УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПНЕВМОТРАНСПОРТА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ПЛОТНЫМ ПОТОКОМ (ВАРИАНТЫ)

Область техники
Полезная модель относится к устройствам для транспортировки, в частности к пневматическому транспорту сыпучих материалов по трубопроводам и может быть использовано в цементной, строительной, химической промышленности, в энергетической отрасли, в металлургии, и т.д.
Уровень техники
Известно устройство и способ пневмотранспорта сыпучего материала сплошным потоком (евразийский патент №010529, опубликовано 26.06.2008). Устройство содержит транспортный трубопровод с замкнутым по периметру транспортным каналом. В верхней части верхней половины транспортного канала расположен трубопровод с каналом для сжатого газа. В Трубопроводе для сжатого газа выполнены сквозные отверстия для прохода сжатого газа. В нижней части нижней половины транспортного трубопровода расположен ожижающий узел ожижающего устройства. Ожижающий узел состоит из трубы для ожижающего газа, канала для ожижающего газа, при этом в трубе выполнены сквозные отверстия для прохода ожижающего газа. Кроме этого ожижающий узел содержит дефлектор, выполненный в форме желоба с возможностью отклонения в требуемом направлении ожижающего газа, выходящего из канала. Ожижащий газ, выходящий из соответствующих сквозных отверстий, при отклонении дефлектором, рассеивается и обеспечивает равномерное псевдоожижение транспортируемого материала.
Недостатками известного технического решения являются увеличение скорости потока по всей длине трубопровода и, как следствие, повышенный абразивный износ, повышенные энергозатраты, а следовательно низкая надежность системы.
Известен трубопровод для высоконапорного пневмотранспорта сыпучих материалов (авторское свидетельство СССР №662460). Устройство содержит несколько отдельных секций в форме усеченного полого конуса с постоянной толщиной стенки. При соединении всех секций между собой в правильном порядке образован трубопровод. При поступлении в трубопровод сыпучего материала в смеси с воздухом, по мере его передвижения вдоль трубопровода, давление в трубопроводе падает, объем воздуха увеличивается и размеры поперечного сечения трубопровода также увеличивается. Таким образом скорость передвижения смеси по трубопроводу сохраняется практически неизменной на протяжении всего трубопровода.
Недостатками известного технического решения являются малая дальность транспортировки материала вследствие осаждения материала внутри материалопровода ввиду падения давления по всей длине материалопровода.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является устройство для пневматического или гидравлического транспортирования пылевидного, порошкообразного или зернистого сыпучего материала (патент №2271980, опубликовано 10.05.2005). Устройство содержит материалопровод, выполненный в виде цилиндрической трубы постоянного поперечного сечения, внутреннюю трубу, выполненную также в форме цилиндрической трубы постоянного поперечного сечения, причем диаметр внутренней трубы меньше диаметра материалопровода. Внутренняя труба присоединена к верхней части верхней половины материалопровода, при этом их продольные оси совпадают по направлению. Во внутренней трубе выполнены сквозные отверстия, размещенные на определенном расстоянии друг относительно друга и сопротивления потоку, выполненные в виде дисков, прилегающих к внутренней стенке трубы. Диски имеют поверхность на стороне набегающего потока и поверхность на стороне уходящего потока. Таким образом образованы выходные отверстия для потока в материалопровод и входные отверстия для потока во внутреннюю трубу. При этом диски имеют эллиптическую форму, и поверхности диска на стороне набегающего потока образуют с осью внутренней трубы острый угол. Таким образом диски отклоняют набегающий поток материала в сторону указанных выходных отверстий.
Недостатками прототипа являются увеличение скорости потока по всей длине трубопровода и, как следствие, повышенный абразивный износ, повышенные энергозатраты, а следовательно низкая надежность системы.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является сохранение аэродинамического давления потока на транспортируемый материал примерно на постоянном уровне по всей длине трубопровода, и, как следствие, снижение энергозатрат, повышение надежности системы, а так же увеличение дальности транспортировки материала вследствие уменьшения осаждения транспортируемого материала на внутреннюю поверхность материалопровода.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что, по первому варианту, устройство для пневмотранспорта сыпучих материалов плотным потоком, содержит материалопровод со входом и выходом, газопровод, расположенный внутри и вдоль материалопровода, причем материалопровод и газопровод выполнены каждый в виде трубы, газопровод снабжен сквозными отверстиями, газопровод расположен в нижней части материалопровода, а поперечное сечение материалопровода выполнено увеличивающимся от входа к выходу; по второму варианту устройство для пневмотранспорта сыпучих материалов плотным потоком, содержит материалопровод со входом и выходом, газопровод, расположенный внутри и вдоль материалопровода, причем материалопровод и газопровод выполнены каждый в виде трубы, газопровод снабжен сквозными отверстиями, газопровод расположен в нижней части материалопровода, а материалопровод выполнен из последовательно соединенных друг с другом чередующихся полых цилиндрических секций и полых конических секций, причем полые конические секции расположены стороной с меньшим диаметром в сторону входа; по третьему варианту, устройство для пневмотранспорта сыпучих материалов плотным потоком, содержит материалопровод со входом и выходом, газопровод, расположенный внутри и вдоль материалопровода, причем материалопровод и газопровод выполнены каждый в виде трубы, газопровод снабжен сквозными отверстиями, газопровод расположен в нижней части материалопровода, а материалопровод выполнен из последовательно соединенных друг с другом чередующихся полых цилиндрических секций и полых переходных секций, причем полые переходные секции снабжены первой внутренней поверхностью, которая выполнена плавной, а диаметр каждой переходной секции со стороны, обращенной ко входу, меньше диаметра этой переходной секции со стороны, обращенной к выходу, при этом нижняя часть материалопровода образует ровную поверхность.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежом (фиг. 1-3), где на фиг. 1 показан разрез фрагмента устройства по первому варианту исполнения, на фиг. 2 показан разрез фрагмента устройства по второму варианту исполнения, на фиг. 3 показан разрез фрагмента устройства по третьему варианту исполнения.
Раскрытие полезной модели
На фигурах обозначены: первая внешняя поверхность 1, первая стенка 2, материалопровод 3, первая внутренняя стенка 4, газопровод 5, вторая внутренняя поверхность 6, вторая стенка 7, вторая внешняя поверхность 8, сквозные отверстия 9, вторая коническая секция 10, основная цилиндрическая секция 11, первая коническая секция 12, дополнительная цилиндрическая секция 13, первая переходная секция 14, вторая переходная секция 15.
Основными элементами устройства по первому варианту исполнения являются материалопровод, газопровод, расположенный внутри материалопровода, и сквозные отверстия, выполненные в газопроводе.
Материалопровод представляет собой элемент, выполненный с обеспечением требуемого направления перемещения транспортируемого материала от входа к выходу (от места входа транспортируемого материала в материалопровод к месту выхода транспортируемого материала из материалопровода). Материалопровод выполнен в виде усеченного полого конуса. Материалопровод содержит первую стенку. При этом первая стенка обращена первой внутренней поверхностью внутрь материалопровода, а первой внешней поверхностью обращена наружу. Толщина первой стенки в каком-либо одном отдельно взятом поперечном сечении материалопровода совпадает по толщине первой стенки в любом другом отдельно взятом поперечном сечении материалопровода.
Здесь и далее направление «сверху вниз» принимается совпадающим с направлением вектора силы тяжести, под вертикалью понимается направление, параллельное вектору силы тяжести, под горизонталью понимается направление, перпендикулярное вектору силы тяжести. По отношению к вертикали «верх» и «низ» и производные от них слова определяются стандартным образом.
Газопровод выполнен в виде трубы круглого поперечного сечения (определение трубы приведено в частности в источнике - http://dic.academic.ru/dic.nsf/polytechnic/9663, дата обращения 13.02.2014), образованной второй стенкой. Вторая стенка по всей длине газопровода выполнена с постоянной или переменной толщиной. При этом вторая стенка обращена второй внутренней поверхностью внутрь газопровода, а второй внешней поверхностью обращена наружу. В общем случае форма газопровода может быть, например, в виде трубы прямоугольного поперечного сечения. Газопровод размещен в нижней части материалопровода. При этом первая внутренняя поверхность и вторая внешняя поверхность контактируют друг с другом по линии контакта. Под линией контакта в данном контексте понимают геометрическое место точек, в которых первая внутренняя поверхность соприкасается с второй внешней поверхностью. Линия контакта, продольная ось газопровода, продольная ось материалопровода и вектор силы тяжести расположены в одной плоскости или вблизи нее. Размеры газопровода обусловлены, например, возможностью размещения его внутри материалопровода. Для прохода газа, предназначенного для поддержания транспортируемого материала в псевдоожиженном состоянии, из газопровода в материалопровод, в газопроводе выполнены сквозные отверстия (определение псевдоожижения приведено в частности в источнике - http://dic.academic.ru/dic.nsf/polytechnic/7421, (дата обращения 13.02.2014)). Расположение сквозных отверстий друг относительно друга обусловлено возможностью обеспечения осуществления процесса ожижения.
Основными элементами устройства по второму варианту исполнения являются материалопровод, состоящий из отдельных соединяемых между собой секций, газопровод, расположенный внутри материалопровода и сквозные отверстия, выполненные в газопроводе.
Материалопровод представляет собой элемент, выполненный с обеспечением требуемого направления перемещения транспортируемого материала. Материалопровод состоит из требуемого числа полых цилиндрических секций и полых конических секций, чередующихся между собой (например к дополнительной цилиндрической секции присоединена первая коническая секций, в ней в свою очередь присоединена основная цилиндрическая секция, к ней в свою очередь присоединена вторая коническая секция и так далее). Количество секций обусловлено, например, расстоянием, на которое необходимо переместить транспортируемый материал. Каждая цилиндрическая секция образована соответствующей ей стенкой. При этом стенка каждой цилиндрической секции обращена внутренней поверхностью внутрь материалопровода и обращена внешней поверхностью наружу. Каждая коническая секция образована соответствующей ей стенкой. При этом стенка каждой конической секции обращена внутренней поверхностью внутрь материалопровода, и обращена внешней поверхностью наружу. Толщина стенки в каждом поперечном сечении каждой отдельно взятой секции (цилиндрической либо конической) необязательно равна толщине стенке в каком-либо другом поперечном сечении любой другой секции (цилиндрической либо конической).
Здесь и далее понятия «следующий» и «предыдущий» определены по отношению к направлению передвижения транспортируемого материала вдоль продольной оси материалопровода и отдельно взятой секции следующим образом. Относительно отдельно взятой секции термины «следующая» секция, «предыдующая» секция используются по отношению к направлению передвижения транспортируемого материала.
Размеры секций обусловлены, например, возможностью присоединения их друг к другу. Каждая следующая коническая секция больше предыдущей конической секции. Геометрические размеры меньшего основания конической секции равны соответствующим геометрическим размерам большего основания предыдущей конической секции. Геометрические размеры большего основания конической секции равны геометрическим размерам меньшего основания следующей конической секции. Геометрические размеры меньшего основания конической секции равны соответствующим геометрическим размерам поперечного сечения предыдущей цилиндрической секции. Геометрические размеры большего основания конической секции равны геометрическим размерам поперечного сечения следующей цилиндрической секции. Все цилиндрические секции и все конические секции концентричны между собой. Все цилиндрические секции и все конические секции соединены друг с другом. Из всех внешних поверхностей каждой отдельно взятой секции образована первая внешняя поверхность всего материалопровода. Из всех внутренних поверхностей каждой отдельно взятой секции образована первая внутренняя поверхность всего материалопровода. Из всех стенок каждой отдельно секции образована первая стенка всего материалопровода.
Газопровод состоит из неопределенного числа отдельных отрезков труб круглого поперечного сечения, соединенных друг с другом. При этом количество отрезков труб, составляющих газопровод, не меньше количества секций (цилиндрически и конических), составляющих материалопровод. Каждый отдельно взятый отрезок трубы образован соответствующей ему стенкой. Стенка каждой трубы (ее отрезка) внешней поверхностью обращена наружу, а внутренней поверхностью обращена внутрь газопровода. Толщина стенки в каждом отдельно взятом поперечном сечении каждой отдельно взятой трубы необязательно равна толщине стенке в любом другом поперечном сечении этой же трубы, либо в любом другом поперечном сечении какой-либо другой отдельно взятой трубы. Каждая отдельно взятая труба размещена в нижней части внутренней поверхности соответствующей ей секции (цилиндрической либо конической) материалопровода. При этом соответствующая внешняя поверхность каждого отдельно взятого отрезка трубы, составляющего газопровод, контактирует с внутренней поверхностью соответствующей ему секции (цилиндрической либо конической) по линии контакта. В данном варианте исполнения под линией контакта следует понимать геометрическое место точек, в которых каждая отдельно взятая труба соприкасается с внутренней поверхностью соответствующей ей секции. Размеры каждой отдельной трубы (отрезка) обусловлены, например, размерами соответствующей ей секции, в нижней части внутренней поверхности которой данная труба размещена. А также возможностью соединения этой трубы, например сваркой, с трубой, размещенной в нижней части внутренней поверхности следующей секции, и с трубой, размещенной в нижней части внутренней поверхности предыдущей секции. При соединении всех труб, размещенных описанным выше образом, друг с другом, из всех внешних поверхностей каждой отдельно взятой трубы образована вторая внешняя поверхность газопровода. Из всех внутренних поверхностей каждой отдельно взятой трубы образована вторая внутренняя поверхность газопровода. Из всех стенок каждой отдельно взятой трубы образована вторая стенка газопровода. Для прохода газа, предназначенного для поддержания транспортируемого материала в псевдоожиженном состоянии, из газопровода в материалопровод, в газопроводе выполнены сквозные отверстия. Расположение сквозных отверстий друг относительно друга обусловлено возможностью обеспечения осуществления процесса ожижения.
Основными элементами устройства по третьему варианту исполнения являются материалопровод, состоящий из отдельных соединяемых между собой секций, газопровод, расположенный внутри материалопровода и сквозные отверстия, выполненные в газопроводе.
Материалопровод представляет собой элемент, выполненный с обеспечением требуемого направления перемещения транспортируемого материала. Материалопровод состоит из неопределенного числа цилиндрических полых секций, соединенных между собой посредством полых переходных секций. Продольные оси всех цилиндрических секций параллельны друг другу (при расположении устройства на плоскости, прямо). Продольные оси всех цилиндрических секций расположены с вектором силы тяжести в одной плоскости или вблизи нее. Количество секций обусловлено, например, расстоянием, на котором необходимо переместить транспортируемый материал. Размеры цилиндрических секций и переходных секций обусловлены, например, возможностью соединения их друг с другом. При этом каждая цилиндрическая секция больше предыдущей цилиндрической секции и меньше следующей цилиндрической секции. Каждая переходная секция больше предыдущей переходной секции и меньше следующей переходной секции. Каждая цилиндрическая секция образована соответствующей ей стенкой. Причем стенка каждой цилиндрической секции обращена внутренней поверхностью внутрь материалопровода, а внешней поверхностью обращена наружу. Каждая переходная секция образована соответствующей ей стенкой, которая внутренней поверхностью обращена внутрь материалопровода, а внешней поверхностью обращена наружу. Толщина стенки в каждом отдельно взятом поперечном сечении каждой отдельно взятой секции (цилиндрической либо переходной) необязательно равна толщине стенке в любом другом поперечном сечении той же секции (цилиндрической либо переходной) либо любом другом поперечном сечении любой другой отдельно взятой секции (цилиндрической либо переходной).
Цилиндрические секции и переходные секции соединены друг с другом следующим образом. Одними краями стенки каждая цилиндрическая секция соединена, например сваркой, с краями стенки предыдущей переходной секции. Другими краями стенки каждая цилиндрическая секция соединена, например сваркой, с краями стенки следующей переходной секции. Нижняя часть материалопровода образует ровную поверхность, т.е. нижние продольные направляющие внешних поверхностей любых двух отдельно взятых соседних секций (цилиндрических либо переходных) расположены на одной прямой, либо в одной горизонтальной плоскости (в случае горизонтального поворота материалопровода), либо в одной вертикальной плоскости (в случае вертикального поворота материалопровода). Соответственно нижние продольные направляющие внутренних поверхностей любых двух отдельно взятых соседних секций (цилиндрических либо переходных) расположены на одной прямой, либо в одной вертикальной плоскости (в случае горизонтального поворота материалопровода), либо в одной вертикальной плоскости (в случае вертикального поворота материалопровода).
При соединении всех цилиндрических и всех переходных секций описанным выше образом из всех внешних поверхностей каждой отдельно взятой секции образована первая внешняя поверхность материалопровода. Из всех внутренних поверхностей каждой отдельно взятой секции образована первая внутренняя поверхность. Из всех стенок каждой отдельно взятой секции образована первая стенка. Первая внешняя поверхность и первая внутренняя поверхность являются плавными и выполнены подобными друг другу (под плавной поверхностью в данном контексте понимают поверхность, у которой первая производная математической функции, задающей данную поверхность, непрерывна и конечна).
Газопровод выполнен в виде трубы круглого поперечного сечения, образованной второй стенкой. Вторая стенка по всей длине газопровода выполнена с постоянной или переменной толщиной. При этом вторая стенка обращена второй внутренней поверхностью внутрь газопровода, а второй внешней поверхностью обращена наружу. Также форма газопровода может быть выполнена, например, в форме трубы прямоугольного поперечного сечения. Газопровод размещен в нижней части материалопровода. При этом первая внутренняя поверхность и вторая внешняя поверхность контактируют друг с другом по линии контакта. Под линией контакта в данном контексте понимают геометрическое место точек, в которых первая внутренняя поверхность соприкасается с второй внешней поверхностью. Линия контакта, продольная ось газопровода, продольная ось материалопровода и вектор силы тяжести расположены в одной плоскости или вблизи нее. Размеры газопровода обусловлены, например, возможностью размещения его внутри материалопровода. Для прохода газа, предназначенного для поддержания транспортируемого материала в псевдоожиженном состоянии, из газопровода в материалопровод в газопроводе выполнены сквозные отверстия. Расположение сквозных отверстий друг относительно друга обусловлено возможностью обеспечения осуществления процесса ожижения.
Осуществление полезной модели
Полезная модель реализуется следующим образом.
Устройство по первому варианту исполнения изготавливают следующим образом.
Изготавливают материалопровод требуемой конической формы, например, путем вырезки заготовки из листа материала с последующим формообразованием, сваркой и отрезкой торцов. Меньшее основание материалопровода соответствует участку начала транспортировки, а большее основание материалопровода соответствует участку конца транспортировки.
При изготовлении материалопровода, диаметр материалопровода в любом сечении по всей его длине рассчитывают по формуле:
i
1
1
i
0,25
D=D(P/P)
1
i
1
где P - абсолютное давление в сечении материалопровода, соответствующем началу транспортировки материала, P - абсолютное давление сечении материалопровода, диаметр которого необходимо определить, D - диаметр участка материалопровода, соответствующего началу транспортировки материала.
Изготавливают газопровод требуемой цилиндрической формы, например, сворачиванием листа материала и последующей сваркой. В изготовленном газопроводе выполняют сквозные отверстия с соблюдением описанных выше условий.
Изготовленный газопровод с выполненными в нем сквозными отверстиями размещают внутри материалопровода описанным выше образом.
Устройство по второму варианту исполнения изготавливают следующим образом.
Изготавливают требуемое количество цилиндрических секций, например, сворачиванием листа материала и последующей сваркой. Изготавливают требуемое количество конических секций, например, путем вырезки заготовки из листа материала с последующим формообразованием, сваркой и отрезкой торцов.
При изготовлении цилиндрических секций и конических секций учитывают, что диаметр материалопровода в любом сечении по всей его длине рассчитывают по формуле:
i
1
1
i
0,25
D=D(P/P)
1
i
1
где P - абсолютное давление в сечении материалопровода, соответствующем началу транспортировки материала, P - абсолютное давление сечении материалопровода, диаметр которого необходимо определить, D - диаметр участка материалопровода, соответствующего началу транспортировки материала.
После изготовления всех цилиндрических секций и всех конических секций требуемого размера, их соединяют друг с другом описанным выше образом. Наименьшая секция (цилиндрическая либо коническая) соответствуют участку начала транспортировки. Наибольшая секция (цилиндрическая либо коническая) соответствует участку конца транспортировки.
Изготавливают трубы, например, сворачиванием листа материала и последующей сваркой описанных выше размеров. Далее изготовленные трубы соединяют друг с другом, образуя газопровод, таким образом, что газопровод возможно разместить внутри материалопровода в описанном выше положении. В изготовленном газопроводе выполняют сквозные отверстия с соблюдением описанных выше условий.
Изготовленный газопровод с выполненными в нем сквозными отверстиями размещают внутри материалопровода описанным выше образом.
Устройство по третьему варианту исполнения изготавливают следующим образом.
Изготавливают требуемое количество цилиндрических секций, например, сворачиванием листа материала и последующей сваркой. Изготавливают требуемое количество переходных секций, например, путем штамповки из листовых заготовок двух половинок с последующей их сборкой и сваркой.
При изготовлении цилиндрических секций и переходных секций учитывают, что диаметр материалопровода в любом сечении по всей его длине рассчитывают по формуле:
i
1
1
i
0,25
D=D(P/P)
1
i
1
где P - абсолютное давление в сечении материалопровода, соответствующем началу транспортировки материала, P - абсолютное давление сечении материалопровода, диаметр которого необходимо определить, D - диаметр участка материалопровода, соответствующего началу транспортировки материала.
После изготовления всех цилиндрических секций и всех переходных секций требуемого размера, их соединяют друг с другом описанным выше образом. При этом наименьшая цилиндрическая секция соответствуют участку начала транспортировки. Наибольшая цилиндрическая секция соответствует участку конца транспортировки.
Изготавливают газопровод требуемой цилиндрической формы, например, сворачиванием листа материала и последующей сваркой. В изготовленном газопроводе выполняют сквозные отверстия с соблюдением описанных выше условий. Изготовленный газопровод с выполненными в нем сквозными отверстиями размещают внутри материалопровода описанным выше образом.
Устройство по первому, второму и третьему варианту исполнения работает следующем образом.
Транспортируемый материал в смеси с газом (воздухом) подают под давлением в материалопровод. Под действием перепада давления транспортируемый материал в смеси с газом плотным потоком перемещается от участка начала транспортировки до участка конца транспортировки. Скорость смеси и потери напора растут пропорционально паданию давления по всей длине материалопровода. В связи с тем, что сечение выполнено увеличивающимся по всей длине материалопровода, скорость потока снижается по его длине, вследствие чего уменьшен абразивный износ, уменьшены энергозатраты, увеличена дальность транспортировки материала. В связи с тем, что внутри выполнен газопровод для подачи ожижающего газа, аэродинамическое давление на транспортируемый материал по всей длине материалопровода поддерживается на примерно постоянном уровне, вследствие чего предотвращается осаждение транспортируемого материала в материалопроводе, вследствие чего повышается надежность работы устройства.
Таким образом, выполнение устройства по описанным выше вариантам обеспечивает снижение энергозатрат, повышение надежности системы, увеличение дальности транспортировки материала вследствие уменьшения осаждения транспортируемого материала на внутреннюю поверхность материалопровода.