ЦЕНТРОБЕЖНОЕ УСТРОЙСТВО ВЫБОРОЧНОГО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ПОРОШКООБРАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТАКОГО УСТРОЙСТВА
CENTRIFUGAL SELECTIVE SIZE GRADER OF SOLID POWDERS AND METHOD OF ITS APPLICATION

Изобретение относится к центробежному устройству для выборочного гранулометрического разделения твердых порошкообразных веществ, а также к способу использования такого устройства.
Устройство этого типа позволяет разделять поток частиц, находящихся в потоке газа на две фракции: одну мелкую, меньше заданного гранулометрического размера, другую крупную размером, превышающим указанный гранулометрический размер.
В соответствующей области техники такое устройство называют также «воздушный центробежный классификатор».
Разделение осуществляют при помощи цилиндрического ротора с вертикальной осью, оборудованного лопастями, равномерно распределенными по его периферии, между которыми на частицы действуют противоположные силы, то есть, с одной стороны, центробежная сила, создаваемая вращением ротора и стремящаяся отбросить эти частицы, и, с другой стороны, увлекающая сила потока, создаваемая скоростью газа, стремящегося к центру ротора, которая стремится увлечь их вместе с ним к выходу указанного газа.
Таким образом, центробежная сила будет больше для частиц более крупного размера, а увлекающая сила потока будет больше для частиц более мелкого размера, что и обеспечивает гранулометрическое разделение обрабатываемых веществ. Таким образом, вещества размером, меньшим заданного гранулометрического размера разделения, увлекаются вместе с газом к выходу указанного газа, тогда как вещества размером, большим указанного заданного гранулометрического размера, за счет силы тяжести падают вниз и собираются.
Такие высокоэффективные устройства разделения описаны, в частности, в документах FR 2642994 или FR 2658096.
Подачу предназначенных для обработки веществ можно осуществлять одновременно через верхнюю часть за счет силы тяжести, и в этом случае, как правило, вещества рассеиваются вращающейся площадкой, неподвижно соединенной с ротором, или во взвешенном состоянии во входящем газе, или путем комбинирования двух вышеуказанных способов подачи.
В известных устройствах сбор веществ размером, превышающим заданный гранулометрический размер разделения, происходит через бункер 5 в виде перевернутого конуса, расположенный под ротором. Стенки бункера могут иметь большой наклон относительно горизонтали, как правило, от 50 до 60° для обеспечения прохождения веществ под действием собственного веса к выходу в вершине конуса. Этот наклон определяет высоту конусного бункера, которая является существенной частью высоты устройства в сборе. Таким образом, высоту этого бункера невозможно уменьшить, что может создать проблемы его интегрирования в некоторые установки.
Кроме того, конструкция и габариты этого бункера требуют расположения двигателя привода ротора в верхней части устройства. Для этого за выходом газа сразу выполнено колено, чтобы двигатель привода ротора можно было установить над этим коленом. Однако эта конфигурация предполагает достаточную длину вала вращения, соединяющего двигатель и ротор, чтобы он мог пройти через колено. Внутри этого колена вал вращения должен быть защищен трубой, специальное наружное покрытие которой должно обладать абразивной стойкостью.
Однако из документа GB 943722 известен селектор предыдущего поколения, выполненный с возможностью разделения порошкообразных веществ на две фракции: одну мелкого гранулометрического размера и другую крупного гранулометрического размера, в котором сбор веществ обеспечивается системой сбора с псевдоожиженным слоем, имеющей небольшой наклон, что позволяет уменьшить высоту устройства.
Другим недостатком устройства этого типа является то, что разделение между частицами меньшего или большего размера не является идеальным, поскольку часть мелких частиц размером, меньшим указанного заданного гранулометрического размера, падает в бункер вместе с более крупными частицами.
Поток указанных мелких частиц, отбрасываемых вместе с крупными веществами, обычно называют «обходным потоком разделения», и он представляет собой недостаток. Причиной этого недостатка может быть групповой эффект, при котором мелкие частицы, связанные с более крупными частицами, отбрасываются ротором, падая в бункер, а также плохая подача порошкообразных веществ в устройство.
Задачей настоящего изобретения является устранение всех или части вышеупомянутых недостатков.
В частности, задача изобретения состоит в создании устройства и способа, позволяющих уменьшить обходной поток разделения, то есть количество мелких веществ, отбрасываемых вместе с крупными веществами.
Также задача изобретения состоит в создании устройства гранулометрического разделения, имеющего ограниченный габаритный размер по высоте.
Также задача изобретения состоит в создании устройства с упрощенной архитектурой привода ротора.
Другие задачи и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера.
Поставленная задача решена в центробежном устройстве выборочного гранулометрического разделения твердых порошкообразных веществ, выполненном с возможностью разделения веществ на две фракции: фракцию мелких веществ и фракцию крупных веществ, содержащем:
- кожух,
- цилиндрический ротор, вращающийся относительно указанного кожуха вокруг вертикальной оси, находящийся внутри указанного кожуха, оборудованный лопастями, распределенными на периферии указанного ротора,
- средства подачи в указанный кожух потока газа, входящего в указанный ротор через указанные лопасти,
- набор лопаток, внутренних относительно указанного кожуха и окружающих указанный ротор, выполненных неподвижно относительно указанного кожуха и, в случае необходимости, регулируемых с возможностью изменения направления, расположенных коаксиально с лопастями таким образом, чтобы через них мог проходить указанный входящий поток газа,
- средства подачи в указанный кожух предназначенных для сортировки твердых веществ,
- выход ротора, при этом указанный выход позволяет удалять указанный поток газа и увлекаемые с ним мелкие вещества,
- средства сбора, расположенные ниже указанного ротора, для не увлекаемых газом падающих крупных веществ.
Согласно изобретению указанные средства сбора содержат периферическую систему с псевдоожиженным слоем, слой в которой расположен вокруг оси указанного цилиндрического ротора, по меньшей мере, под указанными лопатками и промежуточным пространством, заключенным между указанными лопатками и указанным ротором, при этом скорость газа псевдоожижения в горизонтальном сечении псевдоожиженного слоя меньше 1 м/с, чтобы производить новое разделение между мелкими веществами и крупными веществами, при котором указанные мелкие вещества направляются обратно в промежуточное пространство между указанными лопатками и указанным ротором.
Объектом изобретения является также способ использования устройства гранулометрического разделения в соответствии с настоящим изобретением, в котором фракцию порошкообразного вещества подают в указанный кожух между лопатками и ротором устройства и делят ее, с одной стороны, на мелкую фракцию вещества с размером частиц, меньшим заданного гранулометрического размера, увлекаемую указанным потоком газа через ротор к выходу, в частности к верхнему выходу устройства, и, с другой стороны, на крупную фракцию с размером частиц, превышающим указанный заданный гранулометрический размер, отбрасываемую ротором в направлении указанных средств сбора устройства, при этом согласно способу среднюю скорость воздуха псевдоожижения в горизонтальном сечении псевдоожиженного слоя задают ниже 1 м/секунду, чтобы свести к минимуму в выбросах количество частиц, меньших указанного заданного гранулометрического размера.
Изобретение будет более понятно из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 схематично показано известное устройство гранулометрического разделения;
на фиг.2 показано устройство гранулометрического разделения в соответствии с настоящим изобретением согласно варианту осуществления;
на фиг.3 схематично показано устройство в соответствии с настоящим изобретением согласно второму варианту осуществления;
на фиг.4 изображен график, показывающий для известной установки, представленной на фиг.1, степень выброса в зависимости от диаметра частиц;
на фиг.5 схематично показано устройство в соответствии с настоящим изобретением согласно третьему варианту осуществления.
На фиг.1 схематично показано известное устройство разделения.
Это устройство 1' содержит кожух 6', внутри которого вокруг вертикальной оси может вращаться ротор 2', оборудованный лопастями 3' на своей периферии.
Набор лопаток 7' окружает ротор 2' напротив лопастей. Лопатки позволяют направлять поток газа в направлении лопастей 3' к центру ротора. Лопатки 7' оборудованы поворотными пальцами вдоль вертикальной оси, обеспечивающими движение лопаток для регулирования их ориентации, чтобы адаптировать скорость газов, достигающих ротора, к скорости вращения ротора.
Поворотные пальцы всех направляющих лопаток соединены с единым устройством, позволяющим одновременно направлять все лопатки под одинаковым углом относительно периферической поверхности ротора.
Бункер 10', расположенный ниже ротора и лопаток устройства, обеспечивает сбор падающих веществ, отбрасываемых ротором, тогда как вещества, увлекаемые всасываемыми газами, удаляются через выход 9'.
За этим выходом 9' сразу выполнено колено 90', что позволяет установить двигатель привода ротора над этим коленом. Вал 21' вращения, принадлежащий одновременно ротору и его приводу (не показан), проходит через это колено, внутри которого он защищен трубой 22'.
Подачу газа в устройство осуществляют через кожух 6', а также через вертикальную трубу 5', продолжающую указанный кожух 6' вниз, охватывая бункер 10'.
Предназначенные для сортировки вещества можно подавать во взвешенном состоянии в потоке подаваемого газа или можно вводить через верхнюю часть ротора на уровне точек 8' подачи.
Как показано на фиг.1, в известном решении бункер 10' имеет высоту, которая является определяющей для устройства и является частью габаритного размера по высоте. Кроме того, наличие бункера вынуждает устанавливать двигатель привода над ротором 2'.
Объектом изобретения является центробежное устройство 1 выборочного гранулометрического разделения твердых порошкообразных веществ, содержащее:
- кожух 6,
- цилиндрический ротор 2, вращающийся относительно указанного кожуха вокруг вертикальной оси, находящийся внутри указанного кожуха и оборудованный лопастями 3, распределенными по периферии указанного ротора,
- средства подачи в указанный кожух 6 потока газа, входящего в указанный ротор 2 через указанные лопасти 3,
- набор лопаток 7, установленных неподвижно внутри кожуха 6 и окружающих ротор 2, выполненных, в случае необходимости, с возможностью регулирования своего направления и расположенных коаксиально с лопастями так, чтобы через них мог проходить указанный входящий поток газа,
- средства подачи в указанный кожух 6 предназначенных для сортировки твердых веществ,
- выход, в частности верхний выход указанного ротора 2, в частности расположенный относительно указанных средств подачи потока газа таким образом, чтобы создавать восходящий поток газа внутри указанного ротора, при этом указанный выход 9 позволяет удалять указанный поток газа, в частности восходящий поток, и увлекаемые с ним мелкие вещества,
- средства 10 сбора, расположенные ниже указанного ротора 2, для не увлекаемых газом падающих крупных веществ.
Тот факт, что лопатки 7 являются неподвижными относительно кожуха 6, означает, что они не вращаются вместе с лопастями 3 ротора. Вместе с тем, эти лопатки выполнены с возможностью, в случае необходимости, изменять направление, чтобы адаптировать скорость газа, достигающего ротора, к скорости вращения указанного ротора.
Для этого лопатки 7 можно оборудовать поворотными пальцами вдоль вертикальной оси, при этом поворотные пальцы всех направляющих лопаток соединены с единым устройством, которое позволяет одновременно ориентировать все лопатки под одним углом относительно периферической поверхности ротора.
Согласно изобретению указанные средства 10 сбора содержат периферическую систему с псевдоожиженным слоем, слой в которой расположен вокруг оси А указанного цилиндрического ротора 2, по меньшей мере, под указанными лопатками 7 и под промежуточным пространством, заключенным между указанными лопатками 7 и указанным ротором 2.
Кроме того, чтобы уменьшить обходной поток разделения, скорость газа псевдоожижения в горизонтальном сечении псевдоожиженного слоя предусматривают меньше 1 м/с, в частности в пределах от 30 до 50 мм/с, чтобы производить новое разделение между мелкими веществами и крупными веществами, при котором указанные мелкие вещества направляются в промежуточное пространство между указанными лопатками 7 и указанным ротором 2.
Как показано в примере на фиг.2, периферическая система с псевдоожиженным слоем может содержать лоток 11, образующий периферический коридор, при этом дно указанного коридора содержит средства 16, 17, 18 нагнетания воздуха.
Указанный лоток 11 по существу в горизонтальной плоскости выполнен так, чтобы образовать указанный псевдоожиженный слой для собираемых таким образом гранулированных веществ.
Средства нагнетания воздуха могут быть выполнены в виде пористой стенки 18, такой как сетка, образующей дно указанного лотка на выходе камеры 17 избыточного давления, оборудованной средствами 16 подачи газа.
В альтернативном варианте средства нагнетания воздуха могут быть выполнены в виде множества металлических сопел, распределенных в дне указанного лотка перед камерой избыточного давления, оборудованной средствами подачи газа.
Периферический коридор указанного лотка может быть выполнен в виде набора прямых желобов, соединенных торцами в виде многоугольника.
Устройство может содержать средства для высыпания веществ, собранных в указанный лоток, в один или несколько коллекторов 22. Для этого эти средства могут быть выполнены в виде верхних средств удаления, нижних средств удаления, средств отбора и т.д.
Согласно не показанному примеру каждый прямой желоб многоугольника может иметь небольшой наклон, при этом участки коридора образуют аэрожелоба. Снизу каждого из указанных аэрожелобов можно предусмотреть коллектор для сбора гранулированных веществ.
Согласно другому варианту осуществления, показанному на фиг.2, речь идет о коллекторе 22, находящемся внутри периферического коридора. Согласно этому примеру вещества удаляют за счет переполнения или пересыпания.
Таким образом, коллектор или коллекторы 22 можно расположить внутри периферического коридора, как показано на фиг.2, или на периферическом коридоре, в частности в углах многоугольника, или снаружи периферического коридора.
После сбора вещества в коллектор 22 его можно удалить при помощи погрузочно-разгрузочного устройства 23. Погрузочно-разгрузочное устройство 23 может быть выполнено в виде аэрожелоба, или механического транспортера, такого как шнек, цепной транспортер, вибротранспортер, ленточный транспортер и т.д.
Предпочтительно выход 14 средств 10 сбора может находиться на небольшом расстоянии по вертикали относительно положения ротора.
Подачу вещества в указанный кожух 6 можно производить в потоке газа во взвешенном состоянии. Альтернативно или дополнительно подачу вещества можно осуществлять за счет силы тяжести над ротором или его можно рассеивать при помощи вращающейся площадки 24, неподвижно соединенной во вращении с ротором. Во всех случаях подаваемое вещество поступает в большом количестве в зону между лопатками и лопастями ротора, где в основном происходит сортировка.
Далее следует описание примеров, показанных на фиг.2 и 3.
Пример, показанный на фиг.2, содержит ротор 2 цилиндрической формы с вертикальной осью А, оборудованный на своей периферии лопастями 3, установленными через равные промежутки. Через ротор 2 проходит поток газа с частицами, который проникает через боковую поверхность ротора и выходит в центре верхнего основания в осевом направлении в сторону выхода 9. Другое нижнее основание 25 полностью закрыто.
Ротор 2 приводится в действие приводным двигателем через вертикальный вал 26.
При вращении ротора 2 на частицы действует центробежная сила, которая препятствует их прохождению через лопасти 3, тогда как скорость газов создает увлекающую силу потока, которая увлекает самые мелкие частицы в сторону центра. Равновесие между двумя силами приводит к тому, что наиболее мелкие частицы увлекаются вместе с газом к выходу 9, тогда как крупные частицы отбрасываются ротором и падают в средства 10 сбора.
Согласно изобретению средства 10 сбора содержат периферическую систему с псевдоожиженным слоем, в которой слой расположен вокруг оси А цилиндрического ротора 2, по меньшей мере, снизу лопаток 7 и снизу промежуточного пространства, заключенного между указанными лопатками 7 и ротором 2 устройства. При этом слой покрывает указанное промежуточное пространство между лопатками 7 и лопастями 3 ротора, и из этого промежуточного пространства большинство не увлекаемых и отбрасываемых ротором частиц падает вниз.
Ротор 2 окружен рядом вертикальных лопаток 7, расположенных через равные промежутки в виде воображаемого цилиндра. Эти лопатки оборудованы поворотными пальцами вдоль вертикальной оси, которые обеспечивают их смещение, чтобы регулировать их направление для адаптации скорости газа, достигающего ротора, к скорости вращения ротора. Поворотные пальцы всех направляющих лопаток 7 соединены с единым устройством, которое позволяет одновременно ориентировать все лопатки под одним углом относительно периферической поверхности ротора.
Ротор 2 оборудован также лопастями 27, расположенными между периферическими лопастями 3 и валом 26 и направляющими к выходному отверстию потоки газа, выходящие из периферических лопаток 3, что позволяет избежать образования завихрения внутри ротора.
Подачу вещества к ротору 2 осуществляют через верхние точки 81 подачи и его рассеивает площадка 24. Часть порошкообразных веществ может также попадать вместе с потоком 51 газа. Сортировка веществ, рассеянных или находящихся во взвешенном состоянии в потоке газа, в основном происходит в промежуточном пространстве между лопатками и ротором.
Согласно этому примеру, показанному на фиг.2, средства подачи потока газа образованы указанным кожухом 6, а также вертикальной трубой 5, продолжающей указанный кожух 6 вниз. Таким образом, узел кожух/вертикальная труба охватывает снизу вверх указанные средства 10 сбора, а также узел лопатки 7/цилиндрический ротор 2. Согласно этому примеру, показанному на фиг.2, средства 10 сбора содержат лоток, образующий периферический коридор, образованный последовательностью прямых желобов, соединенных торцами. Согласно этому неограничивающему примеру высыпание гранулированных веществ из псевдоожиженного слоя происходит за счет переполнения. Как показано на фигуре, наружный борт 21 указанного лотка находится выше внутреннего борта 20, при этом указанный наружный борт образует борт для высыпания веществ в коллектор 22. Коллектор 22 удаляет вещества при помощи погрузочно-разгрузочного устройства 23, в основном расположенного горизонтально, например, такого как аэрожелоб.
Пример, показанный на фиг.3, отличается от примера на фиг.2 формой средств подачи потока газа.
Согласно этому примеру, показанному на фиг.3, указанные средства подачи потока газа образованы указанным кожухом 6, который окружает узел лопатки 7/цилиндрический ротор 2, за исключением указанных средств 10 сбора, доступ к которым остается свободным, в частности для операций обслуживания. Указанные лопатки 7 образуют боковую поверхность воображаемого цилиндра, коаксиального с осью А цилиндрического ротора 2. Объем, находящийся между внутренней стенкой указанного кожуха 6 и боковой поверхностью указанного воображаемого цилиндра, образует завиток.
Другие элементы устройства, показанного на фиг.3, идентичны элементам устройства на фиг.2. Прямое сечение завитка в каждой радиальной плоскости, пересекающей ось ротора, может уменьшаться, в частности линейно, в зависимости от угла в центре, началом которого является вход 61 подачи газа.
В случае порошкообразных веществ, подаваемых во взвешенном состоянии в потоке газа, кожух 6, образующий наружную стенку завитка, может иметь двойной наклон с секцией нижней стенки 64, наклоненной, в частности, под углом относительно горизонтали, превышающим или равным 30°, и с вертикальной секцией верхней стенки 65.
Наклонная нижняя стенка 64 за счет своего наклона позволяет избежать осаждения порошкообразных веществ и, следовательно, образования слоя вещества, скапливающегося в завитке.
Предпочтительно, согласно варианту осуществления, показанному на фиг.5, периферическая система с псевдоожиженным слоем позволяет оставить выемку 30 внутри указанной системы для установки привода ротора внизу, что обеспечивает его более простое применение, чем в случае верхнего привода.
Согласно этой конфигурации, габарит по высоте можно ограничить еще больше за счет меньшей длины вала 26 вращения. Согласно этому примеру, различные участки, образующие периферический коридор указанного лотка 11, могут иметь один или несколько наклонов, внизу которого или которых можно установить один или несколько описанных выше коллекторов для сбора вещества.
Преимуществом изобретения является расположение и работа средств сбора, в частности, псевдоожиженного слоя с целью уменьшения обходного потока.
Так, предпочтительно, скорость газа псевдоожиженного слоя в горизонтальном сечении может быть меньше 1 м/с, в частности составлять от 30 до 50 мм/с, чтобы свести к минимуму количество наиболее мелких частиц, увлекаемых вместе с отбрасываемыми крупными частицами.
Эту среднюю скорость воздуха псевдоожижения задают таким образом, чтобы происходила новая сортировка (новое разделение), при которой только самые мелкие частицы размером, меньшим заданного гранулометрического размера, увлекаются воздухом, который выходит из коридора, и попадают в поток газа, входящий в промежуточное пространство между лопастями и лопатками устройства. Таким образом, часть наиболее мелких частиц, которые были отброшены ротором во время первого процесса разделения, могут вернуться в зону сортировки перед ротором.
Если же, наоборот, в этом процессе псевдоожижения крупные частицы размером, превышающим заданный гранулометрический размер, увлекаются воздушным потоком, выходящим из коридора, эти частицы повергаются новому процессу сортировки и отбрасываются ротором, что позволяет избежать любого снижения производительности устройства. Таким образом, объектом настоящего изобретения является также способ использования центробежного устройства 1 гранулометрического разделения в соответствии с настоящим изобретением, в котором фракцию порошкообразного вещества подают в указанный кожух 6 между лопатками и ротором устройства и делят ее, с одной стороны, на мелкую фракцию вещества с размером частиц, меньшим заданного гранулометрического размера, увлекаемую указанным входящим потоком газа через ротор к выходу, в частности к верхнему выходу устройства, и, с другой стороны, на крупную фракцию с размером частиц, превышающим указанный заданный гранулометрический размер, отбрасываемую цилиндрическим ротором и падающую в указанные средства сбора устройства.
Согласно способу в соответствии с настоящим изобретением среднюю скорость воздуха псевдоожижения в горизонтальном сечении псевдоожиженного слоя задают ниже 1 м/с, чтобы свести к минимуму в выбросах количество частиц, меньших указанного заданного гранулометрического размера.
Естественно, можно предусмотреть другие варианты осуществления, не выходя при этом за рамки изобретения, определенные нижеследующей формулой изобретения.