СУШИЛЬНАЯ КАМЕРА ДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к устройствам для сушки (удаления влаги) из сыпучих и комковых материалов: опила, щепы, зерна, травы измельченной, жмыха, пивной барды с входящей влажностью материала 50-70%, выходящей 10-12%, и может быть использована для производства топливных пеллет, кормов, удобрений.
Известно техническое решение по патенту SU №1191704 A, F26В 11/14, 17/20 от 26.06.1984 г., опубликовано 15.11.1985 г., по которому роторная сушилка (для сушки дисперсных материалов) содержащая камеру с рабочей и сепарационной зонами, роторы, установленные в нижней части рабочей зоны, и газораспределительный короб для ввода теплоносителя по всей длине камеры, на противоположных концах которой расположены загрузочный и разгрузочные патрубки, отличающаяся тем, что с целью увеличения производительности и снижения энергозатрат, рабочая и сепарационная зоны разделены продольной перегородкой, а короб установлен в верхней части рабочей зоны и подключен к ней посредством решетки с переменным живым сечением, уменьшающимся в сторону разгрузочного патрубка, причем рабочая зона дополнительно разделена на секции поперечными перегородками.
Однако при анализе известной конструкции выявлены следующие недостатки. Назначение конструкции указано «для сушки дисперсных материалов с принудительным перемешиванием во взвешенном слое», из чего следует, что ротор требует высокие обороты для подбрасывания сушимого материала. Как следствие, требуется точность изготовления валов с лопастями и их балансировка, сложность обработки в токарном станке полностью всей длины вала. Кроме того, при попытке высушить сырой опил, или щепу в данной конструкции неизбежно возникнет проблема засорения заслонки. Пройдя узкую часть у заслонки, мелкие влажные частицы попадут в зону расширения, где скорость снижается, при этом влажные частицы материала осаждаясь на стенках, будут нарастать и закроют проход. Таким образом, невозможно осуществить реверс при сушке опила, щепы, зерна, травы измельченной, жмыха, поскольку поднятые роторами сырые частицы будут попадать в окна решетки и забивать ее и короб в рабочей камере, сепарация при этом исключена.
Аналог имеет один роторный вал в продольной оси, что ограничивает производительность сушилки. К тому же схема подачи горячего реагента сверху вниз менее эффективна, чем в заявляемой сушилке снизу верх, когда горячий реагент сушки, подогревая полуцилиндры, выходит в проем между цилиндрами, а далее в полость цилиндров, следуя законам физики, нагревает более эффективно падающий на него материал. Из существующего уровня техники не известны примеры применения роторной сушилки такой конструкции для сушки опила, щепы, зерна, травы измельченной, жмыха.
Наиболее близким к заявляемому является техническое решение по патенту RU №187934 U1, F26В 11/14, 17/20 от 04.09.2018 г., опубликованное: 25.03.2019 г., по которому сушильная камера для сыпучих материалов содержит в нижней части корпуса горизонтально ориентированные полуцилиндры, открытые сверху, внутри полуцилиндров расположены независимые валы, на которых по всей длине установлены лопасти на стержнях, при этом каждый стержень расположен перпендикулярно к оси вала, а лопасть выполнена в виде прямоугольной пластины с поворотом вокруг оси стержня таким образом, что образует острый угол по отношению к продольной оси вала. Каждый вал оснащен своим насадным редуктором, (который имеет свою частоту вращения) с возможностью вращения ближних от окна загрузки сырья валов с более высокой скоростью, чем последующих. Верхняя часть корпуса выполнена в виде прямоугольной крышки со скосом (усеченной частью) и имеет отверстие с закручивающей воздух улиткой. В горизонтальной плоскости усеченной части крышки корпуса установлен циклон, соединенный герметично с улиткой и через шлюзовой затвор герметично соединенный с внутренней полостью устройства. Каждый из валов имеет выход с торца устройства через уплотнение в корпусе, для крепления редукторов, внутренние концы валов свободно закреплены в поддерживающей опоре каждый в своем подшипнике. В торце корпуса с одной стороны имеются отверстия (окна) для подачи материала последовательно через горловину, шлюзовой затвор, канал в каждую секцию сушильной камеры. Каждый полуцилиндр сушильной камеры имеет окна - форсунки, цель которых -увеличения эффективности теплообмена, для чего нагретый воздух встречается с материалом по всей внутренней полости, продуваясь через многочисленные окна форсунки по всей длине каждого полуцилиндра. Кроме того между полуцилиндрами организован воздуховод для подвода горячего воздуха к окнам - форсункам и через них внутрь полуцилиндров Однако на практике в конструкции прототипа выявился существенный недостаток: нагретый воздух недостаточно быстро проходит через узкие окна-форсунки, которые имеют большое гидравлическое сопротивление, что ощутимо снижает объем и скорость воздушного потока, как следствие - значительно уменьшается производительность сушильной камеры.
Для устранения указанного недостатка предлагаются следующие изменения: из конструкции прототипа исключены окна-форсунки в поверхности полуцилиндров, как сложный в изготовлении элемент, создающий значительное гидравлическое сопротивление, которое снижает на 30% объем и скорость потока воздуха (определено расчетами и практическими замерами), соответственно их отсутствие повышает производительность по теплообмену новой конструкции сушильной камеры с гладкими поверхностями полуцилиндров на 30%. Для повышения производительности по теплообмену в заявляемой конструкции между полуцилиндрами предусмотрено пространство для прохода горячего воздуха - то есть полуцилиндры не соприкасаются внутренними боковыми кромками между собой как в прототипе, а установлены с интервалом, через который горячий воздух свободно проходит вверх. При этом внутренние кромки полуцилиндров выше наружных. Нагретый воздух из воздуховода поступает вверх через проем между полуцилиндрами, над которым установлен рассекатель воздушного потока. Рассекатель выполнен в виде горизонтально ориентированной продольной детали, например, в виде короба из чайка-образного профиля выпуклыми поверхностями вверх и двух плоских листов сходящихся на угол над ними, формирующих острую крышку, служащую для предотвращения скопления пыли при эксплуатации устройства.
Рассекатель закреплен к поперечным фигурным пластинам, выступающим острым треугольником над полуцилиндрами, перпендикулярно их продольной оси. Поток нагретого воздуха из воздуховода поднимается вверх в проем между полуцилиндрами и делится острой кромкой чайка-образного профиля рассекателя, далее направляется в левый и правый полуцилиндр. Разделив воздушный поток, рассекатель направляет нагретый воздух внутрь каждого полуцилиндра, что в два раза увеличивает проходное сечение потока воздуха по сравнению с форсунками. С увеличением объема и скорости потока нагретого воздуха увеличилась на 30% производительность.
Техническая задача: повысить производительность сушильной камеры за счет уменьшения внутреннего гидравлического сопротивления.
Для решения указанной задачи предлагается сушильная камера для сушки сыпучих и комковых материалов с несколькими валами, например, четырехвальная. Конструкция включает корпус, нижняя часть которого состоит, например, из двух горизонтально ориентированных стальных полуцилиндров, открытых сверху, имеющих форму прямого кругового цилиндра, разрезанного осевым сечением по горизонтали и установленных параллельно с интервалом по продольной кромке. В образованное между диаметрами полуцилиндров пространство, канал, подается нагретый чистый воздух, который поднимаясь вверх и будучи направлен рассекателем в оба полуцилиндра, обдувает сохнущий материал (сырье).
Верхняя часть корпуса, общая для полуцилиндров аналогична конструкции прототипа: преимущественно прямоугольной формы, выполнена из стальных пластин, усечена с одной торцевой стороны под углом и накрывает полуцилиндры как крышка, в ней собирается влажный воздух, ее высота Н всегда больше радиуса полуцилиндров R. В каждом из двух стальных полуцилиндров вдоль по продольной оси расположены последовательно друг за другом два независимых вала, на которых крепятся лопасти. Вал оснащен установленными перпендикулярно к продольной оси вала стержнями, на которых установлены лопасти в виде прямоугольных пластин с поворотом вокруг оси стержня таким образом, что поверхность лопасти образует острый угол по отношению к продольной оси вала. В этом виде вал с лопастями является разновидностью фасонного винта, который в полуцилиндре перемешивает материал и одновременно передвигает его от входа к выходу. Каждый из четырех валов приводится в движение своим насадным редуктором, и попарно имеет свою частоту вращения, два первых (ближних к отверстиям загрузки сырья) вала вращаются быстрее, чем два последующих. В верхней части корпуса имеется отверстие с закручивающей воздух улиткой. В горизонтальной плоскости усеченной части установлен циклон, соединенный герметично с улиткой и через шлюзовой затвор, герметично соединен с внутренней полостью устройства. Каждый из четырех валов имеет один выход с торца корпуса через уплотнение для крепления редукторов, внутренние концы валов свободно закреплены в промежуточной поддерживающей опоре каждый в своем подшипнике. В торце корпуса с одной стороны имеются отверстия, в которые через горловину, шлюзовой затвор, канал, подается материал (сырье) для сушки, в каждую секцию сушильной камеры. С другой стороны в нижней части полуцилиндров расположены отверстия для выгрузки материала через шлюзовые затворы.
В отличие от прототипа стальные полуцилиндры выполнены гладкими, без отверстий (форсунок) по всей длине, установлены с интервалом между внутренними кромками, образуют проем для прохождения горячего воздуха в верхнюю часть сушильной камеры. При этом внутренние кромки выше наружных. Над проемом между полуцилиндрами выше внутренних кромок установлен рассекатель, выполненный в виде горизонтально ориентированного короба из чайка-образного профиля выпуклыми поверхностями вверх и двух плоских листов сходящихся на угол над ними, формирующих острую крышку, для предотвращения скопления пыли при эксплуатации устройства.
Рассекатель закреплен к поперечным фигурным пластинам, выступающим острым треугольником над полуцилиндрами, перпендикулярно их продольной оси. При работе сушильной камеры поток нагретого воздуха из воздуховода поднимается вверх и делится острой кромкой чайка-образного короба рассекателя, будучи направлен в левый и правый полуцилиндр для обдува и сушки сырья, что в два раза увеличивает проходное сечение потока воздуха по сравнению с форсунками. Нагретый воздух с помощью рассекателя направлен внутрь каждого полуцилиндра, объем его больше, чем у прототипа, а с увеличением объема потока нагретого воздуха производительность сушильной камеры увеличилась на 30%.
На корпус сверху установлен циклон с вентилятором, создающим разряжение, с возможностью удаления через него из полости сушилки влажного реагента сушки, осаждения мелкой пыли и возвращения обратно в поток сырья через шлюзовой затвор. Боковая поверхность корпуса оснащена дверью для обслуживания внутренней полости, снятия и установки валов.
Технический результат - повышение производительности за счет уменьшения внутреннего гидравлического сопротивления проходов для нагретого воздуха.
Технический результат достигается за счет конструкции сушильной камеры, содержащей выполненный с возможностью соединения с транспортером подачи и теплогенератором корпус, имеющий канал для поступления сырья и выходной канал, при этом нижняя часть корпуса включает горизонтально ориентированные открытые сверху полуцилиндры, внутри которых расположены независимые валы с установленными по всей длине на стержнях лопастями, отличающейся тем, что каждый полуцилиндр сушильной камеры выполнен гладким по всей поверхности из цельного листа, полуцилиндры установлены таким образом, что внутренние кромки имеют интервал между собой, образующий проем, при этом внутренние кромки заканчиваются выше наружных, над проемом между полуцилиндрами выше внутренних кромок установлен рассекатель, выполненный в виде горизонтально ориентированного короба из чайка-образного профиля выпуклыми поверхностями вверх и двух плоских листов, сходящихся на угол над ними, формирующих остроконечную крышку, рассекатель закреплен к поперечным фигурным пластинам, выступающим острым треугольником над полуцилиндрами, перпендикулярно их продольной оси.
Отличия от прототипа
1. В конструкции прототипа воздух проходит через окна форсунки, которые имеют большое гидравлическое сопротивление, что снижает объем и скорость воздушного потока, как следствие - низкая производительность. Для увеличения эффективности теплообмена в предлагаемой модели полуцилиндры установлены с интервалом для прохода горячего воздуха из воздуховода через проем, далее рассекатель потока внутрь полуцилиндра, что в два раза увеличило проходное сечение по отношению к форсункам. С увеличением объема и скорости проходящего воздуха увеличилась производительность на 30%.
2. Таким образом, из конструкции сушильной камеры прототипа исключены окна-форсунки, как сложный в изготовлении элемент, создающий значительное гидравлическое сопротивление, которое снижает на 30% объем потока воздуха (определено расчетами), соответственно производительность по теплообмену в новой конструкции улучшается на 30%.
3. Горячий воздух от теплогенератора под давлением попадает в воздуховод, который проходит по всей длине сушильной камеры и создает в ней избыточное давление. В конструкции прототипа воздух под давлением выдувался из воздуховода через маленькие окна-форсунки в полуцилиндры (это было нужно для предотвращения попадания мелких опилок во внутреннею полость воздуховода, поскольку окна-форсунки располагались очень низко), при этом терялся объем и скорость прокачки воздуха.
В заявляемой конструкции выход воздуха в полости полуцилиндров высоко, для его прохода по всей длине окно в несколько раз большего сечения, чем сумма сечений окон-форсунок. Имея меньше препятствий на своем пути, объем и скорость потока теплой воздушной массы увеличивается, возрастает скорость теплообмена и производительность сушки, в одном и том же объеме сушильной камеры.
4. В заявляемом техническом решении горячий воздух проходит в проем между полуцилиндрами в верх камеры, затем с помощью рассекателя поступает внутрь полуцилиндров и нагревает их внутри корпуса, что способствует процессу сушки постоянно находящегося в них материала, при этом экономится тепло, полуцилиндры с двух сторон формируют канал распределения воздушного потока, что повышает производительность и сокращает энергопотребление.
Сущность технического решения поясняется изображениями на фиг. 1, 2.
Фиг. 1 - схема работы сушильной камеры с торца в разрезе.
Фиг. 2 - схема работы сушильной камеры (нижней части) в изометрии,
где 1 - направление движения нагретого воздуха,
2 - воздуховод,
3 - чайка-образный профиль рассекателя,
4 - крышка рассекателя,
5 - фигурные пластины, выступающие острым треугольником над полуцилиндрами, перпендикулярно их продольной оси.
6 - рассекатель, как сборная деталь,
7 - полуцилиндр,
8 - корпус,
9 - лопасти.
Пример осуществления.
Конструкция содержит корпус 8, нижняя часть которого включает два (например) стальных полуцилиндра 7, закрепленных с интервалом между внутренними кромками рядом параллельно вдоль продольных кромок закругленной частью вниз. В образованное между диаметрами полуцилиндров пространство воздуховода 2, подается нагретый чистый воздух 1, который проходит вверх, разделяется рассекателем 6 на два потока, каждый из которых затем попадает в свой полуцилиндр 7 и обдувает сохнущий материал (сырье). Над проемом между полуцилиндрами выше внутренних кромок установлен рассекатель 6, выполненный в виде горизонтально ориентированного короба из чайка-образного профиля 3 выпуклыми поверхностями вверх и двух плоских листов 4 сходящихся на угол над ними, формирующих остроконечную крышку 4. Рассекатель 6 закреплен к поперечным фигурным пластинам 5, выступающим острым треугольником над полуцилиндрами 7, перпендикулярно их продольной оси.
Верхняя часть корпуса 8 общая для всех полуцилиндров, преимущественно прямоугольной формы, выполнена из пластин (листов стали), усечена с одной торцевой стороны под углом и накрывает полуцилиндры 7 наподобие крышки. В ней собирается влажный воздух, ее высота Н всегда больше радиуса полуцилиндров R. В каждом из двух стальных полуцилиндров 7 по оси симметрии, вдоль последовательно один за другим расположены два независимых вала, на которых на стержнях крепятся лопасти 9. Лопасти 9 располагаются с поворотом вокруг своей оси, совпадающей с осью стержня таким образом, что образуют острый угол (например, 7-15°) по отношению к продольной оси вала и представляют с валом разновидность фасонного винта большого диаметра, с помощью которого ворошится материал и продвигается от отверстия загрузки к отверстию выгрузки, вдоль полуцилиндров 7. Каждый из валов приводится в движение своим насадным редуктором, и попарно имеет свою частоту вращения, два ближних к загрузке сырья вала вращаются быстрее, чем два следующих. В верхней части корпуса 8 имеется отверстие с закручивающей воздух улиткой. В горизонтальной плоскости усеченной части установлен циклон, соединенный герметично с улиткой и через шлюзовой затвор, герметично соединен с внутренней полостью устройства. Каждый из четырех валов имеет один выход с торца устройства, через уплотнение в корпусе, для крепления редукторов, внутренние концы валов свободно закреплены в промежуточной, поддерживающей опоре каждый в своем подшипнике. В торце корпуса с одной стороны имеются отверстия в которые через горловину, шлюзовой затвор, канал, подается материал для сушки в каждую секцию сушильной камеры. С другой стороны в нижней части полуцилиндров 7 расположены отверстия для выгрузки материала через шлюзовые затворы.
Работает устройство следующим образом.
Влажное сырье поступает через воронку ввода, шлюзовой затвор, канал ввода сырья, в полуцилиндры 7, далее лопастями 9, перемешивается, сушится и продвигается к отверстию выгрузки, через шлюзовой затвор выходит наружу, далее пневмотранспортом транспортируется в бункер накопитель (не показан). Лопасти 9 поднимают сырье вверх, в верхней точке сырье падает вниз, активно продувается горячим воздухом, отдает влагу, сохнет. С момента попадания в полость полуцилиндра 7 сырье попадает под воздушный поток горячего воздуха 1.
Источником горячего воздуха является, например, двухконтурный теплогенератор, работающий на газе, щепе, опилке, мазуте с температурой до 150°. Горячий воздух подается в канал 2 сушилки с помощью воздуховодов. Для перемещения воздуха в самой сушильной камере вентилятором циклона создается разряжение, так как он герметично соединен через улитку, с внутренней герметичной полостью сушильной камеры, разряжение возникает и в ней. Поток нагретого воздуха 1, поднимаясь вверх, попадает на рассекатель 6 и чайка-образным профилем 3 разделяется на два потока, каждый из которых, попадая в свой полуцилиндр на падающее сырье, интенсивно сушит его.
Горячий воздух от теплогенератора под давлением попадает в воздуховод 2, который проходит по всей длине сушильной камеры и создает в ней избыточное давление. В заявляемой конструкции в отличие от прототипа выход воздуха в полости полуцилиндров 7 располагается высоко, для его прохода по всей длине окно в несколько раз большего сечения, чем сумма сечений окон-форсунок. Имея меньше препятствий на своем пути, объем и скорость потока теплой воздушной массы увеличивается, возрастает скорость теплообмена и производительность сушки в одном и том же объеме сушильной камеры. Повышается производительность, без дополнительного удорожания конструкции, только за счет внесенных изменений. Кроме этого технологический процесс устройства окон-форсунок является трудоемким, а заявляемая конструкция более проста и технологична.