ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГРАВИТАЦИОННЫЙ ПНЕВМОКЛАССИФИКАТОР

Гравитационный пневмоклассификатор относится к устройствам пневматической классификации сыпучих материалов в восходящем потоке воздуха и может найти применение для разделения материалов на несколько продуктов разной крупности в горной, химической, металлургической, строительной и других отраслях промышленности.
Из литературы известны различные устройства для пневматического разделения дисперсных материалов по крупности частиц с использованием гравитационной силы при помощи классификаторов каскадного типа.
Известным решением, в котором используется каскадный принцип классификации, является способ, реализованный в пневматическом классификаторе (Авт. св. СССР 1338900, В 07 В 4/02, опубл. 23.09.87). В этом устройстве шахта имеет конусообразную форму. Изменение поперечного сечения шахты по высоте создает дополнительные условия для изменения скорости движения воздуха и ее регулирования: скорость плавно уменьшается снизу-вверх. Кроме того, это устройство снабжено пересыпными полками специальной трапецеидальной формы, что должно способствовать повышению качества разделения частиц. Однако в целом это не отражается на траектории движения частиц и частоты их столкновений, что и должно в конечном счете повышать степень разделения частиц по крупности.
Известно устройство каскадного типа для разделения частиц   «Гравитационный способ классификации порошковых материалов и гравитационный  классификатор для его осуществления» (Патент № 2 193 928 С2, опубл. : 10.12.2002 Бюл. № 34), в котором для уменьшения скорости воздуха по высоте аппарата предусмотрен отвод части воздуха из аппарата, при этом ширина аппарата не изменяется по высоте. Однако, в такой конструкции также не обеспечивается сложность траектории движения и частиц, организация контуров циркуляции и требуемая для хорошего разделения частота столкновений частиц.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является "Гравитационный классификатор" (Патент на изобретение SU №1281313, В 07 В 4/02, опубл. 07.01.87). В данном техническом решении разделение мелкодисперсного материала происходит в вертикальной шахте равного по высоте сечения, на внутренних стенках которой укреплены, расположенные каскадно, пересыпные полки с упругими элементами. Через патрубок в нижней части шахты подается газ, движущийся к верхнему патрубку. Исходный материал, поступающий через патрубок, расположенный в средней по высоте части шахты, подхватывается восходящим потоком газа. При этом мелкие частицы движутся вместе с потоком газа вверх и отводятся через верхний патрубок, а крупные частицы движутся вниз и отводятся через предназначенный для них патрубок в нижней части шахты.
Между пересыпными полками образуется вихревое движение газа и материала, происходит рассредоточение частиц материала и соответствующая их сортировка.
На восходящее движение воздуха накладывается крупномасштабное вихревое движение, что способствует дезагломерации частиц благодаря их частому взаимному столкновению и при ударах о стенки шахты. Установка пересыпных полок в виде каскада обеспечивает многократное дублирование процесса и способствует усреднению взаимодействия газовой и твердой фаз во времени.
Однако процесс разделения здесь не является оптимальным, т.к. дфухфазный поток перемещается вверх, не образуя устойчивых контуров циркуляции, в которых происходит разделение твердой фазы на крупные и мелкие частицы.
Техническая проблемой является разработка устройства гидродинамического гравитационного пневмоклассификатора  с устойчивым контуром циркуляции, с и высокой степенью разделения на крупные и мелкие  частицы.
Технический результат заключается повышении степени разделения частиц на крупную и мелкую фракцию.
Техническая проблема решается и технический результат достигается разработкой гидродинамического гравитационного пневмоклассификатора, содержащего корпус, выполненный в виде шахты прямоугольного поперечного сечения.  Корпус снабжен патрубками для загрузки исходного материала, патрубком для выгрузки мелкого продукта и патрубком для выгрузки крупного продукта. На двух боковых противоположных вертикальных стенках корпуса установлены направляющие устройства, расположенные в шахматном порядке по отношению к друг другу и выполненные в виде горизонтальных желобов с острой вершиной, образованной пересечением   симметричных дугообразных поверхностей и плоским основанием для крепления на боковых стенках корпуса, при этом расстояние между осями направляющих устройств на вертикальной стенке не более 2 b.
Радиус дуги желоба составляет R= (0,5 – 0,7) b - ширины канала.
На рис. 1 приведено схематическое изображение гидродинамического гравитационного пневмоклассификатора, где 1 – корпус с шириной канала b; 2 – направляющие устройства с радиусом дуги желоба R; 3 –патрубок для ввода воздуха; 4 – патрубок для выгрузки мелкого продукта с воздухом; 5 – патрубок для ввода исходного дисперсного материала на классификацию; 6 – патрубок для выгрузки крупного продукта.
На рис.2 приведено схематическое изображение направляющего устройства 2 с радиусом дуги желоба R.
Расстояние между осями направляющих устройств на вертикальной стенке не более 2 b.
Это ограничение связано с тем, что при превышении этого расстояния нарушается контур циркуляции - воздушный поток отрывается от вертикальной стенки корпуса, не доходя до направляющего устройства и в виде струи устремляется в зазор между стенкой и вершиной направляющего устройства, при этом не образуется требуемый контур циркуляции, который и обеспечивает многократное столкновение крупных и мелких частиц, что способствует повышению качества разделения.
Работа классификатора осуществляется следующим образом. Исходный материал загружают в рабочее пространство корпуса 1 через патрубок 5. Через патрубок 3 подается воздух, для классификации материала. Внутри устройства формируется восходящее движение двухфазного потока, при этом   движение осуществляется по сложной траектории вследствие наличия направляющих устройств 2. Поток, поступающий на направляющее устройство изменяет свою траекторию, двигаясь вдоль криволинейной поверхности дуги желоба R и закручивается. При этом твердая фаза, как более тяжелая, за счет центробежной силы прижимается к поверхности направляющего устройства и образует контур циркуляции материала, в котором на каждую частицу действует, помимо силы тяжести, не только сила гидродинамического воздействия воздушного потока, направленная вверх, но и центробежная сила, поэтому крупные частицы сильнее прижимаются к поверхности направляющего устройства и образуют более устойчивый контур циркуляции, чем мелкие частицы.   Учитывая, что таких контуров по высоте аппарата несколько, крупным частицам сложнее перемещаться от контура к контуру и они легче отделяются от мелкой фракции.  Таким образом, достигается более высокая степень разделения частиц на крупную и мелкую фракцию продукта.
Крупный продукт (крупная фракция) выводится из аппарата через нижний патрубок 6, а мелкий продукт (мелкая фракция) вместе с воздушным потоком через патрубок 4 и далее поступает на разделение в циклон или рукавный фильтр (на схеме не показан).
Таким образом, разработанное устройство гидродинамического гравитационного пневмоклассификатора с направляющими устройствами такого типа существенно повышает эффективность классификации материала.