ВИБРАЦИОННАЯ СУШИЛКА ДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
VIBRATION DRIER FOR LOOSE MATERIALS

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, предназначено для сушки сыпучих материалов с использованием механических колебаний, но может применяться и в других отраслях промышленности, таких как химическая, пищевая, текстильная.
Известна вибрационная сушилка для сыпучих и пастообразных материалов, содержащая корпус, закрепленный на раме, которая установлена на виброизоляторы. Внутри корпуса расположена наклонная виброактивная решетка, расположенная на наклонных пружинах и соединенная с вибратором, выполненным в виде кривошипно-шатунного механизма с электродвигателем. Существует система подачи газа, которая включает в себя направляющий воздуховод для подачи газа под решетку по всей ее длине. Газ в воздуховод поступает под давлением через гибкое соединение воздуховода с отсеком подачи газа. В верхней части корпуса размещен дымосос для удаления отработавших газов и установлен шлюзовой питатель, а в нижней части расположено шлюзовое разгрузочное устройство. Причем на виброактивной решетке жестко зафиксированы в шахматном порядке полые твердые нагревательные трубки, внутри которых расположены электрические нагревательные элементы, объединенные в общую цепь и соединенные с реле, регулирующим их сопротивление (авторское свидетельство СССР №567049, F26B 3/36 от 04.11.74, патент РФ 2312285, F26B 17/26. Бюл. №34, 10.12.2007).
Недостатком известной установки является конструктивно сложный в исполнении, энергоемкий и материалоемкий кривошипно-шатунный привод и система нагрева движущейся сыпучей среды за счет теплопроводности материала среды, контактирующего с полыми нагревательными трубками, содержащими внутри нагревательные элементы.
Задачей изобретения является упрощение конструкции привода вибратора для увеличения надежности, уменьшения энергоемкости и материалоемкости привода, а также изменение конструкции оболочки нагревательных элементов для увеличения их теплоотдачи и равномерности распределения теплового потока по материалу сыпучей среды.
Поставленная задача решается тем, что в вибрационной сушилке для сыпучих материалов, содержащей корпус, закрепленный на раме, которая установлена на виброизоляторы, расположенную внутри корпуса наклонную виброактивную решетку, соединенную с вибратором, систему подачи газа под решетку по всей ее длине, включающую в себя направляющий воздуховод, газ в который поступает под давлением через гибкое соединение воздуховода с отсеком подачи газа, дымосос для удаления отработавших газов и бункер-питатель, установленные в верхней части корпуса, шлюзовое разгрузочное устройство, расположенное в его нижней части, жестко зафиксированные в шахматном порядке на виброактивной решетке полые твердые нагревательные трубки, внутри которых расположены электрические нагревательные элементы, согласно изобретению виброактивная решетка установлена на бегун однофазного линейного асинхронного двигателя, который совмещен с возвратной пружиной, а нагревательные элементы окружены перфорированными оболочками.
На фиг.1 изображена вибрационная сушилка для сыпучих материалов, на фиг.2 изображен линейный двигатель, на фиг.3 изображены силы, действующие на бегун двигателя, на фиг.4 изображены графики перемещения бегуна, его скорости и ускорения, на фиг.5 изображен нагревательный элемент решетки, окруженный перфорированной цилиндрической оболочкой.
Вибрационная сушилка фиг.1 для сыпучих материалов включает в себя корпус 1 с расположенной внутри наклонной виброактивной решеткой 2. Решетка с воздуховодом установлена на линейном двигателе 3 с бегуном 4 и возвратной пружиной 5. Решетка запирается защелкой 6 и совмещена с направляющим воздуховодом 7 для подачи газа под решетку и его распределения по всей длине решетки. Подача газа и его отсасывание производится через отсек 8, гибкое соединение 9 с воздуховодом 7, а отработавшие газы отсасываются дымососом 10. Вверху камеры имеется бункер-питатель 11, а в нижней части расположено шлюзовое разгрузочное устройство 12. На виброактивной решетке 2 в шахматном порядке жестко зафиксированы перфорированные цилиндрические оболочки 13, внутри которых располагаются электрические нагревательные элементы. Размер перфорации отверстий подбирается с таким же коэффициентом сопротивления потоку газа, как и для решетки. Корпус сушилки закреплен на раме, установленной на виброизоляторах 14.
Вибрационная сушилка работает следующим образом. Материал, поступивший в бункер-питатель 11, подается на наклонную виброактивную решетку 2. При открытии защелки 6 происходит высвобождение решетки и одновременно происходит включение двигателя 3.
Бегун 4, соединенный с воздуховодом 7 и пружиной 5, приходит в движение под воздействием собственной силы тяжести и сил со стороны других элементов конструкции, соединенных с ним.
пр
лад
лад
c
лад
c
пр
После открытия защелки 6 (фиг.1) и включения в сеть индуктора 16 (фиг.2) на бегун 4 линейного двигателя, связанный с пружиной 5, скользящий в подшипниках 15, начинают действовать силы. На бегун (фиг.3) действуют сила со стороны пружины F=-k·x, электромагнитная сила линейного асинхронного двигателя F=k·x', сила сопротивления F=-α·x' и сила тяжести P=m·g. Электромагнитная сила линейного двигателя F и сила сопротивления F пропорциональны скорости движения бегуна V=x'(t), сила F считается пропорциональной перемещению бегуна относительно положения равновесия. В соответствии со вторым законом Ньютона произведение массы движущегося тела на его ускорение равно действующей на тело силе. Поэтому для описания движения бегуна используется дифференциальное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентами, записанное для перемещения бегуна x(t) вдоль его продольной оси. Уравнение движения совместно с начальными условиями и ограничениями имеет вид:
лад
m·x''+(α-k)·x'+k·x=-m·g·sinβ, x(0)=0, x'(0)=0,
0
(1) при ограничении x(t)≥-x. В уравнении (1) принято:
x'', x' - ускорение и скорость бегуна;
m - масса всех движущихся вместе с бегуном частей;
α - коэффициент вязкого трения;
лад
k - коэффициент пропорциональности, связывающий скорость и силу линейного асинхронного двигателя;
k - коэффициент упругости пружины;
g - ускорение силы тяжести;
β - угол наклона оси двигателя по отношению к линии горизонта.
Первоначальное отклонение пружины от положения равновесия и скорость в начальный момент времени принимаем равными нулю. Решение уравнения (1) при заданных начальных условиях и ограничениях имеет вид x(t)=-mgsinβ/k·(exp(α1·t)·(α1/ω·sin(ωt)-cos(ωt))+1), где обозначено
лад
α1=(k-α)/(2·m).
Частота колебаний бегуна ω вычисляется по формуле , при условии
лад
c
лад
пр
пр
c
лад
0
пр
с
лад
пр
1
0
2
4k·m≥(k-α). На фиг.4 приведены графики безразмерных амплитуд перемещения бегуна, скорости бегуна и ускорения, действующего на бегун, в зависимости от безразмерного времени t. В начальный момент времени при t=0 перемещение бегуна относительно положения равновесия имеет координату «0», скорость бегуна равна 0, действует составляющая силы тяжести - m·g·sin α вдоль направления оси двигателя 0х. С началом движения бегуна появляются сила сопротивления F, сила F, пропорциональные скорости движения, но противоположно направленные, и сила со стороны пружины F. Под действием сил F, F, F, Р бегун приходит в точку, где относительное перемещение пружины равно «-x» (точка А фиг.4). В ней скорость бегуна становится равной нулю, и на бегун действуют только противоположно направленные силы тяжести и упругости сжатой пружины. Под действием силы упругости пружины бегун приходит в движение в обратном направлении, и на него вновь действуют F, F, F, Р. После прохождения положения равновесия пружины сила F меняет знак, а скорость бегуна к моменту времени t=В будет наибольшей. При дальнейшем движении бегуна в момент времени t=π/ω (точка С фиг.4) скорость бегуна становится равной нулю, перемещение бегуна относительно положения равновесия максимальное, и на него действуют сила упругости растянутой пружины и сила тяжести. Бегун под действием этих сил начинает движение в обратном направлении вместе с прикрепленной к нему решеткой. На бегун вновь начинают действовать все силы, рассмотренные ранее. Движение бегуна продолжается до достижения бегуном положения наибольшего сжатия пружины (точка D фиг.4). Скорость бегуна скачком становится равной нулю, а перемещение бегуна относительно положения равновесия вновь имеет координату «-х», часть механической энергии системы переходит в тепловую и рассеивается в окружающую среду, а часть переходит в энергию, запасенную пружиной. Пружина оказывается сжатой, что необходимо для последующего появления пускового усилия линейного двигателя и рекуперации энергии из пружины в электрическую сеть. На этом цикл работы установки в колебательном режиме замыкается и периодически повторяется, если движение бегуна и решетки не будет остановлено защелкой 6 (фиг.1), совмещенной с выключателем сети.
Под воздействием поступающего снизу газа и вибрации со стороны решетки среда переходит в состояние виброкипящего слоя, который равномерно перемещается по наклонной решетке вниз. Вибрация решетки 2 (фиг.5) и закрепленных неподвижно на ней перфорированных оболочек 10 с нагревательными элементами 11, а также подача снизу по воздуховоду 6 газа обеспечивают стабильный тепловой режим виброкипящего слоя. Охлаждение нагревательных элементов конвективным потоком газа увеличивает надежность их работы. Отработанные газы, прошедшие через виброкипящий слой, отсасываются дымососом, а высушенный материал поступает в разгрузочное устройство 12.
Предложенное устройство позволяет упростить конструкцию сушилки, уменьшить материалоемкость конструкции за счет удаления кривошипно-шатунного механизма, уменьшить энергоемкость привода путем рекуперации энергии из пружины в электрическую сеть, интенсифицировать процесс сушки дисперсных материалов и улучшить качество сушки использованием только вынужденного конвективного подвода тепла в виброкипящий слой, а также увеличить надежность работы нагревательных элементов за счет их вынужденного конвективного охлаждения.