УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
Область техники
Предлагаемое техническое решение относится к сушильной технике и может быть использовано для сушки сыпучих материалов, преимущественно песка.
Уровень техники
Известны установки для сушки сыпучих материалов, содержащие вертикальный корпус с расположенными в нем полками для перемещения по ним высушиваемого материала, загрузочное и разгрузочное устройства, патрубки ввода в корпус и вывода из корпуса воздуха, электропривод загрузочного устройства 1. В таких устройствах при сушке сыпучих материалов, особенно с большим значением их физической плотности, например, песка, требуется значительный расход теплоносителя при высоком давлении в теплоносителе с тем, чтобы обеспечить необходимый режим перемещения высушиваемого материала за счет эффекта псевдосжижения.
Известна установка для сушки сыпучих материалов, содержащая вертикальный корпус с полками для перемещения по ним высушиваемого материала, загрузочное и разгрузочное устройства, патрубки ввода в корпус и вывода из него воздуха, первый электропривод-электропривод загрузочного устройства и второй элекропривод-электропривод перемещения высушиваемого материла по полкам 2. В таком техническом решении за счет воздейсвия второго элекропривода на полки, (здесь они выполнены в виде двух винтообразных пластин) условия перемещения высушиваемого материала существенно облегчаются.
По количеству общих признаков и достигаемому результату данное техническое решение наиболее близко заявляемому и выбрано в качестве его прототипа.
Недостаток установки-прототипа состоит в том, что при ограничениях на объем корпуса и давление воздуха в его пневмосистеме, эффективность сушки мала, что обусловлено реализацией идеи псевдосжижения и использование практически лишь конвективного компонента теплообмена. При изменениях влажности подлежащего сушке материала настройка влаго-тепло-аэродинамических режимов затруднена, требуется дополнительный генератор высокотемпературного сушильного агента и надежно работающего в условиях высоких температур устройства его транспортировки в рабочую зону корпуса установки.
Сущность полезной модели
Задачей является разработка такой установки для сушки сыпучих материалов, которая бы характеризовалась более высокой эффективностью при упрощении ее конструкции и условий регулировки режима сушки.
МКИР 26 D 17/12
высушиваемого материала, загрузочное и разгрузочное устройства, патрубки ввода в корпус и вывода из него воздуха, первый электропривод-электропривод загрузочного устройства и второй электропривод-электропривод перемещения высушиваемого материала по поверхности полок, в верхней части корпуса под каждой из полок размещен, по крайней мере, один электронагреватель.
На принципиальном уровне предложенное техническое решение отличается от известных тем, что в полной мере реализуются все базовые составляющие тешюобмена-конвективный, кондуктивный и радиационный, в то время как в известных устройствах преимущественно конвективный. Принцип радиационноконвективной сушки ранее применялся лишь в устройствах производства (сушки и обжига) керамической плитки, что относится к классу совершенно иных задач по условиям теплообмена. Кроме того, при реализации известных технических решений влажность газового теплоносителя возрастает по мере падения его температуры при прохождении зоны сушки. При реализации заявляемого технического решения такой зависимости нет, что существенно облегчает процесс испарения влаги из высушиваемого сыпучего материала в верхней части корпуса.
В конкретном примере реализации в установке корпус может иметь коробчатую форму, а полки могут быть выполнены в виде v-образных пластин, примерно по центральной линии (линии изгиба) жестко закрепленных с рамой, которая кинематически связана со вторым электроприводом, выполненным с возможностью совершать возвратно-поступательное перемещение этой рамы, причем каждая из полок, обращенная выступом вниз, по центру имеет удлиненное по линии изгиба щелевидное отверстие для пересыпания высушиваемого материала и прохождения воздуха, а ее размер превышает размер соответствующей ей цельной полки, обращенной выступом вверх.
Корпус, может иметь, форму полого цилиндра, каждая из полок иметь форму конуса. Полки жестко закреплены на раме или штанге, которая кинематически связана со вторым электроприводом, выполненным с возможностью совершать возвратно-поступательное перемещение этой рамы, причем каждая из полок, обращенная вершиной конуса вниз, имеет центральное отверстие для пересыпания высушиваемого материала и прохождения воздуха, а ее диаметр превышает диаметр соответствующей ей цельной полки, обращенной вершиной конуса вверх.
При выполнении корпуса в виде полого цилиндра каждая из полок может быть выполнена в виде наклонной лопасти, подобной сектору круга, причем внутренний вырез каждой лопасти жестко скреплен со штангой, которая кинематически связана со вторым электроприводом, выполненным с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения этой штанги, причем нижний боковой край каждой предыдущей лопасти перекрывает верхний боковой край соответствующей последующей лопасти.
В первых - двух примерах каждая из полок с отверстием, а в третьем - каждая из полок может быть облицована по внешнему периметру эластичным материалом, контактирующим с внутренней поверхностью корпуса, причем их внешние края могут быть отогнуты вверх, а угол наклона полок может быть уменьшен по мере удаления полок от загрузочного устройства. Для облегчения обслуживания установки, по крайней мере, две противоположные стенки корпуса могут быть
выполнены съемными. В указанных формах реализации предлагаемого технического решения для пересыпания высушиваемого материала использован принцип вибрации, реализация которого не приводя к заметному снижению надежности оборудования, обеспечивает эффект витания зерен материала, что повышает эффективность конвективного теплообмена.
Заявляемое техническое решение может быть реализовано таким образом, что корпус выполнен в виде полого цилиндра, а каждая из полок в виде круглого диска с центральным отверстием, жестко скрепленного с внутренней стенкой корпуса, при этом каждая из полок имеет прорезь в направлении от центра к периферии и над каждой из полок размещен, по крайней мере, один скребок, неподвижно закрепленный, одним из своих концов, на проходящем через центральные отверстия полок валу, который кинематически связан со вторым электроприводом, выполненным с возможностью вращения этого вала, причем для исключения возможности сквозного просыпания высушиваемого материала по высоте рабочей зоны установки прорези смещены. В этой форме реализации также как и во всех предыдущих, полки могут быть выполнены перфорированными. В предпочтительной форме реализации над каждой полкой имеются четыре скребка, два из которых (первые по ходу вращения) выполнены в виде пластины с зубьями, причем зубья второй пластины смещены относительно зубьев первой пластины, а остальные в виде реек в нижней части, которых закреплены гибкие металлические стержни.
При такой реализации использован принцип плавного перемещения материала и его перемешивание, когда динамические нагрузки в установке существенно уменьшены и увеличен вклад кондуктивного компонента теплообмена, что особенно важно в случае сильно увлажненного материала или материала с повышенной вязкостью.
В соответствии с формулой полезной модели в заявляемой установке патрубок вывода из корпуса воздуха может быть пневматически связан с циклоном и отсасывающим вентилятором через устройство предварительного нагрева высушиваемого материала, а в нижней части корпуса может быть установлен датчик влажности, выход которого подключен к входу управления, как первого, так и второго электропривода.
Совокупность признаков ограничительной и отличительной частей формулы полезной модели минимально необходима и достаточна для решения поставленной задачи. Эта совокупность в полном своем объеме ранее не использовалась и для решения других эквивалентных задач. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критерию существенности новизны.
Чертеж иллюстрирует схему установки для сушки сыпучих материалов. На фиг.1 чертежа схематично представлена установка, где реализован принцип вибрации, а корпус имеет коробчатую форму. Фиг.2 иллюстрирует подвижную раму с полками для пересыпания высушиваемого материала, а фиг.3-полку со скребками, выполненными в виде зубчатой пластины для перемешивания высушиваемого материала.
Пример конкретного выполнения 1
В соответствии с чертежом (фиг.1) установка имеет выполненный из стали корпус 1. В нижней части корпус 1 содержит патрубок 2 ввода воздуха, а в верхней части патрубок 3 вывода воздуха. Внутри корпуса расположена рама 4, выполненная с возможностью возвратно-поступательного перемещения и кинематически связанная с электроприводом 5, выполненным в виде вибратора. Рама (ее конструкция дополнительно иллюстрируется фиг.2 чертежа) связана с корпусом 1 подвижно за счет того, что в верхней и нижней перекладинах рамы по углам имеются цилиндрические пальцы 6, которые свободно перемещаются во втулках эластичных муфт, закрепленных в соответствующих местах корпуса 1, непоказанных на чертеже. Кроме того, в нижней перекладине рамы находится аналогично выполненный цилиндрический выступ для взаимодействия рамы с электроприводом. С рамой жестко скреплены полки 7,14 выполненные в виде изогнутых по центральной линии пластин, при этом полки 7,9,11,13 выполнены цельными и обращены вершиной вверх, а полки 8,10,12,14 в центре имеют вырез в виде щели и обращены выступом вниз. Как видно из фиг. 1 чертежа, размер полок обращенных уступом вверх меньше размера полок обращенных уступом вниз, причем края последних отогнуты вверх (в одном из вариантов данного примера края полок могут быть окантованы эластичным материалом, контактирующим с внутренней поверхностью корпуса 1, в этом случае отгиб необязателен). В корпусе по линии изгиба полок 7-14 выполнено окаймленное защитным кожухом 15 щелевидное отверстие 16. Загрузочное устройство установки включает в себя бункер 17 хранения подлежащего сушке материала и расходный бункер 18, которые связаны посредством нории 19. Между расходным бункером 18 и кожухом 15 находится шнековый питатель 20. Как питатель 20, так и нория 19 кинематически связаны с электроприводом 21. Полки 7-14 выполнены так, что наклон их крыльев уменьшается по мере удаления от верха корпуса. Пластина 22 над днищем корпуса жестко закреплена на раме 4 и выполнена с наклоном в сторону разгрузочного устройства 23. Полки 7-14 выполнены перфорированными, при этом целесообразно обеспечить равенство отношения суммарной площади отверстий к площади полки для каждой из них. Число отверстий для размещенных в нижней части корпуса в полках без нагревателей, превышает число отверстий в верхней части корпуса полок с нагревателями. Конкретно в полке 14 выполнено 100 отверстий диаметром 1 мм, а в полке 7-25 отверстий диаметром 2 мм. Угол наклона крыльев полок постепенно уменьшается, имея значения для верхней полки 10°, а для нижней и пластины 22 -5°. Под полками 7,8,9,10 вблизи от их поверхности расположены электронагреватели 24 (тэны), связанные с устройством их подключения к электросети. Все стенки корпуса выполнены съемными и крепятся к выполненному из стального уголка каркасу на винтах, а электронагреватели крепятся к двум противоположным стенкам по одному из известных способов.
Устройство работает следующим образом. Нагреватели включают в электросеть и после их нагрева включаются вибратор 5 и электропривод 21, осуществляющий подачу высушиваемого материала на ребра полки 7. При этом происходит нагрев этого материала, его смещение и дальнейшее пересыпание на полку 8. На остальных полках с нагревателем процесс является аналогичным. При
взаимодействии нагретого материала с поверхностью полок 11-14 и воздушной средой меж полочного пространства материал охлаждается. Высушиваемый материал частично проходит через перфорации полок, причем разность диаметров отверстий обеспечивает условие равномерности прохождения материала через рабочую зону корпуса, поскольку по мере уменьшения влажности текучесть этого материала увеличивается этому также способствует и то, что наклон крыльев полок неодинаков.
При взаимодействии материала с поверхностью полок имеет место кондуктивный теплообмен. Расположенные над полками 8,9,10 электронагреватели обеспечивают нагрев находящегося на них материала за счет лучеиспускания, то есть реализуется компонент радиационного теплообмена. При прохождении материала через перфорации и межполочные пространства имеет место конвективный теплообмен. Дополнительный вклад в компонент конвективного теплообмена обеспечивает вибрирование полок. В рабочем пространстве корпуса, включающем полки 7-11, осуществляется нагрев материала, а в пространстве, включающем полки 12-14 и пластину 22-охлаждение. При этом значение температуры электронагревателей по мере их приближения к верхней стенке корпуса 1 устанавливают возрастающим с тем, чтобы постепенно увеличить влагоудерживающую способность воздуха.
Пример конкретного выполнения 2
Отличие данной формы реализации состоит в том, что корпус выполнен цилиндрическим, а каждая полка имеет форму конуса. Полки жестко закреплены на штанге, которая кинематически связана с электроприводом, как и в первом примере, выполненном в виде вибратора. Каждая из полок обращенная вершиной конуса вниз имеет центральное отверстие для пересыпания высушиваемого материала и прохождения воздуха, а ее внешний диаметр превышает внешний диаметр соответствующей ей цельной полки обращенной вершиной конуса вверх. В данном примере отверстие 16 выполнено круглым, а его обрамление в виде воронки. Работа такой установки аналогична работе установки в примере 1.
Пример конкретного выполнения 3
В данном примере реализации каждая из полок размещенных, в полом цилиндрическом корпусе 1 выполнена в виде изогнутой лопасти, закрепленной на штанге, аналогично штанге в соответствии с примером 2, причем нижний боковой край каждой предыдущей лопасти перекрывает верхний боковой край соответствующей последующей лопасти. В этом примере каждая из полок снабжена направляющими пластинами для разделения потоков пересыпающегося материала (направляющие пластины могут быть использованы и в примерах 1-2).
Пример конкретного выполнения 4
В данном примере реализации в соответствии с фиг. 3 чертежа корпус 1 (фиг. 1) выполнен в виде полого цилиндра, а полки 7-14 выполнены в виде круглого диска с центральным отверстием, жестко скрепленного с внутренней стенкой корпуса 1. В каждой полке выполнена прорезь 26 в направлении от центра к переферии. Над полками 7-14 расположены скребки 27, 28, 29 и 30, каждый из
которых неподвижно закреплен одним из своих концов на проходящем через центральные отверстия полок 7-14 валу 25, имеющем возможность вращаться в верхней и в нижней втулках корпуса. Вал связан с электроприводом 5, обеспечивающим вращение вала 25. Для каждой из полок прорези смещены относительно друг друга с тем, чтобы исключить возможность сквозного просыпания материла. Для прохождения воздуха в каждой из полок в зоне, не охватываемой скребком, выполнены отверстия. Под полками 7-10 установлены тэны 24, выполненные в виде круглой спирали. Скребок 27 первый по ходу вращения вала, выполнен в виде зубчатой пластины, обращенный зубьями к полке 7, аналогично выполнен скребок 28, однако его зубья смещены относительно зубьев скребка 27, скребок 29 выполнен в виде рейки с закрепленными в ее нижней части стержнями, выполненными из пружинистой стали. Также выполнен и скребок 30, но стержни имеют меньший диаметр и расположены чаще. Аналогичные скребки закреплены на валу 25 и над полками 8-13, а над полкой 14, высушиваемый материал, с которой поступает в разгрузочное устройство 23, расположены лишь 2 скребка связанные с валом 25. Эти скребки выполнены такими же, как и скребок 30. Для уменьшения воздействия высушиваемого материала на вал 25 края каждой из полок отбортованы вверх. В данном примере реализации патрубок 3 сообщен с непоказанными на чертеже циклоном и отсасывающим вентилятором, через расположенный в расходном бункере 18 змеевик, выполняющий функции устройства предварительного нагрева подлежащего сушке материала. Отверстие 16, служащее для подачи высушиваемого материала в рабочую зону корпуса 1, выполнено в виде прорези, направленной от центра корпуса к его переферии подобно прорезям 26.
Отличие работы данной установки от ранее рассмотренных состоит в том, что перемещение высушиваемого материала по полкам осуществляется с помощью вращающихся скребков. Как уже указывалось ранее, данная форма реализации, несмотря на некоторое ее усложнение, характеризуется повышенной долговечностью из-за отсутствия вибрирующих элементов. Выполнение скребков со смещенными зубьями, обеспечивает эффективное перемешивание находящегося на полках высушиваемого материала, способствуя большей эффективности конвективного и кондуктивного теплообмена. Выполнение скребков в виде реек с гибкими стержнями по существу в виде щеток, обеспечивает эффективное  пересыпание материала с полку на полку, а с последней полки в разгрузочное устройство. Наличие пневматической связи между патрубком выводом из корпуса воздуха и змеевиком, расположенным в расходном бункере значительно повышает коэффициент использования электрической энергии затраченной на нагрев полок установки и нагрев рабочего пространства ее корпуса. Скорость вращения вала 25 и темп подачи материла, подлежащего сушке устанавливаются экспериментально.
Пример конкретного выполнения 5
частности, может быть основана на реализации принципа измерения тангенса угла диэлектрических потерь и емкости конденсатора, между обкладками которого находится высушиваемый материал. В данном примере реализации автоматически обеспечивается темп подачи материала в рабочую зону корпуса установки, соответствующий заданному значению конечной влажности этого материала. Установка может быть также снабжена датчиком переполнения верхней полки подлежащим сушке материалам. При подключении выхода этого датчика к входу управления электропривода 21 не будет нарушен режим работы установки по критерию предельной массы перемещаемого материала при пониженных значениях влажности исходного материала.
Промышленная применимость
Испытания лабораторного образца установки, выполненного в ГУНИИ строительных материалов при Томском государственном архитектурностроительном университете в соответствии с примером 1, подтвердили перспективность заявляемого технического решения. Предлагаемое техническое решение может быть реализовано с помощью известных технических средств по общепринятым технологиям. Во втором квартале 2002 года предприятием ЗАО «СТРОЙКОМПЛЕКТ запланирован выпуск 3 опытно-промышленных установок для уточнения конкретных конструктивных и технико-экономических показателей. Возможны и другие формы реализации заявляемого технического решения не выходящие по своей сущности за пределы совокупности признаков отличительной и ограничительной частей формулы полезной модели. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
1.Установка для сушки сыпучих материалов, содержащая вертикальный корпус с полками для перемещения по ним высушиваемого материла, загрузочное и разгрузочное устройства, патрубки ввода в корпус и вывода из него воздуха, первый элекропривод-электропривод загрузочного устройства и второй электроприводэлектропривод перемещения высушиваемого материала по поверхности полок, отличающееся тем, что в верхней части корпуса под каждой из полок размещен, по крайней мере, один электронагреватель.
2.Установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус имеет коробчатую форму, а полки имеют пластинчатую v-образную форму и примерно по центральной линии (линии изгиба) жестко скреплены с рамой, которая кинематически связана со вторым электроприводом, выполненным с возможностью совершать возвратнопоступательное  перемещение этой рамы, причем каждая из полок, обращенная выступом вниз, по центру имеет удлиненное по линии изгиба щелевидное отверстие для пересыпания высушиваемого материала и прохождения воздуха, а ее размер превышает размер соответствующей ей цельной полки, обращенной выступом вверх.
3.Установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус имеет форму полого цилиндра, а каждая из полок имеет форму конуса и жестко скреплены с рамой (штангой), которая кинематически связана со вторым электроприводом, выполненным с возможностью совершать возвратно-поступательное перемещение этой рамы (штанги), причем полки, обращенные вершиной конуса вниз имеют центральное отверстие для пересыпания высушиваемого материала и прохождения воздуха, а их диаметр превышает диаметр соответствующих им цельных полок, обращенных вершиной конуса вверх.
4.Установка по п.п.2-3, отличающаяся тем, что внешние края каждой из полок с отверстием облицованы по внешнему периметру эластичным материалом, контактирующим с внутренней поверхностью корпуса.
5.Установка по п.п.3-4, отличающаяся тем, что внешние края каждой из полок с отверстием отогнуты вверх.
6.Установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде полого цилиндра, а каждая из полок в виде наклонной лопасти, подобной сектору круга, причем внутренний вырез каждой из этой лопасти жестко скреплен со штангой, которая кинематически связана со вторым электроприводом, выполненным с возможностью совершать возвратно-поступательные перемещения этой штанги, причем нижний боковой край каждой
предыдущей лопасти перекрывает верхний боковой край соответствующей последующей лопасти.
7.Установка по п.п.2-6, отличающаяся тем, что полки установлены в корпусе с углом наклона, уменьшающимся по мере удаления полки от загрузочного устройства.
8
9.Установка по п.п.1-8, отличающаяся тем, что полки снабжены направляющими пластинами для разделения потоков пересыпающегося материала.
10.Установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде полого цилиндра, а каждая из полок в виде круглого диска с центральным отверстием, жестко скрепленного с внутренней стенкой корпуса, каждая из полок имеет прорезь в направлении от центра к переферии и над каждой из полок размещен, по крайней мере, один скребок, неподвижно закрепленный одним из своих концов на проходящем через центральные отверстия полок валу, который кинематически связан со вторым электроприводом, выполненным с возможностью вращения этого вала.
11.Установка по п. 10, отличающаяся тем, что прорези в полках смещены относительно друг друга.
12.Установка по п.п. 10-11, отличающаяся тем, что скребок, выполнен в виде пластины с зубьями, обращенными к поверхности соответствующей полки.
13.Установка по п.п. 11-12, отличающаяся тем, что над каждой из полок на валу закреплены два расположенные один за другим скребка, выполненных в виде пластин с зубьями, причем зубья последующего по ходу вращения вала скребка смещены по отношению к зубьям предыдущего скребка.
14.Установка по п. 13, отличающаяся тем, что над каждой из полок дополнительно на валу закреплены два скребка, каждый из которых выполнен в виде рейки со стержнями из пружинистой стали, причем в последующем по ходу вращения вала скребке стержне имеют меньший диаметр и расположены чаще.
15.Установка по п.п. 1-14, отличающаяся тем, что полки выполнены перфорированными, причем число отверстий в размещенных в нижней части корпуса полках без нагревателей, превышает число отверстий для размещенных в верхней части корпуса полок с нагревателями при сохранении отношения суммарной площади отверстий к площади полки.
16.Установка по п.п. 1-15, отличающаяся тем, что патрубок вывода из корпуса воздуха сообщен с циклоном и отсасывающим вентилятором через устройство предварительного нагрева высушиваемого материала.
17.Установка по п.п. 1-16, отличающаяся тем, что в нижней части корпуса установлен датчик влажности высушиваемого материала, выход которого подключен к входу управления, как первого, так и второго электропривода.