УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО КРУПНОСТИ
DEVICE FOR SIZING POWDER MATERIALS

Настоящее изобретение относится к области разделения материалов по крупности, в частности касается устройств для разделения порошкообразных материалов на фракции гравитационной воздушной сепарацией.
Широко известна конструкция аппарата для разделения частиц по крупности, в которой частицы материала при вертикальном перемещении многократно пересекают восходящий поток и тем самым проходят многократную перечистку [1].
Основным недостатком такого аппарата является то, что при его работе создается неравномерный профиль скоростей восходящего потока дисперсной фазы в сепарационном пространстве. Кроме того, обеспечение герметизации узлов загрузки и выгрузки в таком аппарате осуществляется конструктивно сложно, а число перечисток ограничено 5-6.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для разделения порошкообразных материалов по крупности [2], которое содержит цилиндрический корпус с установленной соосно ему цилиндрической вставкой, снабженной сборным конусом.
Устройство снабжено размещенной по его оси загрузочной трубой с проемами для поступления исходного материала в средней части высоты цилиндрического корпуса, над которыми размещен рассеиватель. В верхней части цилиндрического корпуса закреплен тракт удаления мелкого продукта, а в нижней - тракт удаления крупного продукта.
Внутренняя полость цилиндрического корпуса, за исключением внутренней полости цилиндрической вставки, и зоны удаления крупного продукта заполнены элементами турбулизатора.
Основным недостатком такого устройства является невозможность разделения исходного материала более чем на два класса крупности, а также залипание мелких частиц на элементах турбулизатора.
Цель настоящего изобретения - создать устройство, которое может разделять исходный материал теоретически на любое количество классов крупности, работающее на материалах любых адгезионных свойств.
При этом совмещение в одном устройстве возможности разделения на несколько классов крупности существенно снижает затраты воздуха на классификацию и позволяет использовать для этих целей один вентилятор и один фильтр, что уменьшает капитальные и эксплуатационные затраты и занимаемые установкой производственные площади.
Одновременно решается задача не только плавного регулирования границ разделения по крупности в каждой секции устройства, но и плавного регулирования соотношений границ разделения между секциями.
Поставленная цель достигается тем, что устройство состоит из образующих единое целое вертикально и соосно расположенных секций, диаметры корпусов которых возрастают снизу вверх, а каждая секция состоит из цилиндрического корпуса с наклонным днищем и закрепленной к нему соосно с корпусом цилиндрической вставки, верхний диаметр которой закреплен к большему диаметру усеченного сдвоенного сборного конуса, а меньший - к верхнему срезу корпуса предыдущей секции.
При этом верхняя часть корпуса предыдущей секции размещается внутри корпуса последующей секции, а наклонные днища в нижней части снабжены трактами удаления крупного продукта и оснащенными регуляторами расхода воздуха трактами подачи воздуха из атмосферы.
Внутренние полости цилиндрических вставок через расположенные в их верхней части ряд отверстий сообщаются с внутренней полостью корпуса соответствующей секции, а через размещенное на наклонном днище отверстие поддува с регулятором расхода воздуха - с атмосферой.
Как вариант исполнения цилиндрические корпуса секций могут состоять из двух соосных цилиндров возрастающего снизу вверх сечения, соединенных усеченным конусом, нижний срез меньшего диаметра которого находится в зоне верхнего среза цилиндрической вставки соответствующей секции, а функции цилиндрической вставки может выполнять верхняя часть предыдущей по ходу материала секции.
При этом в средней части корпуса секции максимального диаметра на уровне верхнего среза ее цилиндрической вставки расположены снабженные регуляторами расхода отверстия поддува.
Такая конструкция устройства дает возможность производить разделение материала по крупности на теоретически любое количество фракций по схеме от крупного к мелкому, используя общий классифицирующий поток, постепенно от секции к секции расширяющийся по всему сечению основного сепарационного пространства, расположенного между цилиндрическим корпусом и цилиндрической вставкой, что существенно увеличивает равномерность распределения частиц, создавая идентичные условия классификации, что повышает ее эффективность.
Наличие цилиндрической вставки в нижней части корпуса каждой секции позволяет с минимальными дополнительными затратами воздуха производить перечистку крупного продукта.
В образованном этими элементами дополнительном сепарационном пространстве повышается извлечение из него мелкой фракции, а за счет возврата материала, выпавшего из основного классифицирующего потока по усеченному сдвоенному сборному конусу в поток питающего секцию материала, дополнительно производить его перечистку путем многократного возврата в основное классифицирующее пространство.
Наличие изолированного внутреннего пространства цилиндрических вставок, соединенного в нижней части через регулятор расхода воздуха с атмосферой, а в верхней части через ряд отверстий с нижней частью основного сепарационного пространства секции, позволяет плавно и независимо регулировать скорость основного классифицирующего потока и, таким образом, плавно регулировать соотношения граничных крупностей разделения в секциях.
Это в сочетании с возможностью плавного регулирования общего расхода воздуха через устройство шибером питающего вентилятора позволяет плавно и независимо изменять не только граничные крупности разделения каждой секции, но и соотношения этих крупностей в каждой секции, без изменения их конструктивных размеров.
Соотношением размеров основного сепарационного пространства и усеченного сдвоенного сборного конуса определяется число рециркуляций классифицирующего потока материала и таким образом регулируется эффективность классификации.
Ту же цель преследует и вариант исполнения корпуса секции в виде двух соосных цилиндров, соединенных усеченным сдвоенным сборным конусом, который выполняет те же функции, что и усеченный сдвоеный сборный конус, с той разницей, что на перечистку выпавший на него материал направляется в дополнительное сепарационное пространство перечистки крупного продукта, расположенное между цилиндрическим корпусом и цилиндрической вставкой.
Выбор того или другого варианта перечистки выпавшего на конусы материала делается из соображений соотношения объема крупных и мелких фракций относительно граничной крупности разделения конкретной секции.
При этом возможно сочетание в одной секции ступенчатой конструкции корпуса и наличие цилиндрической вставки, снабженной усеченным сдвоенным сборным конусом, что позволяет производить перечистки как в основном, так и в дополнительном сепарационных пространствах, перераспределив нагрузку твердого на них и этим повысив эффективность классификации.
В варианте в качестве цилиндрической вставки верхней части цилиндрического корпуса предыдущей секции функции регулируемого и независимого дополнительного поддува в основное сепарационное пространство выполняют снабженные регуляторами расхода воздуха отверстия поддува, размещенные в корпусе секции на уровне низа основного сепарационного пространства.
Наклонные днища каждой секции обеспечивают транспортировку крупного продукта в тракт его удаления, но и совместно с усеченной частью цилиндрического корпуса и цилиндрической вставки образуют распределительные коллекторы для потоков поддува в основное и дополнительное сепарационные пространства, существенно усредняя скорости воздуха в них, способствуя этим повышению эффективности классификации.
Условия классификации в основном и дополнительном сепарационных пространствах обеспечиваются плавной регулировкой подачи воздуха из атмосферы в дополнительное сепарационное пространство через его отверстия поддува.
В этих вариантах исполнения по оси секций размещаются либо съемные, либо стационарные центральные цилиндрические вставки одного или различных диаметров, в нижней части снабженные расположенными на уровне верхнего среза цилиндрических вставок этой секции обтекателями.
В верхней части они либо соединены с центральной цилиндрической вставкой последующей секции, либо - с большим диаметром усеченного сдвоенного сборного конуса.
Центральная цилиндрическая вставка в зоне верхнего сборного конуса имеет полости для удаления мелкого продукта, при этом патрубок удаления мелкого продукта вынесен за пределы внутренней полости устройства.
Наличие центральных цилиндрических вставок позволяет более эффективно распределять классифицирующий поток по основному сепарационному пространству, размещая на них обтекатели, а также изменять площадь сепарационного пространства за счет изменения поперечного сечения этих вставок. Кроме того, они используются для крепления элементов турбулизатора и придания всему устройству конструктивной жесткости.
Кроме того, комплекс центральных цилиндрических вставок совмещен в нижней части с трактом подачи исходного материала, а в верхней части через полости удаления мелкого продукта - с трактом его удаления, что также повышает равномерность распределения потоков классифицируемого материала по сечению основного сепарационного пространства верхней секции, увеличивая эффективность ее работы.
Элементы турбулизатора устройства свободно, без жесткой фиксации заполняют его внутренние полости, за исключением внутренних полостей центральных и цилиндрических вставок, а также зон удаления крупных продуктов.
На них передается от внешнего вибратора вибрация поперечного, продольного, поперечно-продольного или кругового направлений, а само устройство закреплено на эластичных подвесах.
Турбулизатор выполнен из элементов произвольной формы и сечения, заполняющих внутренние полости устройства как упорядоченно, так и хаотично.
Как показал опыт эксплуатации таких устройств при многофракционной классификации, адгезионные свойства классифицируемого материала существенно меняются по мере снижения крупности, что заставило принять меры от возможного налипания частиц на элементы конструкции и их коагуляции.
С этой целью элементы турбулизатора, усредняющего профили скоростей в сепарационных пространствах, выполнены легко подвижными, соударяющимися друг с другом при передаче на них внешнего вибрационного воздействия.
Это существенно повышает эффективность классификации не только за счет усреднения условий классификации по всему сечению, но и за счет эффективного распыления мелких частиц материала.
Это позволило снизить нижнюю границу разделения до 20 мкм, сохранив высокую эффективность разделения на всех классах крупности готовых продуктов.
Форма, конфигурация элементов турбулизатора, степень заполнения ими сепарационных пространств, выбор вектора, амплитуды и величины ускорения для создания наиболее эффективной внешней вибрации зависит от свойств классифицируемого материала и могут варьироваться в широких пределах.
Эффективной передаче вибрационного воздействия способствует эластичный подвес устройства к внешней конструкции.
Как правило, это - свободная подвеска, одновременно гарантирующая строго вертикальное положение сепарационных секций.
Это способствует равномерности распределения пылевоздушных потоков в них, а следовательно, и высокой эффективности процессов разделения.
Для повышения эффективности передачи вибрационного воздействия по высоте устройства его центральная цилиндрическая вставка в нижней или одновременно в нижней и верхней частях имеет пружинные упоры, благодаря которым амплитуда вибрации от внешних вибраторов по высоте устройства регулируется за счет изменения их предварительного натяга и жесткости. Это дает возможность подать максимальное вибрационное воздействие в зоны, наиболее подверженные налипанию и коагуляции частиц.
В устройствах большой производительности и соответственно большого веса для снижения энергозатрат целесообразно вибрацию передавать только на элементы турбулизатора, сохраняя основную металлоконструкцию в практически неподвижном состоянии.
Для этого элементы турбулизатора подвижно закреплены на радиальных и кольцевых подвесах, жестко соединенных с центральными цилиндрическими вставками, которые, будучи подвешены на эластичном подвесе герметизируются в верхнем сборном конусе и наклонном днище нижней секции с помощью эластичных герметичных соединений.
Поскольку масса элементов турбулизатора совместно с центральными цилиндрическими вставками и радиальными, и кольцевыми подвесами во много раз меньше массы остальных элементов устройства. Этим достигается возможность классификации по крупности до 20 мкм тонкодисперсных, высоко адгезионных порошков на аппаратах производительностью по исходному питанию в десятки тонн в час.
Эластичные герметичные соединения так же, как и герметизирующие отгружатели на трактах удаления крупного продукта, дают возможность вести процесс классификации без паразитных подсосов, искажающих скоростные режимы в сепарационных пространствах секций.
Устройство имеет число секций меньше на одну числа необходимых крупностей разделения.
Принцип его работы не накладывает ограничений на характер дисперсионной среды. Она может быть как газообразной, так и жидкой. Классификация может идти как под давлением, так и под разрежением, как в открытом цикле снабжения дисперсионной средой, так и в замкнутом.
Единственное ограничение - экономическая целесообразность.
Еще в одном варианте исполнения устройства с движением материала сверху вниз загрузочная труба расположена по оси устройства сверху и снабжена загрузочной воронкой. В нижней части имеет полости подачи исходного продукта в верхнюю секцию, при этом центральные вставки каждой секции в нижней части имеют полости удаления крупного продукта, а в средней части - полости для поступления классифицируемого материала, под которыми внутри центральных цилиндрических вставок размещены обтекатели, расширяющиеся сверху вниз, а вне их - распределительные устройства.
При этом полости удаления крупных продуктов находятся выше конического сборника, меньший диаметр которого соединен либо с загрузочной трубой, либо с центральной цилиндрической вставкой, а верхний и больший - с корпусом секции.
Конический сборник в верхней части по окружности имеет ряд отверстий, выше которых и перекрывая их по вертикали, к корпусу закреплен защитный конус. При этом нижний конец центральной цилиндрической вставки нижней секции соединен с атмосферой, и выше наклонного днища этой секции она снабжена полостями для поступления воздуха, над которыми внутри этой центральной цилиндрической вставки вершиной вниз размещен конический рассеиватель.
Это конструктивный вариант того же принципа гравитационной классификации, осуществляющий разделение по крупности по схеме от мелкого к крупному и в полной мере реализующий все его преимущества.
Здесь за счет использования самотека материала сверху вниз и за счет снижения коагулирующих и адгезионных свойств материала путем удаления в первой же секции тонкодисперсных частиц в ряде случаев удается осуществлять многофракционную классификацию даже без использования внешней вибрации. Кроме того, в этом варианте существенно снижен расход воздуха на классификацию, поскольку отсутствуют дополнительные поддувы атмосферного воздуха в каждую из секций. Такое устройство не требует сложной регулировки, надежно и просто в эксплуатации.
В модификации этого варианта устройства для повышения эффективности классификации за счет перечисток крупного продукта в части секций применяются цилиндрические вставки, которые совместно с усеченными сборными конусами и наклонными днищами создают внутренние полости цилиндрических вставок.
Через ряд отверстий в этих полостях осуществляется поддув воздуха в зону выпадания крупного продукта.
Воздух засасывается через регуляторы расхода воздуха и тракты поддува из атмосферы. Одновременно через отверстия поддува в нижней части цилиндрических корпусов снизу вверх, навстречу опускающемуся к тракту разгрузки крупного продукта материалу движется с регулируемой скоростью (при помощи регуляторов расхода воздуха трактов поддува) воздушный поток, выдувающий осаждающиеся совместно с крупным продуктом мелкие частицы.
Это устройство по принципу работы, будучи аналогичным ранее описанному, дает возможность, используя перемещение материала сверху вниз под действием сил тяжести без дополнительных затрат энергии, вести классификацию по схеме от мелкого к крупному. Его предпочтительная область применения - легкосыпучие порошки с высоким содержанием мелкого продукта, который, будучи выведен из процесса уже в первой секции классификатора, позволяет существенно снизить габариты последующих секций и из-за отсутствия дополнительных поддувов снизить энергозатраты на процесс многофракционной классификации.
Предлагаемое устройство поясняется подробным описанием примеров его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- фиг.1 изображает схематично общий вид устройства для многофракционного разделения порошкообразных материалов по крупности при классификации по схеме от крупного к мелкому с подачей материала пневмотранспортом снизу вверх;
- фиг.2 - вариант выполнения устройства по фиг.1 с передачей внешнего вибрационного воздействия только на элементы турбулизатора через центральную цилиндрическую вставку;
- фиг.3 - фрагмент секции устройства по фиг.1 без центральной цилиндрической вставки;
- фиг.4 изображает схематично вариант устройства для многофракционного разделения порошкообразных материалов по крупности при классификации по схеме от мелкого к крупному с подачей материала самотеком сверху вниз;
- фиг.5 - вариант устройства по фиг.4 с использованием трактов подачи дополнительного воздуха для перечистки продуктов классификации.
Предлагаемое устройство для многофракционной классификации порошкообразных материалов содержит: цилиндрические корпуса 5 (фиг.1) возрастающего снизу вверх диаметра, каждый из которых имеет наклонное днище 4, в нижней части которого расположен тракт удаления крупного продукта 9, снабженный герметизирующем отгружателем 42. Совокупность элементов, обеспечивающих разделение на два класса крупности, образует секцию 11, в которую кроме вышеперечисленных элементов входит закрепленная герметично к наклонному днищу цилиндрическая вставка 6, между которой и цилиндрическим корпусом 5 размещено основное сепарационное пространство 44 с усеченным сдвоенным сборным конусом 7 и соединенным с внутренней полостью цилиндрической вставки 16 трактом поддува 13, снабженным регулятором расхода воздуха 12.
Каждый цилиндрический корпус 5 над трактом удаления крупного продукта 9 имеет отверстие поддува 14, снабженное регулятором расхода воздуха 12.
Между усеченным сдвоенным сборным конусом 7 каждой секции и закрепленным к его меньшему диаметру верхним срезом цилиндрического корпуса 5 предыдущей секции 11 располагается ряд отверстий 15, сообщающихся с соответствующей внутренней полостью цилиндрической вставки 16. К каждой секции 11 относится и центральная цилиндрическая вставка 20 с закрепленным на ней обтекателем 21. Между ней и цилиндрическим корпусом 5 располагается дополнительное сепарационное пространство 44. А также к каждой секции 11 относится свободно заполняющий ее внутренние полости (кроме внутренних полостей цилиндрической вставки 16, внутренней полости центральной цилиндрической вставки 20 и зон удаления крупного продукта) турбулизатор 8.
При этом цилиндрический корпус 5 нижней секции жестко закреплен к наклонному днищу 4 верхней секции 11, образуя общую жесткую конструкцию. В наклонное днище 4 нижней секции 11 по ее оси закреплена имеющая полости для поступления исходного материала 2 загрузочная труба 1 с рассеивателем 3.
К цилиндрическому корпусу 5 верхней секции 11, который на уровне обтекателя 21 своей секции может иметь снабженные шибером 19 верхние отверстия поддува 18, закреплен верхний сборный конус 26.
По его оси в центральной цилиндрической вставке 20, внутри нее размещены полости удаления мелкого продукта 27, а вне верхнего сборного конуса 26 к верхней центральной цилиндрической вставке 20 закреплены тракт удаления мелкого продукта 10 и эластичный подвес 25.
Как вариант исполнения цилиндрический корпус 5 может состоять из двух частей различного диаметра, соединенных друг с другом усеченным конусом 17, а роль цилиндрической вставки 6 может выполнять верхняя часть цилиндрического корпуса 5 нижней секции (как это показано на фиг.1 для средней секции).
Вибрация любых параметров по частоте, амплитуде и направлению от внешнего вибратора 24 (или нескольких внешних вибраторов 24 на фиг.2) может прикладываться как к любой части цилиндрических корпусов 5 секций 11, так и к внешним и внутренним элементам загрузочной трубы 1 или центральной цилиндрической вставки 20. Аналогично могут располагаться и пружинные упоры 32 регулируемого предварительного натяга и жесткости.
В случае необходимости элементы турбулизатора 23 (фиг.2) могут подвижно крепиться через жестко закрепленные к центральной цилиндрической вставке 20 радиальные подвесы 29 и кольцевые подвесы 30.
При этом верхняя центральная цилиндрическая вставка 6 и загрузочная труба 1 проходят через эластичные герметичные соединения 31, а воздействия от внешних вибраторов 24 и пружинных упоров 32 прилагаются только к этим подвижным элементам конструкции, а все остальные части устройства крепятся неподвижно или через амортизаторы к основанию.
В варианте отсутствия центральных цилиндрических вставок 20 в той или иной секции 11 обтекатели этих секций 11 (фиг.3) крепятся к верхней части усеченного сдвоенного сборного конуса 7 на распорках 28.
В конструктивном варианте многофракционного классификатора с верхней подачей исходного материала и перемещением его самотеком, осуществляющим разделение по технологической схеме от мелкого к крупному (фиг.4), устройство состоит из жестко соединенных между собой секций 11, имеющих цилиндрические корпуса 5, уменьшающихся сверху вниз по ходу движения материала диаметров, снабженных наклонными днищами 4, коническими сборными конусами 43 с рядом нерегулируемых отверстий 37, размещенными выше и с зазором по отношению к ним защитными конусами 38, своими меньшими диаметрами перекрывающими по вертикали ряд нерегулируемых отверстий 37. По оси устройства располагается центральная цилиндрическая вставка 20, полая внутри, которая в верхней части, совмещая функции загрузочной трубы 1, снабжена полостями для поступления исходного материала 2, под которыми располагается конический рассеиватель 3, герметизирующий в месте его установки внутреннюю полость загрузочной трубы 1.
Центральная цилиндрическая вставка 20 в зоне меньшего диаметра конического сборника 43 имеет полости удаления крупного продукта 34, а в нижней своей части - тракт подачи классифицирующего воздуха 39, в верхней своей части снабженный полостями поступления воздуха 40, над которыми во внутреннюю полость цилиндрической вставки 20 герметично вставлен конический рассеиватель 3, вершина которого направлена вниз.
Каждая секция имеет в зоне нижнего конца наклонного днища 4 тракты удаления крупного продукта 9 с герметизирующими отгружателями 42.
Цилиндрический корпус 5 верхней секции 11 соединен с верхним сборным конусом 26, имеющим тракт удаления мелкого продукта 10, а проходящая через него загрузочная труба 1 соединена с загрузочной воронкой 33, к которой подсоединен эластичный подвес 25.
Устройство получает вибрационное воздействие от внешних вибраторов 24 и снабжено пружинными упорами 32. Количество внешних вибраторов 24 и пружинных упоров 32 и место их расположения определяются в зависимости от размеров устройства и технологических задач.
Как продолжение конических рассеивателей 3, расположенных вершинами вверх, к центральной цилиндрической вставке 20 меньшим диаметром крепятся имеющие коническую форму распределительные устройства 36, конструкция которых не является предметом настоящего изобретения.
Внутренние полости цилиндрических корпусов 5 от их верхнего среза до защитного конуса 38 (образующие вместе с центральными цилиндрическими вставками 20 основные сепарационные пространства 44) заполнены турбулизатором 8, который может быть реализован в любом исполнении, например аналогично с вариантом фиг.2.
В модификации устройства, изображенного на фиг.4 и представленного на фиг.5, к верхним срезам части цилиндрических корпусов 5 закреплены своими меньшими диаметрами усеченные сдвоенные сборные конусы 7, которые своими большими диаметрами соединены с цилиндрическими вставками 6, которые, в свою очередь, в нижней части закреплены к наклонным днищам 4. Внутренние полости цилиндрических вставок 16 вверху имеют ряд отверстий 15, а в нижней части - проходящие через наклонные днища 4 и снабженные регуляторами расхода воздуха 12 тракты поддува 13. При этом цилиндрические корпуса 5 (образующие вместе с цилиндрическими вставками 6 дополнительные сепарационные пространства 45) снабжены расположенными над трактами удаления крупного продукта 9 отверстиями поддува 14, снабженными регуляторами расхода воздуха 12.
Усеченный сдвоенный сборный конус 7 состоит из двух усеченных конусов большего и меньшего размеров, которые соединены между собой так, чтобы больший диаметр меньшего конуса был направлен вверх, а больший диаметр большего конуса был направлен вниз. При этом размер сочленяемых диаметров этих конусов выбирается из соображений целесообразного количества рециркуляции классифицируемого материала.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Под воздействием разрежения, создаваемого внешним вентилятором, подключенным через регулятор расхода (внешнее устройство) к тракту удаления мелкого продукта 10 (фиг.1), исходный материал засасывается в устройство через загрузочную трубу 1. Отражаясь на рассеивателе 3, он через полости для поступления исходного материала 2 попадает в основное сепарационное пространство 44 первой секции 11, образованной ее цилиндрическим корпусом 5 и соответствующей центральной вставкой 20.
Под воздействием восходящего сепарационного потока воздуха мелкие частицы выносятся в основное сепарационное пространство 44 следующей по ходу материала снизу вверх секцией 11. Крупные частицы с захваченными ими частью мелких частиц опускаются вниз, и по усеченному сдвоенному сборному конусу 7 часть из них повторно попадает в основное сепарационное пространство 44 и, будучи подхваченной потоком исходного материала, проходит перечистку.
Другая часть спускающихся вниз частиц по усеченному конусу 17 или по внешней части усеченного сдвоенного сборного конуса 7 попадает в дополнительное сепарационное пространство 45, образованное цилиндрическим корпусом 5 и цилиндрической вставкой 6, где под воздействием восходящего потока воздуха, поступающего в это дополнительное сепарационное пространство 45 через отверстие поддува 14, очищается от соосаждающейся совместно с крупными частицами мелкой фракции, которая выносится в основное сепарационное пространство и поступает в следующую секцию 11.
Плавной регулировкой общего расхода воздуха внешним шибером, а также поддувом воздуха через ряд отверстий 15 расход через которые определяется регуляторами расхода 12 на трактах поддува 13, определяется граничное зерно классификации в основном сепарационном пространстве 44, а расходом через отверстие поддува 14, регулируемым регулятором расхода воздуха 12, устанавливается скорость перечистки в дополнительном сепарационном пространстве 45.
Соотношением вертикальных проекций площадей составных частей усеченного сдвоенного сборного конуса 7 и усеченного конуса 17 к площади основного сепарационного пространства 44 определяется степень циркуляции классифицируемого материала и соответственно число его перечисток в основном 44 и дополнительном 45 сепарационных пространствах.
При этом аналогично с прототипом интенсивное поперечное смещение и частиц, и потоков воздуха, вертикально направленного основного классифицирующего воздействия в турбулизаторе 8 способствуют деагломерации частиц и выравниванию их средних скоростей для частиц одной крупности, что также повышает эффективность классификации.
Переходя в основное сепарационное пространство 44 следующей секции 11, имеющей большее сечение и меньшую сепарационную скорость, мелкие частицы первой стадии разделения распределяются по всему его сечению, взаимодействуя с отражателем 21.
Здесь происходят те же процессы классификации по крупности (по скоростям витания), как и в первой секции 11, с той только разницей, что расходом воздуха через ряд отверстий 15 плавно регулируется соотношение скоростей витания в этой и предыдущей секциях 11. Это позволяет в достаточно широком пределе менять граничные крупности разделения соседних фракций без изменения конструктивных размеров устройства.
В верхней секции 11 мелкий продукт разделения через полости удаления мелкого продукта 27 и тракт удаления мелкого продукта 10 направляется в систему пылеосаждения при содействии верхнего сборного конуса 26.
Крупный материал каждой секции 11 по наклонному днищу 4 поступает в тракт удаления крупного продукта 9, в котором через герметизирующий отгружатель 42 выводятся их устройства.
Особенностью верхней секции является и то, что в ней дополнительный воздух в основное сепарационное пространство 44 может подаваться не только через тракт поддува 13, но и через верхние отверстия поддува 18, снабженные шиберами 19. Это в ряде случаев может существенно снизить металлоемкость устройства и трудоемкость его изготовления.
Ступенчатая регулировка соотношений граничных крупностей секций 11 может производиться за счет установки центральных цилиндрических вставок 20 различного диаметра, что позволяет изменять площади основных сепарационных пространств 44.
Для высокоадгезионных и коагулирующих материалов может применяться встряхивание либо всех (фиг.1), либо части элементов устройства (фиг.2), способствующее повышению эффективности процессов классификации.
Это позволяет снизить границу разделения в гравитационном классификаторе до крупностей, характерных только для центробежной классификации (20-30 мкм).
В этих случаях вибрация от внешних вибраторов 24 передается либо через корпус устройства всем его элементам (фиг.1), либо (фиг.2) его центральным цилиндрическим вставкам 20 с трактом подачи исходного материала 1 и трактом удаления мелкого продукта 10, на которых через закрепленные жестко с ним радиальные подвесы 29 и кольцевые 30 - к свободно висящим элементам турбулизатора 23.
Для равномерного распределения вибрационного воздействия по высоте устройства используются: пружинные упоры 32 регулируемой жесткости и натяга, располагаемые в одном или нескольких местах, один или несколько внешних вибраторов 24 различных параметров по направлению, частоте и амплитуде вибрации, а также элементы турбулизатора 23 различной формы, размеров и направления размещения относительно оси устройства.
Общее требование к элементам турбулизатора 23 - их более чем в 100 раз меньший объем, в котором они функционируют в сравнении с объемом сепарационных пространств 44, 45, в котором они размещены.
Это гарантирует эффективное перемешивание пылевоздушных потоков, обеспечивающих эффективное усреднение условий классификации по всему сепарационному пространству вне зависимости от его площади, что дает возможность создавать классификаторы практически любой производительности, без ущерба эффективности классификации в них и минимальной граничной крупности.
Передача вибрационного воздействия только на активные элементы элементы устройства (фиг.2) существенно снижает энергозатраты и делает возможным классифицировать сверхтонкие материалы по крупности 20-30 мкм с производительностью по исходному продукту до десятков тонн в час.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет:
- в широком диапазоне граничных крупностей (от 20 до 5000 мкм) производить многофракционное разделение на теоретически любое число фракций с производительностью до десятков т/час;
- конструктивно ступенчато регулировать соотношение граничных крупностей разделения за счет соотношения диаметров цилиндрических корпусов 5 и диаметров съемных центральных цилиндрических вставок 20;
- конструктивно ступенчато регулировать степень рециркуляции материала в основном 44 и дополнительном 45 сепарационных пространствах за счет изменения размеров составных усеченных сдвоенных сборных конусов 7 и усеченных конусов 17 (в ряде случаев вообще отказываясь от их применения из соображений технологической или конструктивной целесообразности);
- плавно регулировать граничные крупности разделения в каждой секции как за счет общего расхода воздуха внешним шибером, так и за счет регулируемых поддувов в основное сепарационное пространство 44 через ряд отверстий 15 (или верхние отверстия поддува 18), так и за счет расходов воздуха через отверстия поддува 14 (которым одновременно можно плавно регулировать эффективность классификации, изменяя соотношение скоростей в основном 44 и дополнительном 45 сепарационных пространствах);
- изменяя конфигурацию, размеры, способы размещения, а также интенсивность вибрации элементов турбулизатора 23, можно достигать наиболее эффективного разделения по каждой из граничных крупностей, с минимальными энергозатратами (этому же способствует и изменение мест приложения вибрации от внешних вибраторов 24 и расположения пружинных упоров 32).
Целесообразность использования устройства с совмещенными функциями цилиндрического корпуса 5 и цилиндрической вставки 6, устройства без центральной цилиндрической вставки 20, в котором обтекатель 21 (фиг.3) закреплен на распорках 28, применение или неприменение усеченного сборного сдвоенного конуса 7 и усеченного конуса 17 диктуется особенностями классифицируемого материала, необходимым количеством фракций, гранулометрическим составом продуктов разделения, целесообразной эффективностью классификации и производительностью процесса.
На фиг.4 представлен вариант устройства, в котором из-за особенностей исходного материала технологический процесс классификации целесообразно вести по схеме от мелкого к крупному.
Из загрузочной воронки 33 через полости для поступления исходного материала 2 классифицируемый продукт на коническом рассеивателе 3 и распределительном устройстве 36 равномерно распределяется в верхней секции 11 по сечению основного сепарационного пространства 44 максимального размера, образованного цилиндрическим корпусом 5 наибольшего в устройстве диаметра и цилиндрической вставкой 20.
Поскольку через все устройство проходит поток воздуха постоянного расхода в основном сепарационном пространстве 44 этой секции 11 устанавливается минимальная скорость восходящего потока и соответственно наименьшая граничная крупность разделения.
Потоком восходящего воздуха, засасываемым из атмосферы внешним вентилятором (соединенным с трактом удаления мелкого продукта 10), через тракт подачи воздуха 39 мелкий продукт выносится через тракт удаления мелкого продукта 10 в систему пылеосаждения, а крупный продукт этой стадии классификации по усеченному коническому сборнику 43 полости удаления крупного продукта 34 и по центральной цилиндрической вставке 20 под действием силы тяжести поступает во вторую секцию 11.
В ней по аналогии с предыдущей секцией 11 через полости поступления исходного материала 2 на коническом рассеивателе 3 и распределительном устройстве 36 крупный продукт предыдущей стадии разделения рассеивается в основном сепарационном пространстве 44 этой секции 11 меньшего, чем предыдущей секции 11, диаметра.
Здесь происходит разделение по крупности на два класса, граничная крупность которых определяется сечением основного сепарационного пространства 44 этой секции 11 и общим расходом засасываемого из атмосферы воздуха через тракт подачи воздуха 39.
При этом мелкая фракция этой стадии классификации, поднимаясь вверх, попадает в резко расширяющееся пространство в зоне нижней части цилиндрического корпуса 5 верхней секции 11 и, будучи отброшена восходящим сепарационным потоком к периферии, выпадает из него на наклонное днище 4 верхней секции и, сползая по нему в тракт удаления крупного продукта 9, через герметизирующий отгружатель 42 выводится из устройства.
Для поступления снизу вверх потока классифицирующего воздуха из секции 11 в секцию в коническом сборнике 43 у его большего диаметра выполнен ряд нерегулируемых отверстий 37, которые предохраняются от попадания в них сползающих по этому устройству частиц крупного продукта классификации этой секции 11 защитным конусом 38, меньший диаметр которого по вертикали надежно перекрывает ряд нерегулируемых отверстий 37 конического сборника 43.
В нижней секции 11 поступающий через тракт подачи воздуха 39 и полости поступления воздуха 40 сепарационный поток равномерно распределяется по сечению основного сепарационного пространства 44 коническим рассеивателем 3, вершина которого направлена вниз навстречу потоку воздуха.
Таким образом, материал, опускаясь под действием силы тяжести сверху вниз из одной секции 11 в другую за счет уменьшения диаметров цилиндрических корпусов 5, попадает в основные сепарационные пространства 44 под воздействием восходящих потоков воздуха возрастающей сверху вниз скорости, за счет чего в каждой из них он разделяется на два соответствующей граничной крупности продукта, так же возрастающих сверху вниз размеров частиц.
На фиг.5 представлена модификация вышеописанного варианта устройства, в котором использованы способы плавного регулирования скоростей сепарационного воздуха как в основном 44, так и в дополнительном 45 сепарационных пространствах, позволяющих производить перечистку продуктов разделения, плавно изменяя эффективность классификации в каждой секции 11, и, в определенной степени, - соотношения граничных крупностей в классифицирующих секциях 11.
Для этого в каждую (или часть из них) секцию 11 дополнительно введены цилиндрические вставки 6 с усеченными сдвоенными сборными конусами 7, образующими совместно с наклонными днищами 4 внутренние полости цилиндрических вставок 16.
Через тракты поддува 14 и ряд отверстий 15 подается дополнительный регулируемый поток воздуха, который производит перечистку выпадающего крупного продукта данной стадии классификации и дополнительно регулирует расход основного классифицирующего потока последующей секции 11.
При этом в дополнительные сепарационные пространства 45 секций 11, по которым опускается на наклонное днище 4 крупный продукт, через отверстия поддува 14 подается дополнительный регулируемого расхода продувочный воздух, осуществляющий контрольную перечистку крупного продукта, что также дает возможность регулировать эффективность классификации каждой секции 11 практически независимо друг от друга.
С целями, аналогичными описанным для устройств фиг.1, 2, 3, здесь используют турбулизаторы 8, заполняющие основные 44 и дополнительные 45 сепарационные пространства, внешние вибраторы 24, эластичный подвес 25 и пружинные упоры 32.
Для этого варианта устройства может быть использована и независимая вибрация только элементов турбулизатора 23 по аналогии с изображенными на фиг.2 с применением герметичных эластичных соединений 31 (фиг.2) и неподвижного крепления блока цилиндрических корпусов 5 и жестко соединенных с ним деталей устройства.
Применение варианта устройства по фиг.4 и 5 позволяет, приспособив конструкцию многофракционного классификатора к физическим свойствам исходного материала и его гранулометрическому составу, существенно снизить удельную металлоемкость, энергоемкость процесса и уменьшить занимаемые производственные площади.
Предлагаемые устройства могут найти широкое применение при производстве сухих строительных смесей, изготовлении абразивных материалов, стекла в химическом производстве, при переработке отходов аккумуляторного, фарфорового, фаянсового и кирпичного производств.
Источники информации
1. Барский М.Д., Ревнивцев В.Н., Соколкин Ю.В. "Гравитационная классификация дисперсных материалов", М., 1972 г.
2. Патент РСФСР №2003384 "Устройство для разделения порошкообразных материалов по крупности", Богданов Л.К., 08.10.1991 г.