снижается производительность, повышаются удельные затраты энергии на транспортирование. Неустойчивость усугубляется наличием гидравлической связи между компрессором, камерой и транспортным материалопроводом. При этом сброса сжатого воздуха, продувки транспортного материалопровода избежать не удается, а постоянно работающий вибратор приводит к дополнительным затратам энергии, отрицательному влиянию на обслуживающий персонал и элементы конструкции.
Некоторые недостатки вышеописанного способа частично устраняются в способе пневматического транспортирования сыпучих материалов, выбранном в качестве прототипа, заключающемся в том, что загружают материал в первую камеру, имеющую аэрирующее устройство, герметизируют ее после заполнения, осуществляют набор давления компрессором путем подачи от компрессора по воздуховодам сжатого воздуха. После набора заданной величины давления сообщают транспортный материалопровод со смесительным патрубком этой камеры, побуждают материал к истечению, дозируют, ограничивая по величине, подачу сыпучего материала в смесительный патрубок и, подавая воздух, перемещают полученную аэросмесь по транспортному материалопроводу к месту выгрузки. Одновременно с разгрузкой первой камеры загружают материал во вторую камеру, имеющую аэрирующее устройство, и герметизируют ее после заполнения. После опорожнения первой камеры отключают ее от компрессора, прекращают дозирование, сбрасывают сжатый воздух из второй камеры и подают его от компрессора в смесительный патрубок второй камеры, а транспортирование аэросмеси осуществляют из второй камеры, повторяя операции в вышеописанной последовательности с попеременной сменой камер (Пневмотранспортное оборудование: справочник / М.П.Калинушкин, М.А.Коппель, В.С.Серяков, М.М.Шалунов; под общ. ред. М.П.Калинушкина. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1986. - С.130-132).
Однако использование способа пневматического транспортирования сыпучих материалов, выбранного в качестве прототипа, не позволяет избежать целого ряда недостатков:
- повышенные удельные затраты энергии вследствие того, что, во-первых, весь период разгрузки камеры сопровождается работой ее аэрирующего устройства и, во-вторых, после опорожнения одной из камер сжатый воздух из нее выбрасывают в атмосферу без совершения какой-то полезной работы;
- наличие дополнительных затрат энергии при использовании дополнительного источника сжатого воздуха, например компрессора, или снижение производительности и повышение вероятности появления неустойчивости процесса при применении того же источника сжатого воздуха, обусловленных тем, что после заполнения одной из камер материалом и необходимости набора давления в ней возникает необходимость в подаче сжатого воздуха одновременно в две камеры;
- наличие дополнительной вероятности появления неустойчивости вследствие того, что камеру гидравлически связывают с транспортным материалопроводом.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи снижения удельных затрат энергии за счет повышения производительности и обеспечения устойчивости процесса пневматического транспортирования сыпучих материалов.
Поставленная задача решается тем, что в способе пневматического транспортирования сыпучих материалов, заключающемся в том, что сыпучий материал загружают в первую камеру, герметизируют ее после заполнения, осуществляют набор давления компрессором, сообщают транспортный материалопровод со смесительным патрубком этой камеры, побуждают материал к истечению, дозируют, ограничивая по величине подачу сыпучего материала в смесительный патрубок, и, подавая туда воздух, перемещают полученную аэросмесь по транспортному материалопроводу и, одновременно с разгрузкой первой камеры, загружают материал во вторую, герметизируют ее после заполнения, а после разгрузки первой камеры прекращают дозирование и перенаправляют сжатый воздух из смесительного патрубка первой камеры в смесительный патрубок второй камеры, согласно изобретению после набора давления гидравлически отключают соответствующую камеру от компрессора и транспортного материалопровода, измеряют перепад давления между камерой и началом транспортного материалопровода и, только в случае прекращения или снижения поступления материала в смесительный патрубок, когда перепад давления становится положительным, побуждают материал к истечению, а при выравнивании давления прекращают побуждение, после перенаправления сжатого воздуха из смесительного патрубка первой камеры в смесительный патрубок второй камеры гидравлически соединяют камеры до выравнивания в них давления, затем разъединяют их и соединяют первую камеру с всасывающим патрубком компрессора, осуществляя подачу воздуха в смесительный патрубок второй камеры с большей производительностью до момента достижения в первой камере атмосферного давления.
Снижение удельных затрат энергии обеспечивается за счет рационального использования сжатого воздуха, находящегося в камерах после их разгрузки, частично для набора давления, а частично для повышения производительности процесса пневматического транспортирования и снижения потребляемой мощности компрессора, а также возможности повышения производительности процесса пневматического транспортирования в периодах дополнительной подачи воздуха во всасывающий патрубок компрессора и уменьшения продолжительности времени побуждения.
Устойчивость процесса пневматического транспортирования сыпучих материалов повышается в результате того, что камеру, из которой осуществляется транспортирование сыпучего материала, после набора давления гидравлически отключают от транспортного материалопровода и компрессора, а в периоды наибольшей вероятности появления неустойчивости - при переключении камер, в транспортный материалопровод поступает большее количество гидравлической энергии, поскольку производительность компрессора будет выше номинальной величины.
Способ пневматического транспортирования сыпучих материалов поясняется чертежом, на котором изображена схема его осуществления. Кроме этого, на чертеже вертикальными линиями с кружками и стрелками дополнительно обозначено направление загрузки сыпучего материала, горизонтальными линиями со стрелками - направление движения воздуха, горизонтальной линией, перечеркнутой косой чертой, со стрелкой - направление движения аэросмеси.
Способ пневматического транспортирования сыпучих материалов реализуется при помощи двух камер - первой камеры 1 и второй камеры 2, снабженных загрузочными устройствами 3 и 4, с клапанами 5 и 6 для подачи материала, клапанами 7 и 8 для подачи сжатого воздуха в эти камеры, клапанами 9 и 10, 11 и 12 соответственно для подачи сжатого воздуха и выхода аэросмеси в транспортный материалопровод 13. Камеры 1 и 2 оборудованы датчиками 14, 15 нижнего уровня материала, датчиками 16, 17 верхнего уровня материала и приборами 18 и 19 для измерения перепада давления. Под камерой 2 установлено дозирующее шлюзовое устройство 20, и под камерой 1 установлено дозирующее шлюзовое устройство 21.
Камеры 1 и 2 соединены между собой клапаном 22, а с всасывающим патрубком компрессора 23 - клапанами 24 и 25. На всасывающем патрубке компрессора 23 установлен обратный клапан 26. Смесительные парубки 27 и 28 камер 1 и 2 соответственно связаны с транспортным материалопроводом 13 и компрессором 23, подающим к этим патрубкам воздух. Во входных сечениях воздуховодов, соединяющих камеры 1 и 2 с компрессором 23, установлены фильтрующие элементы 29 и 30, а в камерах 1 и 2 предусмотрены побуждающие устройства 31 и 32, предотвращающие образование сводов и воронки. На воздуховодах, связывающих камеры 1 и 2 с компрессором 23, установлены обратные клапаны 33 и 34.
Способ пневматического транспортирования сыпучих материалов осуществляется в непрерывном режиме следующим образом. Загружают одну из камер транспортируемым сыпучим материалом, например первую камеру 1, через загрузочное устройство 3. После ее заполнения, о чем сигнализирует датчик 17 верхнего уровня материала, герметизируют ее, закрывая клапан 5, причем клапаны 9 и 10 для подачи сжатого воздуха в транспортный материалопровод 13, клапан 11 для выхода аэросмеси в транспортный материалопровод 13, клапаны 22 и 24 закрывают, а сыпучий материал подают во вторую камеру 2 через загрузочное устройство 4, открывая клапаны 6 и 24. Осуществляют набор давления в загруженной материалом камере 1 путем сообщения ее с нагнетательным патрубком компрессора 23, причем клапаны 7 и 9 открывают. Сжатый воздух по воздуховоду от компрессора 23 через клапаны 9, 7 и фильтрующий элемент 29 подают в камеру 1. При достижении давления в камере 1 заданной величины гидравлически отключают камеру 1 от компрессора 23, закрывая клапан 7, сообщают камеру 1 со смесительным патрубком 27 транспортного материалопровода 13, открывая клапан 11 для выхода аэросмеси в транспортный материалопровод 13. Дозируют сыпучий материал из камеры 1 в смесительный патрубок 27, ограничивая по величине его подачу с помощью дозирующего устройства 21. Образовавшуюся в смесительном патрубке 27 аэросмесь перемещают по транспортному материалопроводу 13, подавая туда воздух через клапан 9 от компрессора 23, к месту назначения.
По мере выгрузки материала из камеры 1 его место занимает сжатый воздух, поступающий в нее в ограниченном количестве через дозирующее устройство 21, например шлюзовый затвор. При этом перепад давления при нормальном истечении между камерой 1 и началом транспортного материалопровода 13, который измеряют с помощью прибора 19, является небольшим.
Процессы разгрузки камеры 1 и загрузки камеры 2 протекают одновременно, а воздух, вытесняемый материалом из камеры 2 по воздуховодам через фильтрующий элемент 30 и клапан 25, подают во всасывающий патрубок компрессора 23, увеличивая его производительность.
В случае "зависания" материала, вследствие сводо- или воронкообразования материал прекращает поступать или поступает в меньшем количестве в дозирующее шлюзовое устройство 21, смесительный патрубок 27 и транспортный материалопровод 13, причем перепад давлений, который измеряют прибором 19, становится существенным - положительным, в камере 1 больше, чем в начале транспортного материалопровода 13. Для восстановления нормального режима работы материал, находящийся в камере 1, побуждают к истечению, включая побуждающее устройство 31. С возобновлением поступления материала в дозирующее шлюзовое устройство 21, смесительный патрубок 27 и транспортный материалопровод 13 давление выравнивается, а необходимость в побуждении материала к истечению отпадает. Побуждение прекращают путем подачи сигнала от прибора 19 на отключение побуждающего устройства 31, предотвращающего образование сводов и воронки.
После заполнения материалом камеры 2, о чем свидетельствует датчик 16 верхнего уровня материала, прекращают подачу материала, закрывая клапаны 6 и 25, и камера 2 подготавливается к периоду набора давления и последующему транспортированию материала.
После опорожнения камеры 1, сигналом чего является достижение верхней границей материала датчика нижнего уровня 15, прекращают дозирование материала из камеры 1, останавливая дозирующее шлюзовое устройство 21. Сообщают смесительный патрубок 28 камеры 2 с транспортным материалопроводом 13, открывая краны 10 и 12, а смесительный патрубок 27 камеры 1 гидравлически отсоединяют от транспортного материалопровода 13, закрывая клапаны 9 и 11. После этого перенаправляют сжатый воздух из смесительного патрубка 27 камеры 1 в смесительный патрубок 28 камеры 2, путем последовательного открытия клапана 10 и закрытия клапана 9, и гидравлически соединяют камеры 1, 2 между собой путем открывания клапана 22 до выравнивания в них давления. При выравнивании давления в камерах 1 и 2 их разъединяют, закрывая клапан 22, камеру 1 сообщают с всасывающим патрубком компрессора 23, открывая клапан 24, а из камеры 2 производят выгрузку материала в таком же порядке, как и из камеры 1, осуществляя подачу воздуха в смесительный патрубок 28 камеры 2 с большей производительностью до момента достижения в камере 1 атмосферного давления.
После достижения давления воздуха в камере 1 атмосферного значения загружают камеру 1 материалом, открывая клапан 5 для подачи материала загрузочного устройства 3. В дальнейшем последовательность операций для камеры 2 протекает аналогичным путем, описанным для камеры 1, а для камеры 1 соответственно аналогичным путем, описанным для камеры 2.
Таким образом, применение предложенного изобретения позволяет уменьшить удельные энергозатраты и обеспечить устойчивость процесса пневматического транспортирования сыпучих материалов.