СПОСОБ ОБЪЕМНОГО ДОЗИРОВАНИЯ ПОРОШКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR VOLUMETRIC DOSING OF POWDERS, AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к средствам дозирования и равномерной выдачи плохосыпучих материалов из источника или резервуара, точнее к дозаторам с вращающимися заборно-дозирующими элементами с измерительными (мерными) камерами и предназначено для равномерной регулируемой выдачи плохосыпучих материалов, например порошков.
Изобретение может быть использовано в любых отраслях промышленности, где применяется дозирование плохосыпучих порошкообразных материалов, склонных к комкованию и налипанию на стенки.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Дозирование и равномерная выдача порошков часто осуществляется питателями-дозаторами с механической системой дозирования, путем заполнения порошком ряда небольших мерных камер (объемов) заборно-дозирующего элемента с последующей выгрузкой этого порошка в выпускной канал.
Дозирование таким способом тонкоизмельченных сыпучих материалов затруднено, так как они склонны к комкованию и налипанию на стенки бункера, мерных камер (объемов, канавок, лопаток, отверстий) и другие поверхности. Такие порошки не всегда полностью заполняют мерные камеры (объемы), что приводит к неравномерности подачи порошка в выпускной канал.
Для дозирования и равномерной выдачи тонкоизмельченных материалов путем использования небольших мерных камер приходится решать сложные технологические и конструкторские задачи: обеспечение принудительного равномерного и непрерывного истечения сыпучих материалов и порошков из питающих бункеров, полного заполнения порошком мерных камер (объемов), сохранение одинаковой плотности порошка в объеме каждой мерной камеры, исключения влияния высоты засыпки порошка в бункере, преодоление налипания на стенки плохосыпучих порошков и сыпучих материалов при их выгрузке из мерных камер и др.
Для более эффективного опустошения мерных камер от порошка часто используют процессы его выдувания или высасывания. Однако для порошков, склонных к налипанию на стенки мерных камер, эти способы также не всегда эффективны. Это обусловлено тем, что после удаления потоком несущего газа из мерной камеры основной массы порошка для этого потока появляется достаточно большое пространство, свободное от порошка и пригодное для свободного прохождения потока несущего газа. При этом налипший на стенки порошок легко обтекается потоком несущего газа, так как для такого обтекания в мерной камере после удаления основной массы порошка есть достаточно много свободного пространства.
Для решения этой задачи используют вибрацию всего корпуса дозирующего устройства [RU 100236, МПК G01F 11/00, G01F 13/00, 2010, U1; RU 2221222, 2001, МПК G01F 11/18, С2], применяют различные механические элементы для перемешивания порошка в бункере и для полного заполнения мерных камер [JP 2010065246, 2010, МПК C23C 14/24, A; JP 2002362752,2001, МПК B01B 7/18; B65D 88/08, A]. Однако это усложняет конструкцию и для плохосыпучих порошков не всегда эффективно.
Кроме того, склонность мелких порошков к налипанию на поверхность стенок мерных камер приводит к неполному освобождению камер от порошка при самостоятельном его высыпании из камер. Для уменьшения влияния этого недостатка применяют высасывание порошка из мерных камер [JP 4564153, МПК B65G 53/42; B65G 53/46, 2002, В2], выдувание его потоком несущего газа [RU 92362, МПК В05В 7/14, G01F 13/00,2009, U1] или механическое вытирание (выдавливание, соскребание) [JP 10297747, МПК B65G 47/18, 1997, В2; JP 5007469, МПК A23L 1/16, 1991, А]. Это также усложняет конструкцию и ограничивает возможности использования данных способов и устройств.
Наиболее близким к заявляемому решению является устройство [RU 2227273, МПК G01F 11/00,2003, С2], в котором объемное дозирование порошков включает в себя последовательное заполнение порошком одинаковых мерных камер заборно-дозирующего элемента, его вращение и выгрузку порошка в выпускной канал.
Дозирование порошка этим способом осуществляется устройством,
содержащим бункер, заборно-дозирующий элемент, установленный с возможностью вращения вокруг своей оси и выполненный в виде диска с расположенными по его периферии мерными камерами, а также расположенный под заборно-дозирующим элементом по крайней мере один выпускной канал.
Основным недостатком этого способа является неравномерность подачи плохосыпучих материалов, обусловленная неполным заполнением мерных камер порошком из бункера и неполной его выгрузкой в выпускной канал за счет частичного налипания порошка на стенки мерных камер.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявляемого решения является повышение равномерности подачи сыпучих порошков (порошковых материалов) в выпускной канал за счет обеспечения более полного заполнения мерных камер порошком и полной его выгрузки из них, и упрощение конструкции устройства.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе объемного дозирования порошков, включающем последовательное заполнение порошком одинаковых мерных камер заборно-дозирующего элемента, его вращение и выгрузку порошка в выпускной канал, одновременно с вращением производят крутильные колебания заборно-дозирующего элемента относительно оси его вращения. Выгрузка порошка из мерных камер может быть произведена путем или высасывания, или выдувания, или естественного высыпания. Наиболее равномерное заполнение порошком из бункера одинаковых мерных камер (объемов) во вращающемся заборно-дозирующем элементе будет происходить, если крутильные колебания и вращение заборно-дозирующего элемента производят, обеспечивая его попеременный разнонаправленный поворот вокруг оси так, чтобы средний угол поворота в разных направлениях был различным.
Поставленная задача будет также решена, если в известном устройстве, содержащем бункер, заборно-дозирующий элемент в виде диска, установленного с возможностью вращения вокруг своей оси, с расположенными по его периферии мерными камерами, а также расположенный под заборно-дозирующим элементом по крайней мере один выпускной канал, заборно-дозирующий элемент будет установлен на дне бункера с возможностью крутильных колебаний вокруг оси его вращения, и будет снабжен узлом, обеспечивающим вращение и крутильные колебания, при этом выпускной канал будет выполнен в дне бункера.
Мерные камеры могут быть выполнены в виде отверстий по периферии диска или виде пространств (объемов) между лопатками, расположенными по периферии диска, при этом лопатки могут быть расположены в плоскости диска либо радиально, либо под углом к радиусу диска, проходящего через лопатку.
Для облегчения движения (высыпания вниз) порошка в бункере к мерным камерам на диске может быть дополнительно жестко закреплен конус меньшего диаметра (меньшего диаметра для того, чтобы не перекрывать мерные камеры) вершиной вверх с закрепленными элементами для перемешивания порошка в бункере.
В качестве узла, обеспечивающего вращение заборно-дозирующего элемента, может быть использован шаговый двигатель с блоком управления, осуществляющим попеременный разнонаправленный поворот оси двигателя на один или несколько шагов, причем среднее количество шагов в одном направлении должно быть не равно среднему количеству шагов в другом направлении.
Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявленное решение отличается тем, что одновременно с вращением производят крутильные колебания заборно-дозирующего элемента относительно оси его вращения. Для этого заборно-дозирующий элемент в виде диска установлен на дне бункера с возможностью крутильных колебаний вокруг оси его вращения, и снабжен узлом, обеспечивающим вращение и крутильные колебания, при этом по крайней мере один выпускной канал выполнен в дне бункера, что позволяет судить о соответствии критерию «новизна».
Сравнительный анализ с другими решениями в данной области не выявил технических решений, содержащих признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, что позволяет судить о соответствии критерию "изобретательский уровень".
Сущность изобретения заключается в следующем.
Как известно, при объемном дозировании порошков для обеспечения точности дозирования и равномерности подачи порошка необходимо, чтобы во все мерные камеры заборно-дозирующего элемента загружалось всегда одинаковое количество порошка, а затем весь порошок обязательно высыпался (выгружался, удалялся) полностью из каждой мерной камеры в выпускной канал.
Для плохосыпучих порошков выполнение этих обоих требований на практике представляет значительную проблему.
Дело в том, что при заполнении мерной камеры порошок обычно поступает из расположенного над мерной камерой бункера под действием собственного веса. При этом плохосыпучий и склонный к комкованию порошок попадает в мерную камеру не в виде однородной среды, а в виде комков того или иного размера. Поскольку из-за непрерывного движения заборно-дозирующего элемента время заполнения мерной камеры всегда ограничено, то попавшие в мерную камеру комки порошка не успевают уплотниться до однородной массы и в объеме мерной камеры остаются полости, не заполненные порошком. В этом случае объем порошка в каждой мерной камере становится меньше, чем полный объем камеры, причем эта разница является не постоянной, а случайной величиной. Естественно, что неодинаковое количество порошка в каждой мерной камере приводит к неравномерной подаче порошка в выпускной канал.
С другой стороны, при опустошении мерной камеры от плохосыпучего порошка этот порошок может частично прилипнуть к стенкам мерной камеры. Этот процесс также является случайным и количество оставшегося в объеме мерной камеры порошка не является постоянным. Таким образом, и количество подаваемого в единицу времени в выпускной канал порошка за единицу времени не является постоянным, а зависит от случайного процесса налипания порошка на стенки мерных камер.
Технические приемы, используемые в известных способах и устройствах объемного дозирования порошков, такие как перемешивание порошка в бункере, использование механических элементов для принудительного вдавливания порошка в мерные замеры, вибрация всего корпуса дозатора или его бункера, конечно, способствуют более полному заполнению мерных камер, однако далеко не всегда и не в полной мере.
Предлагаемый способ дозирования порошка отличается от известных тем, что вводится дополнительная операция - крутильное колебание заборно-дозирующего элемента, содержащего мерные камеры. В этом случае стенкам мерных камер придается вибрация (с частотой колебаний заборно-дозирующего элемента).
Вибрация стенок мерных камер значительно ускоряет процесс заполнения мерных камер порошком из бункера, обеспечивая при этом заполнение всего объема каждой мерной камеры. Таким образом, в каждой мерной камере одинакового объема будет находиться одинаковое количество порошка.
При выгрузке порошка из мерных камер вибрация их стенок резко снижает вероятность налипания порошка на их стенки и обеспечивает полное удаление порошка из каждой мерной камеры. При этом порошок из мерных камер может естественным образом высыпаться или принудительно выдуваться или высасываться в выпускной канал.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 - схематическое изображение предлагаемого устройства для объемного дозирования порошков, реализующего заявляемый способ объемного дозирования. На фиг.2 изображен горизонтальный разрез предлагаемого устройства на уровне диска по оси A-A.
Устройство содержит бункер 1, установленный на его дне заборно-дозирующий элемент 2, выполненный в виде диска, с расположенными на его периферии мерными камерами, которые выполнены в виде объемов 3, ограниченных лопатками 4 (фиг.2). Под заборно-дозирующим элементом выполнен выпускной канал 5, над которым расположен козырек 6 с отверстием 7, предупреждающий прямое высыпание порошка из бункера в выпускной канал. Для облегчения движения порошка в бункере вниз к мерным камерам на диске жестко закреплен конус 8 вершиной вверх, на котором установлены элементы 9 для перемешивания порошка в бункере при вращении и вибрации конуса вместе с диском. Диск 2 снабжен узлом 10, осуществляющим вращение и крутильные колебания заборно-дозирующего элемента.
ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Осуществление изобретения может быть продемонстрировано на примере дозатора с заборно-дозирующим элементом в виде диска 2 с расположенными на его периферии лопатками 4 (фиг.2). Диск располагают на дне бункера 1 с плоским дном, содержащим по крайней мере одно отверстие 5 в дне, являющимся выпускным каналом для порошка. Выпускной канал располагают под лопатками диска, причем над лопатками в месте расположения выпускного канала располагают козырек 6, препятствующий прямому высыпанию порошка из бункера в выпускной канал.
Диск жестко закрепляют на оси шагового двигателя, который с помощью блока управления двигателем обеспечивает крутильные колебания диска, которые представляют собой попеременный разнонаправленный поворот диска вокруг оси на небольшой угол. Вращение диска (постепенный поворот в одном из направлений) осуществляют путем обеспечения различного среднего угла поворота диска в одном и другом направлениях.
Порошок из бункера под действием собственного веса падает в промежутки между лопатками, пространство между которыми представляет собой мерные камеры. Вследствие наличия крутильных колебаний диска лопатки вибрируют. За счет вибрации лопаток, являющихся фактически стенками мерных камер, порошок быстро заполняет все пространство между лопатками, т.е. полностью заполняет объем каждой мерной камеры.
Далее порошок между лопатками передвигается этими лопатками вместе с диском параллельно дну бункера. Затем каждая порция порошка между лопатками перемещается под козырек и отделяется сверху этим козырьком от общей массы порошка в бункере (порошок из бункера уже не может попасть в пространство между лопатками, находящимися под козырьком). При достижении порцией порошка выпускного канала в виде отверстия в дне бункера порошок из мерной камеры (из пространства между лопатками) падает под действием собственного веса в выпускной канал. Вибрация лопаток предотвращает налипание порошка на лопатки (т.е. на стенки мерных камер), обеспечивая, таким образом, полное опустошение каждой мерной камеры.
Устройство, реализующее данный способ, работает следующим образом.
Порошок из бункера 1 под действием силы тяжести и крутильных (вибрации) колебаний диска 2 засыпается в пространство между лопатками 3 (движение порошка показано стрелкой). Эти пространства между лопатками образуют мерные камеры 4. При этом за счет наличия крутильных колебаний диска 2 лопатки 3 вибрируют и обеспечивают полное заполнение порошком пространства между ними.
Далее за счет вращения диска 2 порошок в мерных камерах перемещается лопатками по кругу до выпускного канала 5, где полностью высыпается в него из каждой мерной камеры под действием силы тяжести и вибрации лопаток 3 (движение порошка показано стрелкой).
Для предотвращения прямого высыпания порошка из бункера в выпускной канал над этим каналом расположен козырек 6, примыкающий к верхнему краю диска и лопаток. Через дополнительное отверстие 7 в козырьке 6 выгрузка сыпучего материала из мерных камер может осуществляться с помощью дополнительного выдувания порошка в выпускной канал 5. В случае наличия разрежения в выпускном канале 5 опустошение мерных камер от порошка может дополнительно улучшаться за счет высасывания порошка.
Вращение и крутильные колебания диска с лопатками осуществляются с помощью узла 10, на оси которого закреплен диск. Этот узел целесообразно выполнить в виде шагового двигателя, блок управления которого обеспечивает попеременный разнонаправленный поворот оси двигателя на один или несколько шагов, причем среднее количество шагов в одном направлении не равно среднему количеству шагов в другом направлении. В этом случае средняя скорость вращения диска с лопатками будет определяться разностью между количеством шагов двигателя в одном и другом направлениях за единицу времени.