УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОРЦИОННОГО ДОЗИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Техническое решение относится к устройствам для дозирования сыпучих материалов, склонных к слеживанию и комкованию. Данное устройство является эффективным при дозировании плохо сыпучих материалов и может найти широкое применение в пищевой и химической промышленности (от элементарных солонок до элементов автоматических объемных и весовых дозаторов), в медицинской и парфюмерной промышленности (ингаляторы, присыпочные устройства, пудреницы).
Известно, что процесс дозирования непосредственно зависит от физико-механических свойств сыпучего материала. Некоторые порошкообразные материалы очень трудно поддаются дозированию. Это относится, в основном, к гигроскопичным материалам с большими адгезионными силами. Влажность сыпучего материала определяет подвижность его частиц и увлажнение, как правило, ухудшает характеристику истечения сыпучего материала. Сыпучий материал с повышенной влажностью обладает большими силами сцепления частиц, что способствует образованию комьев и статических сводов над отверстием воронки бункера. Истечение такого материала из отверстия емкости крайне затруднено. Например, у пищевой соли, если содержание влаги не превышает 0,5%, происходит хорошее истечение из емкости, а при увеличении влажности до 1% соль теряет сыпучесть, при влажности 2% залегает в бункере [1].
В настоящее время известны различные устройства для дозирования сыпучих материалов, но наибольшую трудность представляет создание устройств с улучшенными условиями истечения сыпучих материалов, склонных к комкованию и слеживанию. Для этого используются вблизи
выпускного отверстия различные рассекатели потока (диски, конуса, крестовины и др.), побудители потока сыпучего материала в виде механических (ворошители, рыхлители) и вибрационных сводообрушающих устройств. Однако в ряде случаев для плохо сыпучих материалов применение вибраций может привести к уплотнению материала. Опасность уплотнения материала уменьшается при режимах работы вибратора с большими амплитудами и низкими частотами. При этом уплотнение материала при горизонтальной вибрации сильнее, чем при вертикальной [1].
Известны устройства для дозирования сыпучих материалов, учитывающие средний размер частиц для исключения образования сводов, например, устройство, содержащее бункер, в днище которого имеются выпускные отверстия, и заслонку с отверстиями, расположенную под бункером, при этом соотношение диаметра отверстий бункера и гранул сыпучего материала составляет 5<D/d<12, где D - диаметр выпускных отверстий в днище бункера, d - диаметр гранул сыпучего материала [2].
Также известны питатель для соли мелкого помола [3] и устройство [4] для дозирования приправ, у которых внутренняя полость корпуса с сыпучим материалом соединена с окружающим пространством при помощи, по меньшей мере, одного выходного отверстия.
Вышеописанные известные устройства не смогут эффективно и безотказно работать при использовании гигроскопичных сыпучих материалов, так как в процессе эксплуатации при повышении влажности такой сыпучий материал будет слипаться, образовывать комки и забивать дозирующие отверстия.
Известно устройство порционного дозирования сыпучих гигроскопичных материалов, включающее емкость для сыпучих материалов, отражатель частиц и дозирующий канал, имеющий на одном из концов конус с отверстиями, расположенный под отражателем частиц, при этом дозирование осуществляется путем придания емкости возвратно-поступательных движений вдоль оси дозирующего канала [5]. Основными
недостатками предлагаемого устройства являются трудность дозирования крупных частиц сыпучих материалов вследствие забивания отверстий, расположенных на конусе, при условии, что гранулы сыпучего материала могут быть в 5 и более раз больше диаметра выпускных отверстий, а также неточность дозирования из-за неуправляемого движения отраженных частиц. При этом затруднено полное опорожнение сосуда, так как часть частиц после отражения постоянно будут возвращаться в сосуд.
Наиболее близким к заявляемому устройству для дозирования сыпучих материалов является устройство, содержащее емкость для сыпучего материала, отражатель частиц и дозирующий канал, выполненный в виде усеченного конуса с центральным меньшим дозирующим отверстием, расположенным под внутренней поверхностью конического отражателя частиц [6 - прототип]. Данная конструкция позволяет изменять размер меньшего отверстия дозирующего канала в широких пределах, значительно больше, чем 5 диаметров гранул сыпучего материала, что очень важно для крупных частиц и небольших размеров емкостей для хранения сыпучих материалов. Однако данное устройство не гарантирует точного дозирования и полного опорожнения емкости при длительном встряхивании и отражении частиц от внутренней поверхности конического отражателя.
Основным преимуществом заявляемого устройства является надежность при дозировании сыпучих материалов, подверженных комкованию и слеживаемости. В основном, это относится к гигроскопичным материалам. Предлагаемое устройство позволяет гарантировать постоянный расход сыпучего материала и полное опорожнение при работе.
Устройство для порционного дозирования сыпучих материалов содержит емкость для хранения сыпучего материала 1, отражатель частиц 2 и дозирующий канал 3, помещенный внутрь емкости, который имеет диаметр меньшего дозирующего отверстия, превышающий средний размер частиц сыпучего материала не менее чем в 5 раз, и находится под отражателем частиц, форма внутренней поверхности которого выполнена в виде
параболоида вращения, а центр меньшего отверстия дозирующего канала расположен в фокусе параболоида (фиг.1).
Процесс дозирования осуществляется следующим образом. На емкость с сыпучим материалом 1 накладываются низкочастотные колебания с большой амплитудой вдоль оси дозирующего канала 3. При этом частицы сыпучего материала, двигаясь вдоль оси дозирующего канала, ударяются о внутреннюю параболическую поверхность отражателя 2 и попадают в фокус параболоида, в котором находится меньшее отверстие дозирующего канала, и порциями выгружаются через большее отверстие дозирующего канала 3. Для исключения потерь сыпучего материала при транспортировании дозирующих устройств используется крышка 4.
В данном устройстве комки сыпучего материала разбиваются об отражатель, и частицы после отражателя приобретают определенную кинетическую энергию, что исключает проблему образования статического свода над меньшим отверстием дозирующего канала. Расход сыпучего материала определяется диаметром меньшего отверстия и частотой накладываемых колебаний. Обычно диаметр меньшего отверстия дозирующего канала превышает средний размер частиц не менее, чем в 5 раз.
Для регулирования факела выгружаемых частиц и увеличения полезного объема емкости 1 дозирующий канал имеет форму образующей в виде кривой второго и более порядков.
С целью увеличения полезного объема емкости 1 и улучшения потребительских свойств устройство может быть выполнено в форме русской «матрешки» (фиг.2) или «неваляшки» (фиг.3). Такие дозирующие устройства могут выполнять функции солонок и перечниц.
Источники информации:
1. Рогинский Г.А. Дозирование сыпучих материалов. - М.: Химия, 1978. - 176 с.
2. Патент RU 2246100, G01F 11/00, 10.02.2005.
3. Патент RU 94046156, A47G 19/24, 27.12.1996.
4. Патент RU 2266699, A47G 19/24, 27.12.2005.
5. Патент ES 2040167 A, 01.10.1993
6. Патент FR 786176 A, 28.08.1935 - прототип.