УСТРОЙСТВО ДОЗИРОВАНИЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА (ВАРИАНТЫ)
DOSING DEVICE FOR BULK MATERIALS (VERSIONS)

Изобретение относится к устройствам равномерного дозирования сыпучих материалов (порошков), используемым для пневмотранспорта путем создания двухфазного газового потока. Предназначено для равномерного регулируемого дозирования сыпучих материалов (порошков). Изобретение может быть использовано в любых отраслях промышленности, где применяется дозирование сыпучих порошкообразных материалов, в том числе комкующихся и слабосыпучих материалов, а также дозирование малого количества материала в течение заданного интервала времени.
Известные аналоги устройства дозирования сыпучего материала основаны на:
- дозирующем устройстве, устанавливаемом на вертикальных пневмотранспортных трубопроводах, содержащем корпус, внутри которого телескопически установлена дозирующая камера с загрузочным устройством в верхней части и выгрузочной трубой, расположенной внутри камеры, а в днище камеры установлено центральное сопло, соединенное внизу с трубопроводом для подачи транспортирующего газа, днище выполнено в виде стакана, охватывающего нижнюю часть дозирующей камеры и установленного подвижно относительно нее и относительно трубопровода для подачи транспортирующего газа, причем на донной части стакана предусмотрены радиальные и осевые отверстия и расположена газораспределительная решетка [авт. свид. СССР №393180, B65G 53/10, от 15.12.1970];
- вибрационном дозаторе сыпучих материалов, содержащем вибратор и бункер, имеющий конусный выход с шариковым затвором, отличающемся тем, что вибратор установлен на конусном выходе бункера, который выполнен в виде отдельной воронки, соединенной с бункером гибкой кольцевой втулкой. Гибкая кольцевая втулка может быть выполнена из резины, из плотной ткани, из резины с небольшой жесткостью [Патент на изобретение РФ №2176381, G01F 11/00, B65G 27/00, B65G 1/00, от 26.01.2000];
- вибрационном дозаторе сыпучих материалов, содержащем бункер для сыпучего материала, выходную воронку, соединенную с бункером гибкой кольцевой втулкой, установленный в воронке затвор, вибратор, выполненный с возможностью придания воронке круговых или частично круговых колебаний [Патент на изобретение РФ №2221222, G01F 11/18, от 26.12.2001], выбранном в качестве прототипа для первого и второго вариантов предлагаемого устройства дозирования сыпучего материала.
Приведенное в качестве прототипа устройство дозирования имеет ряд недостатков. Основными недостатками являются:
- низкая равномерность производительности устройства дозирования сыпучих материалов при требуемом малом расходе сыпучего материала, а также при дозировании слабосыпучих материалов;
- ограничение снизу на количество сыпучего материала в бункере, при котором возможно равномерное дозирование в течение заданного интервала времени.
Решаемая техническая задача изобретения по первому и второму вариантам заключается в обеспечении равномерной производительности устройства дозирования сыпучих, в том числе слабосыпучих, материалов при их малом требуемом расходе, а также в возможности равномерного дозирования малого количества сыпучего материала в течение заданного интервала времени.
Решаемая техническая задача в устройстве дозирования сыпучего материала по его первому варианту, содержащем бункер для сыпучего материала и вибратор, достигается тем, что бункер представляет собой стакан произвольного сечения, ко дну которого с внешней стороны подсоединен вибратор, подключенный к источнику питания, верхняя часть стакана зарыта плотно прилегающей крышкой, в которой имеется концентрическое отверстие, через которое в стакан введена транспортирующая трубка, нижний конец которой находится на заданном расстоянии от дна стакана, зависящем от параметров дозируемого материала, верхний конец транспортирующей трубки подсоединен к первому входу струйного насоса, ко второму входу которого подключен источник газа. Источником газа может быть газовый баллон, компрессор и т.п.
Решаемая техническая задача в устройстве дозирования сыпучего материала по его второму варианту, содержащем бункер для сыпучего материала и вибратор, достигается тем, что бункер представляет собой стакан произвольного сечения, ко дну которого с внешней стороны подсоединен вибратор, подключенный к источнику питания, верхняя часть стакана зарыта плотно прилегающей крышкой, в которой имеются два отверстия, одно из которых расположено концентрически, второе расположено со сдвигом относительно оси крышки, через концентрическое отверстие в стакан введена транспортирующая трубка, нижний конец которой находится на заданном расстоянии от дна стакана, зависящем от параметров дозируемого материала, верхний конец транспортирующей трубки подсоединен к первому входу струйного насоса, ко второму входу которого подключен первый источник газа, через второе отверстие в крышке в стакан введена трубка дополнительного поддува, верхний конец которой соединен со вторым источником газа, трубка дополнительного поддува расположена под определенным углом к транспортирующей трубке на заданном расстоянии от дна стакана с возможностью обеспечения витания частиц сыпучего материала внутри стакана. Источниками газа могут быть газовые баллоны, компрессоры и т.п.
На фиг. 1 представлен эскиз устройства дозирования сыпучего материала по его первому варианту. На фиг. 2 представлен эскиз устройства дозирования сыпучего материала по его второму варианту.
Устройство дозирования сыпучего материала по его первому варианту, изображенное на фиг. 1, содержит бункер для сыпучего материала, представляющий собой стакан 1 произвольного сечения, и вибратор 2, подсоединенный ко дну стакана 1 с внешней стороны, подключенный к источнику питания 3, верхняя часть стакана 1 закрыта плотно прилегающей крышкой 4, в которой имеется концентрическое отверстие, через которое в стакан 1 введена транспортирующая трубка 5, нижний конец которой находится на заданном расстоянии от дна стакана 1, зависящем от параметров дозируемого материала, составляющем, например, 1-2 мм при дозировании талька с характерным размером частиц ~10 мкм, верхний конец транспортирующей трубки 5 подсоединен к первому входу струйного насоса 6, ко второму входу которого подключен источник газа 7.
Устройство дозирования сыпучего материала по его второму варианту, изображенное на фиг. 2, содержит бункер для сыпучего материала, представляющий собой стакан 1 произвольного сечения, и вибратор 2, подсоединенный ко дну стакана 1 с внешней стороны, подключенный к источнику питания 3, верхняя часть стакана 1 закрыта плотно прилегающей крышкой 4 с двумя отверстиями, одно из которых расположено концентрически, второе расположено со сдвигом к краю крышки 4 относительно оси крышки 4, через концентрическое отверстие в стакан 1 введена транспортирующая трубка 5, нижний конец которой находится на заданном расстоянии от дна стакана 1, зависящем от параметров дозируемого материала, составляющем, например, 1-2 мм при дозировании талька с характерным размером частиц ~10 мкм, верхний конец транспортирующей трубки 5 подсоединен к первому входу струйного насоса 6, ко второму входу которого подключен источник газа 7, через второе отверстие в крышке 4 в стакан 1 введена трубка дополнительного поддува 8, верхний конец которой соединен с источником газа 9, трубка дополнительного поддува 8 расположена под определенным углом к транспортирующей трубке 5 на заданном расстоянии от дна стакана 1 с возможностью обеспечения витания частиц сыпучего материала внутри стакана 1, например, при дозировании талька с характерным размером частиц ~10 мкм трубка дополнительного поддува 8 может быть расположена параллельно транспортирующей трубке 5 и погружена в стакан 1 до расстояния 0,5-1 мм от дна стакана 1.
Рассмотрим устройство дозирования сыпучего материала, в его первом и втором вариантах, в работе.
В первом варианте устройства дозирования сыпучего материала в стакан 1 загружают сыпучий материал, например тальк, в объеме от 10 до 90% объема стакана 1, после чего устройство собирается согласно фиг. 1. Включают источник питания 3, за счет чего включается вибратор 2. Открывают подачу газа от источника 7, при этом в струйный насос 6 [Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. - 3-е изд., перераб. - Москва: Энергоатомиздат, 1989. - 352 с.] осуществляется затягивание сыпучего материала из стакана 1 по транспортирующей трубке 5. Используемый газ не должен вступать в химическую реакцию с сыпучим материалом. В качестве газа можно использовать, например, азот. В первую очередь затягивается сыпучий материал, лежащий непосредственно под нижним торцом транспортирующей трубки 5. При этом в сыпучем материале под нижним торцом транспортирующей трубки 5 образуется воронка. По мере увеличения глубины воронки интенсивность затягивания материала снижается. Воронка периодически частично засыпается сыпучим материалом, причем период и степень засыпания зависят от свойств дозируемого сыпучего материала (сыпучесть, гранулометрический состав, влажность и т.п.). При засыпании воронки интенсивность затягивания материала увеличивается. Для обеспечения равномерной интенсивности дозирования необходимо предотвратить образование воронки. Для этого используется вибрационное инерциальное воздействие на стакан 1 от вибратора 2. Вибрационное инерциальное воздействие определяется тем, что его частота превышает собственную частоту процесса [В.В. Афанасьев, Ю.Е. Польский. Методы анализа, диагностики и управления поведением нелинейных устройств и систем с фрактальными процессами и хаотической динамикой: Монография. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2004. 219 с.]. В данном случае частота процесса определяется периодом образования и засыпания воронки в сыпучем материале. Для определения собственной частоты процесса необходимо проведение предварительных экспериментальных исследований сыпучего материала с целью получения данных по периоду образования воронки при затягивании в струйный насос 6 и ее засыпанию. Частоту процесса образования и засыпания воронки определяют как величину, обратную периоду. Исходя из полученных экспериментальных данных, выбирают частоту вибрационного воздействия из инерциальной области. Например, при дозировании талька вибратор 2 должен работать с частотой порядка 1000 Гц. В результате такого воздействия сыпучий материал в стакане 1 подвергается встряхиванию, которое приводит к постоянному засыпанию образующейся воронки, а также к отделению от стенок налипшего материала. За счет этого достигается равномерность дозирования сыпучего материала.
Во втором варианте устройства дозирования сыпучего материала в стакан 1 загружают сыпучий материал, например тальк, в объеме менее 10% объема стакана 1, после чего устройство собирается согласно фиг. 2. Включают источник питания 3, за счет чего включается вибратор 2. Одновременно открывают подачу газа от источников 7 и 9, при этом в струйный насос 6 [Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. - 3-е изд., перераб. - Москва: Энергоатомиздат, 1989. - 352 с.] осуществляется затягивание сыпучего материала из стакана 1 по транспортирующей трубке 5. Используемый газ не должен вступать в химическую реакцию с сыпучим материалом. В качестве газа можно использовать, например, азот. При загрузке сыпучего материала в объеме менее 10% объема стакана 1 возникает проблема обеспечения равномерного дозирования в течение заданного интервала времени, например в течение 3 минут, связанная с тем, что весь сыпучий материал транспортируется единовременно. Для обеспечения равномерного дозирования в течение заданного интервала времени необходимо обеспечить равномерное распределение частиц сыпучего материала по объему стакана 1. Этого можно добиться за счет обеспечения витания частиц сыпучего материала в объеме стакана 1. Через трубку дополнительного поддува 8 подается поток газа от источника 9, обеспечивающий витание частиц сыпучего материала в стакане 1 - образование аэрозоля. Вибратор 2 оказывает воздействие на стакан 1, за счет чего осуществляется отделение частиц сыпучего материала, осевших на стенки бункера при столкновении с ними в процессе витания. Таким образом, при подаче рабочего газа от источника 7 в струйный насос 6 осуществляется подсасывание аэрозоля витающих частиц из стакана 1. Поскольку подсасывается аэрозоль, это позволяет обеспечить равномерное дозирование в течение заданного интервала времени.
Таким образом, за счет приложения вибрационного инерциального воздействия на стакан 1 в процессе дозирования сыпучего материала через струйный насос 6 достигается равномерность производительности устройства дозирования за счет встряхивания стакана и сыпучего материала внутри него, за счет обеспечения витания частиц сыпучего материала в объеме стакана при подаче газа через трубку дополнительного поддува снимается ограничение на минимальное количество сыпучего материала в стакане, при котором возможно равномерное дозирование в течение заданного интервала времени.