ВРАЩАЮЩИЙСЯ ВИБРОГРАНУЛЯТОР РАСПЛАВОВ

Полезная модель относится к области гранулирования жидких материалов превращением в каплеобразную форму с использованием вибрационных аппаратов, в частности, к технике гранулирования расплавов в грануляционных башнях, и может быть использована в химической промышленности, в производствах гранулированной аммиачной селитры, мочевины, сложных удобрений.
Известен вращающийся виброгранулятор, содержащий корпус с патрубком для подачи расплава, цилиндрическую камеру с жестко закрепленным или приваренным перфорированным чашевидным днищем, которое имеет отверстия для истечения расплава, полый вал, установленный в подшипниковом узле, источник вибраций для дробления струй расплава на капли, распределитель расплава для его распределения и ламинаризации перед отверстиями истечения [авт. свид. СССР №1713167, B 01 J 2/02 от 11.12.87].
Недостатком указанного вращающегося виброгранулятора является невозможность получения равномерных капель (гранул) диаметром от 1 до 4 мм из-за нестабильности распада струй, поскольку при работе вибрационной системы вибрации, накладываемые на перфорированное чашеобразное днище, жестко закрепленное на цилиндрической камере, передаются через эти жесткие крепления цилиндрической камере, а через нее другим элементам конструкции вращающегося виброгранулятора. В результате, разные элементы конструкции могут начать вибрировать на разных частотах и выдавать шумы. Эти шумы и хаотичные колебания цилиндрической камеры и элементов конструкции вращающегося виброгранулятора отражаются и через жесткое крепление влияют на перфорированное чашеобразное днище, создавая колебания разной интенсивности и частоты на разных его участках Режим получения монодисперсных капель расплава нарушается, и получаются полидисперсные капли разного размера, а также большое количество пыли. Дополнительной причиной невозможности получения равномерных капель (гранул) является то, что привод вращения перфорированного чашевидного днища не обеспечивает того, чтобы напор расплава над самыми верхними и самыми нижними отверстиями истечения в перфорированном чашевидном днище был одинаковый. Это приводит к тому, что скорость истечения расплава из разных отверстий может различаться в несколько раз, что нарушает режим вибрационного дробления струй расплава на равномерные (моно дисперсные) капли.
Наиболее близким по технической сущности и получаемому эффекту к заявляемой полезной модели является вращающийся виброгранулятор расплавов, содержащий корпус с
патрубком подачи расплава в кольцевой коллектор с кольцевым каналом для дальнейшей подачи расплава в нижнюю часть цилиндрической камеры. В нижней части кольцевого канала смонтирована рулонная гофрированная насадка для ламинаризации расплава перед его входом в распределитель. В распределителе установлены напорные лопатки для придания расплаву вращательного движения и для его нагнетания через перфорированный цилиндр. Сетка предназначена для окончательной ламинаризации и контрольной фильтрации потока расплава перед его входом в объем перфорированного чашевидного днища с отверстиями для истечения струй расплава. Отверстия истечения расположены на разном расстоянии от вертикальной оси вращения цилиндрической камеры и перфорированного чашевидного днища, на разных уровнях. Оси отверстий истечения направлены в разные стороны под разными углами к горизонту. На периферии перфорированное чашевидное днище имеет выполненный вместе с ним низкочастотный фильтр вибраций в виде одной или нескольких кольцевых гофр, собственная частота колебаний которого вместе с перфорированным чашевидным днищем меньше рабочей частоты источника вибраций. Причем низкочастотный фильтр вибраций размещен между перфорированным чашевидным днищем и цилиндрической камерой. С помощью конусного днища, лопаток, кольца и болтов с втулками цилиндрическая камера с перфорированным чашевидным днищем закреплена к полому валу, установленному в подшипниковом узле и имеющему шкив для передачи вращения. Вибратор с резонатором, штоком и диском-излучателем закреплен на стойке через упругий элемент. Над внутренней центральной частью перфорированного чашевидного днища установлен с зазором диск-излучатель [патент Украины на изобретение №46121 B 01 J 2/0 2 от 15.05.2002].
Однако и на этом вращающемся виброгрануляторе невозможно получить равномерные капли (гранулы) диаметром от 1 до 4 мм из-за нестабильности распада струй, поскольку при вводе расплава перпендикулярно к кольцевому коллектору возникают пульсации, передающиеся в объем расплава. При работе вибрационной системы часть энергии вибрации гасится креплением вибратора на стойке через упругий элемент, а резонатор, выполненный из шестигранного профиля, нестабильно поддерживает резонансную частоту. Рулонная гофрированная насадка не оказывает существенного влияния на ламинаризацию расплава в полости распределителя. Расплав перед отверстиями истечения недостаточно ламинаризуется из-за коротких лопастей в полости корзины и заниженной относительно сетки обечайки распределителя. Вследствие этого режим получения монодисперсных капель расплава нарушается, и получаются полидисперсные капли разного размера.
В основу изобретения поставлена задача создания путем изменения конструктивных элементов такого вращающегося виброгранулятора, который обеспечил бы получение
равномерных гранул диаметром от 1 до 4 мм.
Поставленная задача решается тем, что во вращающемся виброгрануляторе расплавов, содержащем корпус с патрубком подачи расплава, соединенным с кольцевым коллектором с кольцевым каналом, соединенным с цилиндрической камерой с распределителем расплава, имеющем обечайку и напорные лопатки, сетку и перфорированное чашевидное днище, выполненное в форме четверти тора, параболоида вращения или части сферической поверхности с отверстиями для истечения расплава, расположенными на разной высоте и на разных расстояниях от вертикальной оси вращения цилиндрической камеры и перфорированного чашевидного днища так, что оси отверстий направлены в разные стороны под разными углами к горизонту, между перфорированным чашевидным днищем и цилиндрической камерой размещен низкочастотный фильтр вибраций в виде одной или нескольких гофр, цилиндрическая камера закреплена к полому валу, установленному в подшипниковом узле, имеется вибратор с резонатором, штоком и диском-излучателем на конце, установленным с зазором либо жестко связанный с перфорированным чашевидным днищем, согласно полезной модели, патрубок подачи расплава установлен под углом 45° к кольцевому коллектору, напорные лопатки распределителя расплава выполнены по внутреннему контуру перфорированного чашевидного днища и установлены с зазором 2-10 мм, обечайка распределителя расплава выполнена на 20-30 мм выше сетки, вибратор установлен на амортизаторе, а резонатор, выполненный в виде плоской пластины, расположен под вибратором и центрирован с помощью шариков.
Установка патрубка подачи расплава под углом 45° к кольцевому коллектору позволяет снизить пульсации, передающиеся в объем расплава, как это показали промышленные испытания.
Установка вибратора на амортизаторе позволяет избежать потерь мощности вибрации.
Плоский резонатор с центровочными шариками, установленный под вибратором, как показали промышленные испытания, позволяет с высокой степенью точности центровать плоский резонатор и поддерживать стабильную резонансную частоту вибрации.
Установка лопаток распределителя, выполненных по внутреннему контуру перфорированного днища с зазором 2-10 мм, позволяет добиться большей ламинаризации потока перед отверстиями истечения.
Выполнение обечайки распределителя расплава на 20-30 мм выше сетки позволяет, как показали промышленные испытания, поддерживать стабильное прохождение расплава через обечайку и сетку, снизить пульсации расплава и, как следствие, стабилизировать скорости
истечения расплава из отверстий.
Предлагаемая конструкция позволяет получить до 99,7% равномерных высококачественных гранул диаметром от 1 до 4 мм, а также существенным образом повысить надежность работы вращающегося виброгранулятора расплавов, уменьшить образования пыли.
Полезная модель иллюстрируется рисунком, где показан осевой разрез вращающегося виброгранулятора.
Вращающийся виброгранулятор расплавов содержит корпус 1 с патрубком 2 подачи расплава в кольцевой коллектор 3 с кольцевым каналом 4 для дальнейшей подачи расплава в нижнюю часть цилиндрической камеры 5. Обечайка 6 распределителя 7 расплава, в котором смонтированы напорные лопатки 8 для придания расплаву вращательного движения и для его нагнетания через перфорированный цилиндр 9, выполнена на 20-30 мм выше сетки 10. Сетка 10 предназначена для окончательной ламинаризации и контрольной фильтрации потока расплава перед его входом в полость 11 перфорированного чашевидного днища 12, выполненного в форме четверти тора, параболоида вращения или части сферической поверхности с отверстиями для истечения струй расплава. Отверстия истечения (не показаны) расположены на разном расстоянии от вертикальной оси вращения цилиндрической камеры 5 и перфорированного чашевидного днища 12 на разных уровнях. Оси отверстий истечения направлены в разные стороны под разными углами к горизонту, что необходимо для распределения капель (гранул) по разным траекториям и для интенсификации процесса теплообмена в грануляционной башне (не показана).
На периферии перфорированное чашевидное днище 12 имеет выполненный вместе с ним низкочастотный фильтр 13 вибраций в виде одной или нескольких кольцевых гофр. Низкочастотный фильтр 13 вибраций размещен между перфорированным чашевидным днищем 12 и цилиндрической камерой 5. Это необходимо для предотвращения передачи энергии вибраций от перфорированного чашевидного днища 12 к цилиндрической камере 5 и дальше - к корпусу 1.
С помощью конусного днища 14, лопаток 15, кольца 16 и болтов 17 с втулками 18 цилиндрическая камера 5 с перфорированным чашевидным днищем 12 закреплена к полому валу 19, который установлен в подшипниковом узле 20 и имеет шкив 21 для привода вращения. Фланцевое соединение 22 предназначено для присоединения к полому валу 19 всех вращающихся частей. Выступы 23 предназначены для центрирования цилиндрической камеры 5 и перфорированного чашевидного днища 12 при сборке вращающегося виброгранулятора.
Имеется вибратор 24 с резонатором 25, штоком 26 и с диском- излучателем 27.
Собственная частота колебаний фильтра 13 вибраций вместе с перфорированным чашевидным днищем 12 меньше рабочей частоты вибратора 24. Диск-излучатель 27 установлен над внутренней центральной частью перфорированного чашевидного днища 12 с зазором, размер которого лежит в пределах от 1 до 25 толщин стенки перфорированного чашевидного днища 12, или жестко связан с перфорированным чашевидным днищем 12 Изготовление перфорированного чашевидного днища 12 с плоской центральной частью 28 оказывает содействие формированию таких осесимметричных волн в более широком диапазоне рабочих частот. В качестве вибратора 24 может быть использован электродинамический, электрический или пневматический вибратор. Вибратор установлен на амортизаторе 29. Втулка 30 из резины (фторопласта) предназначена для центрирования штока 26.
Вращающийся виброгранулятор расплава работает следующим образом. Вращающийся виброгранулятор устанавливают в верхней части грануляционной башни. Приводят во вращение с расчетной частотой полый вал 19 с распределителем 7, перфорированное чашевидное днище 12 с цилиндрической камерой 5 от электродвигателя (не показан). Расплав, например, аммиачной селитры, при температуре, выше температуры кристаллизации, по патрубку 2 подачи расплава подают в кольцевой коллектор 3 и по кольцевому каналу 4 - в объем распределителя 7 расплава. При взаимодействии с напорными лопатками 8 расплав приводится во вращательное движение и ему передается некоторый напор. Под действием этого напора расплав равномерно проходит через отверстия перфорированного цилиндра 9 и дальше через сетку 10. При этом происходит ламинаризация потока расплава. Дальше расплав поступает в объем перфорированного чашевидного днища 12. Радиальные лопатки 15, расположенные в полости перфорированного чашевидного днища 12, окончательно выравнивают скорость вращения расплава. Частоту вращения привода поддерживают такой, чтобы напор расплава перед самыми нижними и самыми верхними отверстиями истечения, находящимися в перфорированном чашевидном днище 12, был одинаковым.
Под действием этого напора расплав вытекает из всех отверстий перфорированного чашевидного днища 12 в виде струй. Одновременно с подачей расплава в работу включается вибратор 24. Через шток 26 вибрации расчетной частоты передаются диску-излучателю 27. Колеблющийся диск-излучатель 27 находится над центральной частью 28 внутренней поверхности перфорированного чашевидного днища 12 с зазором. Этот зазор обеспечивает надежную гидродинамическую связь диска-излучателя 27 и центральной части 28 перфорированного чашевидного днища 12. В результате такого гидродинамического взаимодействия от центра перфорированного чашевидного днища 12 к
периферии по нему распространяются регулярные осесимметричные кольцевые волны. Причем эти волны распространяются как по перфорированному чашевидному днищу 12 в виде волн упругих деформаций, так и в расплаве, который заполняет объем. В результате, на струи расплава, вытекающие из отверстий, накладываются регулярные возмущения в виде сужений и утолщений. При этом волны деформации, возбуждаемые при вибрациях в перфорированном чашевидном днище 12, фильтруются фильтром 13 и не передаются на цилиндрическую камеру 5 и корпус 1. Это предотвращает возникновение шумов и вибрационных препятствий. В результате, струи расплава распадаются в местах сужений на строго равномерные капли.
Шток 26 с диском-излучателем 27 на конце используется дополнительно к основному назначению в качестве пьезометрической трубки для измерения уровня расплава в цилиндрической камере 5 с чашевидным перфорированным днищем 12. Вращающимся перфорированным чашевидным днищем 12 равномерные капли расплава разбрасывается по разным траекториям в грануляционную башню, где они кристаллизуются и охлаждаются, превращаясь в гранулы - частицы сферической формы.