УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА В ТРУБОПРОВОД ПНЕВМОТРАНСПОРТНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к транспортированию сыпучих материалов, а именно к устройствам для подачи сыпучего материала в трубопровод пневмотранспортной установки.
Известно устройство для подачи сыпучего материала в трубопровод пневмотранспортной установки, содержащее корпус с патрубком для подачи материала, сопло для подачи сжатого воздуха, установленное в корпусе с возможностью продольного Перемещения в направлении, перпендикулярном оси патрубка для подачи материала, и кольцевой упругий элемент, закрепленный внешней и внутренней поверхностями соответственно по периметру внутренней поверхности корпуса и по периметру наружной поверхности сопла (АС СССР №418408, B65G 53/14, опубл. 05.03.74, бюл. №9).
Недостатки аналога: упругий элемент выполнен в виде торообразной эластичной камеры, которая является сложным в изготовлении элементом; возможно заклинивание материала между корпусом и упругим элементом.
Известно устройство для подачи сыпучего материала в трубопровод пневмотранспортной установки, содержащее корпус с патрубком для подачи материала, сопло для подачи сжатого воздуха, установленные в корпусе с возможностью продольного перемещения в направлении, перпендикулярном оси патрубка для подачи материала, и кольцевой упругий элемент, закрепленный внешней и внутренней поверхностями соответственно по периметру внутренней поверхности корпуса и по периметру наружной поверхности сопла. Оно снабжено смонтированной на сопле втулкой, расположенной за кольцевым упругим элементом и имеющей наружную поверхность с поперечным сечением, соответствующим поперечному сечению внутренней поверхности корпуса, а кольцевой упругий элемент выполнен в виде диафрагмы (АС СССР №988720, B65G 53/14, опубл. 15.01.83, бюл. №2).
2
3
Работа пневмотранспорта по приведенной схеме характеризуется относительно невысокой массовой концентрацией и высокой скоростью воздушного потока, которая в начале трассы обычно составляет от 15 до 30 м/с, а в конце - от 60 до 90 м/с.Как известно сопротивление трассы пропорционально квадрату скорости: ΔР~kW, а потребляемая мощность пропорциональна скорости в кубе: N~kW. Таким образом, высокие скорости движения потока приводят к увеличенному расходу сжатого воздуха и электроэнергии для работы компрессора, а также к интенсивному износу материалопровода. Если скорость потока в начале трассы ниже критической, происходит залегание материала, что снижает надежность пневмотранспорта.
При залегании транспортируемого материала на днище трубопровода (образовании «поршня») резко повышается давление в материалопроводе, что вызывает прорыв сжатого воздуха в бункер для хранения материала, выброс частиц материала из него в атмосферу и потерю работоспособности устройства.
В качестве запорно-возвратного элемента устройства использована пружина, характеристика которой изменяется в процессе эксплуатации. К тому же жесткая отдача сжатой пружины при закрытии выгрузного отверстия патрубка для подачи материала втулкой-шибером, с растянутой на ее наружной поверхности диафрагмой, вызывает сокращение срока службы последней.
Применение пневмоцилиндра связано с периодическим выбросом сжатого воздуха в атмосферу, что вызывает повышенный шум при работе.
Недостатки прототипа: невысокая надежность из-за отсутствия средств, исключающих возможность прорыва сжатого воздуха в бункер при работе и наступления потери работоспособности при образовании «поршня» в материалопроводе, а также сокращения срока службы диафрагмы вследствие ее периодических ударов о поверхность выгрузного отверстия патрубка под действием усилия сжатой пружины.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности и расширение диапазона работы устройства.
Конструкцией заявляемой полезной модели обеспечиваются два режима работы: непрерывный (подобный прототипу) и циклический, в котором периоды загрузки материала и подачи сжатого воздуха разделены по времени и осуществляются последовательно, что является отличительным признаком заявляемого устройства и позволяет автоматически (или вручную) переводить устройство на режим высоконапорного импульсного пневмотранспортирования материала в плотном слое при повышении давления в материалопроводе до заданного значения. Способность автоматически переходить на работу при высоких массовых концентрациях смеси повышает надежность работы заявляемого устройства, так как исключает прорыв сжатого воздуха в бункер с материалом при возникновении «поршня» в материалопроводе, когда скорость воздушного потока становится меньше критической.
Повышение надежности работы заявляемого устройства по сравнению с прототипом также осуществляется путем увеличения срока службы диафрагмы за счет исключения ее удара при каждом выключении устройства о поверхность выгрузного отверстия патрубка под действием усилия сжатой пружины. В заявляемом устройстве вытесняемый из полости исполнительного цилиндра сжатый воздух проходит через демпфер и за счет своей упругости выполняет функцию пружины, что позволяет снизить динамические нагрузки в момент контакта диафрагмы со скосом отверстия патрубка.
Расширение диапазона работы заявляемого устройства по сравнению с прототипом обеспечивается конструктивной возможностью его применения и в схеме высоконапорного импульсного транспортирования (в плотном слое), которая характеризуется высокой массовой концентрацией материала и сравнительно низкой скоростью транспортирования - не более 2…6 м/с в начале трассы и 20…25 м/с в конце трассы, то есть скорость воздушного потока становится меньше критической. Такое транспортирование позволяет снизить удельный расход сжатого воздуха, увеличить производительность подачи, существенно уменьшить износ материалопровода и снизить измельчение транспортируемого материала.
Решение задачи достигается тем, что расположенные в корпусе нижнее и верхнее отверстия питающих пневмолиний выполнены с возможностью периодического поочередного их закрытия при работе устройства поверхностью втулки, снабженной диаметральным каналом для подвода сжатого воздуха к соплу путем соединения одного из концов этого канала с названными отверстиями питающих пневмолиний при одновременном запирания другого конца диаметрального канала стенкой корпуса. Кроме того, сопло снабжено свободно установленным в цилиндре поршнем с правым штоком, а втулка содержит кольцевую проточку с глухим пазом в ее нижней части, постоянно соединенным с полостью левого штока цилиндра, подключенного к схеме цикловой пневмоавтоматики, управляемой посредством реле давления или в ручном режиме, контроль крайних положений поршня в которой осуществляется с помощью датчиков контроля положения, продолжительность периода подачи воздуха через сопло устанавливается посредством реле времени, а скорость поршня - регулировкой дросселей с обратными клапанами.
На фиг.1 изображено заявляемое устройство в положении загрузки и подачи материала (положение 5/2-распределителя 24 и концевого выключателя 15 соответствует выдвижению поршня 4 в крайнее правое положение), а на фиг.2 - это же устройство в положении подачи материала при закрытом отверстии патрубка 2 (поршень втянут, занимая в цилиндре 5 крайнее левое положение).
Устройство содержит корпус 1, патрубок 2 для подачи материала, сопло 3 для подачи сжатого воздуха, одновременно являющееся левым штоком с установленным на нем поршнем 4 цилиндра 5 с полостями А и Б, снабженного пневмолиниями 6, 7, диафрагму 8, закрепленную на внутренней поверхности корпуса и на внешней поверхности сопла, жестко соединенную с соплом втулку 9 с кольцевой проточкой 10 и глухим пазом 11, которая способна вместе с поршнем совершать возвратно-поступательные движения в цилиндре, скорость которого регулируется дросселями 12а и 126 с обратными клапанами 13а и 136, занимая крайние положения, ограниченные датчиками контроля положения (конечными выключателями) 14, 15 и удерживаться в крайнем левом (закрытом) положении, на период подачи воздуха через сопло, посредством реле времени 16, включающем обратный клапан 17, регулируемый дроссель 18, емкость 19 и 3/2-распределитель 20. Расположенные в цилиндре и постоянно соединенные с источником сжатого воздуха (на фигуре не показан) нижнее 21 и верхнее 22 отверстия питающего пневмопровода выполнены так, что в крайних положениях хода втулки оказываются попеременно заперты наружной ее поверхностью, а диаметральный канал 23 для подачи сжатого воздуха во втулке при этих положениях попеременно соединен с одним из названных отверстий цилиндра или заперт стенкой цилиндра. Работа схемы цикличной пневмоавтоматики обеспечивается соединенными с источником сжатого воздуха 5/2-распределителем 24 с двусторонним пневматическим управлением 24а и 246 и вспомогательным ручным управлением, пневмокнопкой 25, логическим элементом «ИЛИ» 26, реле давления 27, включающим клапан последовательности 28 и 3/2-распределитель 29, клапаном «логического отрицания» 30 и клапаном двух давлений 31 (клапан «И»). Для снижения шума при работе установки предусмотрен глушитель 32.
Устройство работает следующим образом.
1. Непрерывный режим работы пневмотранспортной системы: одновременная загрузка и подача сыпучего материала при неподвижном поршне, находящемся в выдвинутом (исходном), крайнем правом положении.
В режиме установившегося («обычного») пневмотранспортирования, не допускающего прорыва сжатого корпуса в бункер, а именно, при отсутствии залегания материала на днище материалопровода («грядового режима», сопровождающегося резкими колебаниями давления воздуха) и при условии, когда давление столба аэрировавнного материала в бункере превышает давление в полости корпуса 1, происходит постоянная одновременная загрузка сыпучим материалом корпуса 1 через патрубок 2 и подача материала (фиг.1). Сопло 3, втулка 9 и поршень 4 при этом постоянно находятся в крайнем правом положении. Расположенное в цилиндре 5 нижнее отверстие питающего пневмопровода 21 оказывается запертым наружной поверхностью втулки 9, а диаметральный канал 23 во втулке 9 и сопло 3 соединены посредством верхнего отверстия 22 с линией сжатого воздуха, поступающего от его источника через открытый клапан 30 (пневмокнопка 25 - отпущена). Сжатый воздух, подаваемый через сопло 3 одновременно с загрузкой корпуса 1, создает определенное разрежение, засасывает материал через патрубок 2 и направляет его по полости корпуса 1 для дальнейшего транспортирования.
При этом на все распределители, за исключением концевого выключателя 15, включенного кулачком штока, не действует сигнал управления, выход клапана 31 закрыт, полость А посредством пневмолиний 6 находится под давлением воздуха, а полость Б - соединена с атмосферой пневмолинией 7, поршень 4 и его шток остаются в выдвинутом положении. Если при пуске системы поршень оказался не в исходном положении, то необходимо провести коррекцию с помощью вспомогательного ручного управления 5/2-распределителем 24. Скорость выдвижения звена «сопло-втулка-поршень-шток» настраивается с помощью дросселя 12б с обратным клапаном 13б.
2. Циклический режим работы пневмотранспортной системы: «загрузка материала - подача сжатого воздуха - транспортирование материала». Поршень совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре в автоматическом или ручном режимах, периоды загрузки материала и подачи сжатого воздуха соплом разделены по времени и осуществляются последовательно. Продолжительность цикла регулируется средствами пневмоавтоматики.
При повышении давления в полости корпуса 1 и, соответственно, на входе в реле давления 27 до заданного уровня настройки, по сигналу от клапана 28 переключится 3/2-распределитель 29, сигнал от которого поступит на вход клапана 26 «ИЛИ» и вызовет отключение подачи сжатого воздуха в сопло 3 через отверстие 22 путем закрытия клапана 30. Одновременно сигнал от клапана 26 открывает ранее закрытый клапан двух давлений (клапан «И») 31, выходной сигнал от которого поступает на вход 24б 5/2-распределителя 24, который переключается. Таким образом, может осуществляться переход на режим работы высоконапорного импульсного транспортирования (в плотном слое, т.е. с увеличенной массовой концентрацией смеси). Отключения подачи сжатого воздуха в сопло 3 через 3/2-распределитель, а также переключения при этом 5/2-распределителя 24 на втягивание поршня 4 можно выполнить вручную, нажав пневмокнопку 25. Сжатый воздух поступает по пневмолинии 7 в полость Б цилиндра 5 и звено «сопло-втулка-поршень-шток» втягивается, а концевой выключатель 15, освобождаясь, выключается. Хотя сигнал на входе 24б 5/2-распределителя снимается, однако положение его золотника (обладающего свойством памяти) не изменяется. Скорость поршня регулируется с помощью дросселя 12а с обратным клапаном 13а.
Во втянутом положении (фиг.2) поршень 4 занимает в цилиндре 5 крайнее левое положение, диафрагма 8 плавно прижата втулкой 9 к выходному отверстию патрубка 2, имеющего скос, закрывая его. Сжимаемый при движении в цилиндре 5 поршнем 4 воздух, за счет своей упругости, выполняет функцию пружины, что позволяет снизить динамические нагрузки в момент контакта диафрагмы 8 со скосом отверстия патрубка 2. Этому также сопутствует процесс дросселирования удаляемого из полости А в атмосферу по пневмолинии 6 воздуха через глухой паз 11 кольцевой проточки 10, выполняющий функцию демпфера. При этом наступает совпадение отверстий питающей пневмолинии 21 и диаметрального канала 23 втулки 8 и сжатый воздух вновь подается в сопло 3, осуществляя подачу сыпучего материала, но уже при закрытом отверстии патрубка 2. Продолжительность периода подачи воздуха через сопло 3 устанавливается посредством реле времени 16. Диафрагма 8 обеспечивает свободное перемещение сопла 3 при сильном загрязнении между корпусом 1 и соплом 3 и исключает его заклинивание.
При достижении поршня 4 крайнего левого положения включается концевой выключатель 14. Через входящий в состав реле времени 16 дроссель 18 с обратным клапаном 17 начинается заполнение емкости 19 воздухом. Скорость увеличения давления в емкости 19 зависит от настройки дросселя 18.
После достижения необходимого давления срабатывания 3/2-распределитель 20 включается на проход воздуха и на управляющем входе 24а 5/2-распределителя 24 появляется сигнал. Распределитель 24 переключается и звено «сопло-втулка-поршень-шток» вновь выдвигается. В начале процесса выдвижения переключается концевой выключатель 14 и емкость 19 реле времени 16 соединяется с атмосферой через дроссель 18 с обратным клапаном 17 и концевой выключатель 14. Как следствие, 3/2-распределитель 20 реле времени переключается в исходное состояние. Это приводит к снятию сигнала с управляющего канала 24а 5/2-распределителя 24. Когда поршень 4 займет исходное (крайнее правое) положение, то опять включится концевой выключатель 15 и начнется следующий цикл работы установки.
Продолжительность цикла работы установки (в том числе выдержка «на упоре» в течение нагнетания воздуха через сопло) варьируется посредством настойки вышеназванных элементов пневмоавтоматики в зависимости от производительности и расстояния транспортирования сыпучего материала.