МЕХАНИЧЕСКИЙ РАЗРЫХЛИТЕЛЬ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к перемешивающим устройствам и может быть применена в машиностроении, строительстве, горной, химической и других отраслях промышленности, в частности, для рыхления и перемещения сыпучих мелкодисперсных материалов, имеющих высокую влажность и склонных к слипанию и налипанию, в том числе абразивных, при загрузке в сушилки кипящего слоя.
Одним из способов сушки сыпучих влажных материалов является их обработка горячим воздухом в процессе перемещения этих материалов вдоль наклоненной поверхности при образовании псевдоожиженного слоя, то есть в сушилках кипящего слоя. При загрузке в камеру сушилки кипящего слоя сыпучих мелкодисперсных материалов, имеющих высокую влажность и склонных к слипанию и налипанию, особенно при неравномерности объемов подачи материала, возникает опасность слипания и спекания слоев материала в зоне его наибольшего накопления со стороны загрузочного отверстия, что может привести к затору и остановке процесса сушки и существенным затратам, связанным с расчисткой камеры сушилки.
Таким образом, существует потребность создания постоянного перемешивания слоев сыпучего материала в зоне его наибольшего накопления в камере сушилки кипящего слоя, а именно, возле загрузочного отверстия. Постоянное перемешивание сыпучего материала может осуществляться специальным механическим перемешивающим устройством, которое одновременно обеспечивает перемещение материала в направлении противоположном загрузочному отверстию камеры сушилки.
Указанное перемешивающее устройство относится к смесителям, которые обычно делятся на вращающиеся и транспортирующие. В данном случае наиболее близким для применения может быть такой вращающийся смеситель, как разрыхлитель. Обычные разрыхлители могут быть червячно-лопастными или червячными (Штербочек З., Туск П. "Перемешивание в химической промышленности", ГХИ, Ленинград, 1963, рис.240). Однако, ни первый, ни второй вид разрыхлителей не может быть применен в сушилке кипящего слоя потому, что, с учетом вертикального расположения их оси вращения, происходит значительное вертикальное движение потоков сыпучего материала, что не допустимо при постоянном поступлении материала из загрузочного отверстия, кроме того, не обеспечивается достаточное перемещение сыпучего материала в конкретном горизонтальном направлении. Применение любого из указанных разрыхлителей с горизонтальным расположением оси вращения, или применение обычного транспортирующего смесителя с винтовой линией и горизонтальной осью вращения, также невозможно потому, что, во-первых, заметно снижается эффективность процесса сушения горячим воздухом, пузырьки которого проходят сквозь слой сыпучего материала в направлении снизу вверх, а во-вторых, подшипниковое или шарнирное соединение свободного конца вала смесителя с опорой приведет к значительно быстрому износу изделия в результате постоянного контакта с влажной высокотемпературной средой и абразивным сыпучим материалом, который может обрабатываться в сушилке.
С учетом изложенного, наиболее целесообразным для обеспечения постоянного перемешивания слоев сыпучего материала в зоне возле загрузочного отверстия камеры сушилки кипящего слоя является применение перемешивающих устройств с мешалками, вращающимися вокруг вертикальной оси, с лопастями или рамами-перекладинами.
Известна рамная мешалка, состоящая из вала, на котором закреплены горизонтальные и вертикальные лопасти, где, с целью снижения пусковой
нагрузки на привод, вертикальные лопасти подпружинены и шарнирно соединены с горизонтальными (свидетельство СССР №204319; МПК В 01 F 07/18; опубл. 20.10.1967 в бюл. №22).
С учетом особенностей вышеописанной сферы применения, указанная рамная мешалка имеет ряд существенных недостатков. Так, не смотря на наличие дополнительного приспособления для уменьшения пусковой нагрузки, форма рамы, образованной вертикальными и горизонтальными лопастями, обуславливает возникновение значительных дополнительных нагрузок на вал мешалки и, соответственно, дополнительные затраты на усиление механического привода вращения, при перемешивании влажного сыпучего материала, склонного к слипанию и налипанию. Кроме того, описанная мешалка для уменьшения поперечных нагрузок на вал предусматривает подшипниковое крепление свободного конца вала, который вызывает необходимость установки дополнительной опорной платформы на дне сушилки, за счет чего уменьшается площадь газораспределительной решетки сушилки и таким образом снижается эффективность процесса сушения. При этом, наличие подшипниковых и шарнирных соединений, которые находятся в зоне перемешивания влажного мелкодисперсного сыпучего абразивного материала, склонного к налипанию, может привести к быстрому износу изделия в результате усиленного стирания указанных элементов, а также к заклиниваниям и аварийной остановке мешалки. К тому же, описанное перемешивающее устройство в виде рамной мешалки не обеспечивает преимущественного перемещения сыпучего материала в определенном горизонтальном направлении.
Также известна лопастная мешалка, содержащая приводной вал с перемешивающими лопастями, в которой, с целью интенсификации процесса перемешивания путем развития турбулентного движения во всем объеме перемешиваемой среды установлена подвижная коническая шестерня, на которой установлены лопасти, и неподвижная коническая шестерня, а приводной вал имеет Г-образный рычаг со сферическими наконечниками
(свидетельство СССР №886959; МПК В 01 F 07/04; опубл. 07.12.1981 в бюл. №45). При этом, подвижная шестерня на зубчатом торце имеет центральный палец, который размещен с возможностью вращения в гнезде, выполненном в торце неподвижной шестерни. На втором торце подвижной шестерни выполнена торцевая канавка, в которой размещен с возможностью перемещения сферический наконечник рычага.
Согласно описанию к указанному авторскому свидетельству, лопастная мешалка имеет вертикально расположенный приводной вал и радиально расположенные лопасти, которые в процессе работы осуществляют одновременно вращение вокруг вертикальной оси и вертикальные колебания, в результате чего концы лопастей описывают зигзагообразную траекторию. Так, при вращении приводного вала, вместе с ним начинает вращаться Г-образный рычаг, который с помощью сферического наконечника, скользящего по кольцевой радиусной канавке, заставляет подвижную коническую шестерню с лопастями обкатываться по неподвижно установленной конической шестерне. При этом, лопасти осуществляют колебательное движение и, с учетом того, что подвижная шестерня имеет меньше зубцов, чем недвижимая, подвижная шестерня с лопастями за каждый оборот приводного вала недооборачивается на угол, равный разности чисел зубцов неподвижной и подвижной шестерен, и таким образом оборачивается вокруг центрального пальца в направлении обратному направлению вращения приводного вала.
Учитывая особенности применения перемешивающего устройства в сушилке кипящего слоя, указанная лопастная мешалка имеет ряд существенных недостатков. Так, во-первых, зона охвата подвижной части этой мешалки имеет вертикальный размер, значительно меньший горизонтальных размеров, что не позволяет обеспечить охват всей зоны накопления сыпучего материала возле загрузочного отверстия камеры сушилки. Кроме того, конструктивное выполнение описанной мешалки предусматривает наличие опорной платформы (неподвижная шестерня) на
дне сушилки, за счет чего уменьшается площадь газораспределительной решетки сушилки и, таким образом, снижается эффективность процесса сушения. При этом, наличие поверхностей скольжения и зубчатой передачи, находящихся в зоне перемешивания влажного мелкодисперсного сыпучего абразивного материала, склонного к налипанию, может привести к быстрому износу изделия в результате усиленного стирания указанных поверхностей, а также к заклиниваниям и аварийной остановке мешалки. К тому же, описанное перемешивающее устройство в виде лопастной мешалки не обеспечивает преимущественного перемещения сыпучего материала в определенном горизонтальном направлении.
Известна механическая мешалка, состоящая из вала, на котором смонтирован барабан с укрепленными на нем стержнями, при этом, стержни на барабане расположены по многовитковой спирали и их длина увеличивается в направлении снизу вверх и по спирали в направлении, противоположном направлению вращения мешалки (свидетельство СССР №234359; МПК В 01 F 07/28; опубл. 10.01.1969 в бюл. №4).
Согласно описанию к указанному авторскому свидетельству, механическая мешалка используется для перемешивания дисперсных материалов с одновременным тонким диспергированием газа в этих материалах, то есть может быть применена как разрыхлитель для перемешивания влажных мелкодисперсных сыпучих материалов с одновременным обеспечением насыщения материала пузырьками воздуха, который принудительно подается в массу сыпучего материала. Данное устройство (механическая мешалка) является наиболее близким по технической сути к заявляемому механическому разрыхлителю сыпучих материалов и избран в качестве наиболее близкого аналога.
С учетом особенностей применения для перемешивания сыпучего материала, подаваемого в сушилку кипящего слоя, описанное перемешивающее устройство имеет ряд недостатков. Так, наличие
смонтированного на валу барабана, обусловленное исключительно необходимостью надежного крепления стержней, уменьшает полезный объем зоны перемешивания. При этом, верхняя торцевая стенка барабана образовывает площадку для нежелательного накопления сыпучего материала, что может привести к налипанию на вал влажного материала, его запеканию в процессе обработки горячим воздухом, образованию и попаданию в камеру сушилки твердых комков материала. Коническая форма объема подвижной конструкции не обеспечивает достаточного перемешивания сыпучего материала в нижней части, за счет чего при постоянном поступлении влажного сыпучего материала возникает вероятность его слипания и накопления вдоль вертикальных стенок камеры сушилки возле зоны перемешивания, что может привести к образованию в нижней части камеры сводов и спеканию материала, в результате чего образовываются твердые комки. Кроме того, расположение стержней по многовитковой спирали и выполнение устройства с возможностью вращения в направлении, противоположном навивке этой спирали, приводит к образованию потока перемещения материала, направленного вверх, что замедляет процесс выхода материала из зоны перемешивания в горизонтальном направлении и препятствует свободному поступлению потока сыпучего материала, постоянно подаваемого в зону перемешивания через загрузочный патрубок. К тому же, описанное перемешивающее устройство в виде лопастной мешалки не может обеспечить преимущественного перемещения сыпучего материала в определенном горизонтальном направлении.
Исходя из описания к вышеупомянутому авторскому свидетельству, признаками наиболее близкого аналога, совпадающими с существенными признаками предложенной полезной модели являются: установленный с возможностью вращения вертикальный вал и соединенные с этим валом и перпендикулярные его оси вращения лопасти, расположенные на одинаковом расстоянии между соседними.
Задачей полезной модели является создание перемешивающего устройства (разрыхлителя) для перемешивания сыпучих мелкодисперсных материалов, имеющих высокую влажность и склонных к слипанию и налипанию, в том числе абразивных, в процессе образования псевдоожиженного слоя, которое обеспечивает преимущественное перемещение материала в определенном горизонтальном направлении.
Поставленная задача решается за счет того, что в механическом разрыхлителе сыпучих материалов, содержащем установленный с возможностью вращения вертикальный вал и соединенные с этим валом перпендикулярные его оси вращения лопасти, которые расположены на одинаковом расстоянии между соседними, согласно полезной модели, количество установленных с возможностью вращения вертикальных валов увеличено до четного числа не менее четырех и они установлены на горизонтально размещенной раме в два параллельных ряда на одинаковом расстоянии между соседними, при этом, указанные валы одного ряда выполнены с возможностью вращения в одном направлении, а валы другого ряда выполнены с возможностью вращения в противоположном направлении, кроме того, все валы выполнены с возможностью вращения с одинаковой скоростью, к тому же, лопасти выполнены в виде перекладин одинаковой длины, центры которых расположены на продольных осях валов, и размещены на валах таким образом, что каждая лопасть является перпендикулярной соседней.
Именно эти признаки необходимы и достаточны для решения поставленной задачи.
Увеличение количества установленных с возможностью вращения вертикальных валов до четного числа не менее четырех и их установка на горизонтально размещенной раме в два параллельных ряда на одинаковом расстоянии между соседними валами, обеспечение возможности вращения валов одного ряда в одном направлении, а валов другого ряда в
противоположном направлении, а также возможность вращения валов с одинаковой скоростью и выполнение их лопастей в виде перекладин одинаковой длины, центры которых расположены на продольных осях валов позволяет создать перемешивающее устройство, подвижные части которого максимально охватывают объем зоны перемешивания. Описанное выполнение устройства позволяет выполнять перемешивание сыпучего материала с преимущественным его перемещением в определенном горизонтальном направлении, благодаря чему обеспечить постоянное перемещение потока материала вдоль газораспределительной решетки сушилки кипящего слоя. При этом, устраняются любые зоны возможного накопления сыпучего материала, связанные с установкой самого перемешивающего устройства. Размещение лопастей валов таким образом, что каждая из них является перпендикулярной соседней также позволяет максимально охватить объем зоны перемешивания и обеспечить интенсивный процесс перемешивания и преимущественное перемещение сыпучего материала в определенном направлении.
Суть полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен аксонометрический вид механического разрыхлителя сыпучих материалов;
на фиг.2 изображен вид механического разрыхлителя сыпучих материалов спереди;
на фиг.3 изображен вид механического разрыхлителя сыпучих материалов снизу.
Один из возможных вариантов выполнения механического разрыхлителя сыпучих материалов имеет прямоугольную горизонтальную раму 1, на которой смонтирована несущая рама 2. На горизонтальной раме 1, с возможностью вращения, установлены четыре вертикальные вала 3. Крепление каждого вала 3 осуществлено на двух подшипниках, установленных в корпусах 4, при этом корпус нижнего подшипника
соединен с перекладиной рамы 1, а корпус верхнего подшипника установлен в верхней части несущей рамы 2. Валы 3 размещены в два параллельных ряда и на одинаковом расстоянии один от другого. С обеих сторон несущей рамы 2, симметрично друг другу, вертикально установлены два мотор-редуктора 5, приводные валы которых расположены в верхних частях и имеют возможность вращения с одинаковой скоростью в противоположных направлениях. Верхние части каждого вала 3 и приводного вала мотор-редукторов 5 содержат одинаковые приводные колеса 6, расположенные в одной горизонтальной плоскости. Приводные колеса 6 валов 3, расположенных в отдельном ряде, и приводного вала мотор-редуктора 5, расположенного возле этого ряда, соединены между собой приводным плоскозубчатым ремнем 7. С целью регулирования натяжения плоскозубчатых ремней 7, в верхней части несущей рамы 2 с возможностью вращения установлены колеса 8, которые находятся в одной плоскости с приводными колесами 6. Каждое колесо 8 установлено на конце опоры 9, которая имеет возможность перемещения в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси 10, соединенной с противоположным концом опоры 9. Регулирование натяжения плоскозубчатых ремней 7 осуществляется при перемещении в горизонтальной плоскости колес 6 за счет вращения опор 9 при перемещении стопорных гаек вдоль винта 11. Каждый вал 3 содержит четыре лопасти 12, выполненные в виде перекладин одинаковой длины, центры которых расположены на продольной оси вала 3, и установленные на одинаковом расстоянии между соседними. При этом каждая лопасть 12 вала 3 перпендикулярна соседней. С целью устранения возможности столкновения лопастей 12 соседних валов 3 одного ряда в процессе вращения, лопасти одного вала размещены с небольшим смещением в направлении оси вала 3 относительно лопастей соседнего вала 3.
Работа механического разрыхлителя сыпучих материалов, рабочие органы которого расположены в камере 13 сушилки кипящего слоя, осуществляется следующим образом.
После начала подачи горячего воздуха в середину камеры 13 сушилки кипящего слоя, которая проходит сквозь отверстия газораспределительной решетки 14, запускаются оба мотор-редуктора 5. Далее, сквозь загрузочный патрубок 15 камеры 13 начинается подача сыпучего материала. При накоплении сыпучего материала в пространстве камеры 13 возле загрузочного патрубка 15 лопасти 12 валов 3 осуществляют перемешивание материала, что обеспечивает прохождение сквозь всю массу сыпучего материала в направлении снизу вверх пузырьков горячего воздуха, подаваемого сквозь отверстия газораспределительной решетки 14. С учетом расположения механического разрыхлителя сыпучих материалов в камере 13 таким образом, что концы лопастей 12 валов 3 осуществляют движение в направлении от загрузочного патрубка 15, одновременно с перемешиванием происходит перемещение сыпучего материала в глубину камеры 13. Таким образом, устраняется возможность слипания и запекания слоев сыпучих мелкодисперсных материалов, имеющих высокую влажность и склонных к слипанию и налипанию, в случае накопления материала в пространстве возле загрузочного патрубка сушилки кипящего слоя, что может привести к затору и остановке процесса сушения и существенным затратам, связанным с расчисткой камеры сушилки.
Механический разрыхлитель сыпучих материалов, как он описан выше, позволяет осуществлять эффективное перемешивание сыпучих мелкодисперсных материалов, имеющих высокую влажность и склонных к слипанию и налипанию, в том числе абразивных, в процессе создания псевдоожиденного слоя, и обеспечивает преимущественное перемещение материала в определенном горизонтальном направлении.