ВИБРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ОБЕЗВОЖИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Техническое решение относится к горной, строительной, химической и другим отраслям промышленности, где осуществляется перемещение и обезвоживание сыпучих, в том числе мелкодисперсных, материалов.
Известно вибрационное устройство для обезвоживания сыпучих материалов по патенту РФ на изобретение №2572138, кл. В01D 33/03, B01D 35/20, опубл. в БИ №36, 2015 г., содержащее фильтр, загрузочное приспособление, разгрузочные приспособления для отвода фильтрата и сгущенной фракции. Фильтр упруго установлен на основании, внутри которого горизонтально смонтирован вибратор. Фильтр выполнен пустотелым в виде квадрата с волнообразной винтовой перфорированной поверхностью по внутреннему периметру с карманами волнообразной формы. Он смонтирован из жестко соединенных поочередно друг с другом четырех пустотелых перфорированных секций, каждая из которых представляет собой пустотелый круговой перфорированный сектор с четырьмя прямолинейными секциями. Карманы фильтра выполнены, по меньшей мере, из одной перфорированной полосы и могут быть различны не только по форме, но и по размерам. По всему периметру фильтра проходное сечение изменяется не только по форме, но и по площади. Четырехугольники перфорированных полос, из которых смонтированы перфорированные секции, разнонаклонены не только друг к другу, но и к оси симметрии фильтра. По внутренней поверхности фильтра образованы многозаходные перфорированные поверхности, которые по периметру могут быть различными не только по форме, но и по размеру. К основанию под углом β к горизонту прикреплено разгрузочное приспособление в виде кольцевой юбки с разгрузочным отверстием для отвода фильтрата. Признаками данного вибрационного устройства, совпадающими с признаками предлагаемого вибрационного устройства, являются наличие вибратора для принудительного перемещения сыпучих материалов и создание замкнутого объема, в котором осуществляются процессы перемещения и обезвоживания сыпучих материалов.
Такое вибрационное устройство отличается сложностью конструктивного исполнения, содержит большое количество перфорированных поверхностей, которые могут забиваться осушаемым мелкодисперсным сыпучим материалом, что снижает производительность процесса обезвоживания и вызывает необходимость периодического демонтажа конструкции вибрационного устройства и очистки перфорированных поверхностей, связанную с вынужденными простоями в работе.
Также известно вибрационное конвейерное устройство по авторскому свидетельству СССР на изобретение №700394, кл. В65G 27/00, опубл. в БИ №44, 1979 г., содержащее гибкий транспортирующий орган в виде металлического листа, к нижней поверхности которого на равном расстоянии друг от друга прикреплены вибраторы, расстояние между которыми равно или кратно длине волны или ее половине. Признаками данного вибрационного конвейерного устройства, совпадающими с признаками предлагаемого вибрационного устройства, являются транспортирующий орган, представляющий собой тонкий металлический лист, и два вибровозбудителя, закрепленные на нем.
Такое устройство отличается простотой конструкции, малой металло- и энергоемкостью, однако имеет ограниченные возможности при работе с сыпучими материалами, нуждающимися в обезвоживании, т.к. его конструкция не предусматривает одновременного выполнения операций перемещения и обезвоживания сыпучего материала, то есть не решает поставленную проблему.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является вибрационное устройство для выпуска сыпучих, связных и слеживающихся материалов, известное по патенту РФ на полезную модель №156689, кл. B65G 27/10, опубл. в БИ №31, 2015 г., включающее вибровозбудитель, упругий рабочий орган переменной кривизны, имеющий загрузочный и разгрузочный участки и установленный на раме при помощи упругих элементов. Разгрузочный участок упругого рабочего органа изогнут дугою вверх и разгрузочной кромкой вниз, а рама оборудована самоповоротным затвором, шарнирно закрепленным на уровне разгрузочной кромки упругого рабочего органа. Все элементы данного вибрационного устройства присутствуют и в конструкции предлагаемого вибрационного устройства.
Несмотря на простоту конструкции и надежность работы известного вибрационного устройства, не решена проблема расширения возможностей устройства при работе с сыпучими материалами, перенасыщенными влагой, т.к. конструкция устройства не предусматривает выполнение операции обезвоживания сыпучих материалов.
Техническая проблема заключается в расширении возможностей использования вибрационного устройства и решается за счет совмещения операций перемещения и обезвоживая сыпучих материалов, в том числе мелкодисперсных.
Поставленная проблема решается следующим образом. Предлагается вибрационное устройство для перемещения и обезвоживания сыпучих материалов, включающее упругий рабочий орган переменной кривизны, состоящий из загрузочного, центрального и разгрузочного участков, на границе центрального и разгрузочного участков изогнутый дугою вверх и разгрузочной кромкой вниз и установленный на раме при помощи упругих элементов, вибровозбудитель, закрепленный на разгрузочном участке упругого рабочего органа, и самоповоротный затвор, шарнирно закрепленный на раме в зоне разгрузочного участка упругого рабочего органа. Согласно техническому решению упругий рабочий орган на центральном участке имеет сквозные отверстия для подачи снизу горячего воздуха или топочных газов, сверху прикрытые упругими жаростойкими пластинками, одним краем закрепленными на поверхности упругого рабочего органа.
Такое техническое решение позволяет не только перемещать сыпучий материал вдоль упругого рабочего органа, но и одновременно обеспечивать контакт сыпучего материала с горячим воздухом или топочными газами, подаваемыми снизу через сквозные отверстия упругого рабочего органа. За счет этого происходит нагрев и обезвоживание сыпучего материала вследствие испарения излишков влаги. При вибрации упругие жаростойкие пластинки, одним краем закрепленные на поверхности упругого рабочего органа, прикрывают сквозные отверстия и предотвращают просыпи сыпучего материала, не препятствуя подаче горячего воздуха или топочных газов.
Целесообразно при этом, чтобы упругий рабочий орган на центральном участке своей нижней поверхностью был связан с камерой повышенного давления, образованной на раме и оснащенной штуцером для подачи воздуха или топочных гaзов. Это позволяет повысить интенсивность подачи горячего воздуха или топочных газов на сыпучий материал через сквозные отверстия упругого рабочего органа и тем самым усилить эффективность обезвоживания сыпучего материала.
Целесообразно, чтобы внутри камеры повышенного давления были расположены элементы для нагрева воздуха, закрепленные на раме. Это техническое решение позволяет осуществить совмещение операций перемещения и обезвоживания сыпучих материалов в автономном режиме работы вибрационного устройства, исключая необходимость доступа к источнику топочных газов, тем самым упрощая использование вибрационного устройства.
Целесообразно, чтобы камера повышенного давления через штуцер была соединена с трубопроводом подачи топочных газов. Такое техническое решение позволяет осуществить совмещение операций перемещения и обезвоживания сыпучих материалов без использования элементов для нагрева воздуха, что упрощает конструкцию вибрационного устройства.
Также целесообразно, чтобы упругий рабочий орган на границе центрального и разгрузочного участков был изогнут дугою вверх с минимально возможным радиусом, а на загрузочном участке был оснащен дополнительным вибровозбудителем. Это позволяет разделить упругий рабочий орган на две зоны, расположенные под углом друг к другу. Первая из них включает загрузочный и центральный участки упругого рабочего органа, на которых осуществляется перемещение и обезвоживание сыпучего материала, а вторая - разгрузочный участок, вдоль которого материал движется вниз с повышенной скоростью к месту складирования, не препятствуя движению материала по центральному участку упругого рабочего органа. При минимальном радиусе изгиба упругого рабочего органа на границе центрального и разгрузочного участков и создании двух зон, расположенных под углом друг к другу, возможно увеличение затухания колебаний, создаваемых вибровозбудителем, закрепленным на разгрузочном участке, и распространяющихся вдоль упругого рабочего органа от его разгрузочного участка на центральный и загрузочный участки. Однако применение дополнительного вибровозбудителя на загрузочном участке позволяет предотвратить затухание колебаний и обеспечить равномерное перемещение сыпучего материала вдоль загрузочного и центрального участков упругого рабочего органа.
Кроме того, целесообразно, чтобы рама была оснащена кожухом, закрывающим упругий рабочий орган сверху и имеющим пароотводящий патрубок, а самоповоротный затвор был шарнирно закреплен на раме на уровне верхней внутренней поверхности кожуха с возможностью контакта нижней кромки самоповоротного затвора с разгрузочным участком упругого рабочего органа. Это дает возможность создать замкнутый объем, в котором перемещение и нагрев сыпучего материала осуществляется без контакта с внешней средой и потерь тепловой энергии. Нагрев сыпучего материала усиливается, и процесс обезвоживания ускоряется. Этому способствует то, что шарнирно закрепленный самоповоротный затвор контактирует с разгрузочным участком упругого рабочего органа и открывается только под давлением сыпучего материала. Излишняя влага в виде пара удаляется из-под кожуха через пароотводящий патрубок.
Сущность технического решения поясняется примерами конкретного исполнения вибрационного устройства для перемещения и обезвоживания сыпучих материалов(далее - устройство) и чертежами фиг. 1, 2. На фиг. 1 представлена конструктивная схема устройства (вид сбоку в разрезе) при подаче горячего воздуха; на фиг. 2 - конструктивная схема устройства (вид сбоку в разрезе) при подаче топочных газов.
Устройство включает упругий рабочий орган 1 переменной кривизны (далее - рабочий орган 1), состоящий из загрузочного, центрального и разгрузочного участков, на границе центрального и разгрузочного участков изогнутый дугою вверх и разгрузочной кромкой вниз и установленный на раме 2 при помощи упругих элементов 3, вибровозбудитель 4, закрепленный на разгрузочном участке рабочего органа 1, и самоповоротный затвор 5 (далее - затвор 5), шарнирно закрепленный на раме 2 в зоне разгрузочного участка упругого рабочего органа 1. Центральный участок рабочего органа 1 имеет сквозные отверстия 6 для подачи горячего воздуха или топочных газов (далее - отверстия 6), сверху прикрытые упругими жаростойкими пластинками 7 (далее - пластинки 7), одним краем закрепленными на поверхности рабочего органа 1. Рабочий орган 1 на центральном участке своей нижней поверхностью связан со стенками камеры повышенного давления 8 (далее - камера 8): непосредственно со стенками камеры 8, выполненными из эластичного материала или с помощью жаростойких эластичных пластин 9, как показано на чертежах. Камера повышенного давления 8 оснащена штуцером 10 для подачи воздуха или топочных газов. Внутри нее могут быть расположены элементы 11 для нагрева воздуха, закрепленные на раме 2 (фиг. 1), или через штуцер 10 она может быть соединена с трубопроводом 12 (фиг. 2) подачи топочных газов. На границе центрального и разгрузочного участков рабочий орган 1 изогнут дугою вверх с минимально возможным радиусом (как показано на чертеже), а на загрузочном участке оснащен дополнительным вибровозбудителем 13. Рама 2 оснащена кожухом 14, имеющим пароотводящий патрубок 15 и приемную воронку 16 для подачи сыпучего материала 17, в том числе мелкодисперсного, закрывающим сверху рабочий орган 1. Затвор 5 шарнирно закреплен на раме 2 на уровне верхней внутренней поверхности кожуха 14 с возможностью контакта нижней кромки затвора 5 с разгрузочным участком рабочего органа 1.
Устройство работает следующим образом.
В нерабочем состоянии вибровозбудители 4,13 и нагревательные элементы 11 (фиг. 1) отключены, затвор 5 закрыт, приемная воронка 16 открыта, подача воздуха (фиг. 1) или топочных газов (фиг. 2) через штуцер 10 отсутствует.
При работе вибрационного устройства через штуцер 10 в камеру повышенного давления 8, образованную на раме 2, подают воздух (фиг. 1), впоследствии нагреваемый элементами 11, или из трубопровода 12 (фиг. 2) подают топочные газы. Горячий воздух или топочные газы накапливаются, а затем под давлением подаются через отверстия 6, прикрытые пластинками 7. Сыпучий материал 17 загружается в приемную воронку 16, попадая на загрузочный участок рабочего органа 1. При непрерывной подаче он полностью заполняет загрузочную воронку 16, и между рабочим органом 1, кожухом 14 и затвором 5 образуется замкнутый объем. Включаются вибровозбудители 4, 13, и сыпучий материал 17 перемещается вдоль рабочего органа 1. Горячий воздух или топочные газы, подаваемые под давлением через отверстия 6, нагревают сыпучий материал 17. Излишняя влага, соединяясь с горячим воздухом или топочными газами, поднимается в виде пара над сыпучим материалом 17 и удаляется из-под кожуха 14 через пароотводящий патрубок 15.
Так как на границе центрального и разгрузочного участков рабочий орган 1 изогнут дугою вверх с минимально возможным радиусом, угол наклона к горизонту разгрузочного участка гораздо больше, чем центрального. Поэтому при попадании сыпучего материала 17 на разгрузочный участок скорость его перемещения вниз увеличивается. Благодаря этому обезвоженный сыпучий материал 17 не накапливается на разгрузочном участке рабочего органа 1 настолько, чтобы препятствовать перемещению влажного сыпучего материала 17 по центральному участку рабочего органа 1. Так как вибровозбудитель 4 создает колебания на разгрузочном участке рабочего органа 1, а вибровозбудитель 13 - на его загрузочном участке, скорость перемещения сыпучего материала 17 остается равномерной, а ее величина выбирается из условия обеспечения времени, необходимого для нагрева сыпучего материала 17 и испарения содержащейся в нем излишней влаги.
Так как перемещение и обезвоживание происходят в замкнутом объеме, то вследствие изоляции от атмосферы горячий воздух или топочные газы полностью передают тепловую энергию перемещаемому сыпучему материалу 17, что улучшает эффективность процесса обезвоживания.
Под давлением обезвоженного сыпучего материала 17 затвор 5 приоткрывается на угол, достаточный для выпуска сыпучего материала 17, а при отсутствии давления - закрывается, предотвращая нарушение замкнутости объема, в котором перемещается и обезвоживается сыпучий материал 17.
Кроме того, кожух 13 предотвращает распыление обезвоженного мелкодисперсного материала 17 под действием вибрации, а пластинки 7 предотвращают его просыпи.
Таким образом, конструкция предлагаемого устройства позволяет реализовать обезвоживание сыпучего материала 17, не прекращая его перемещения к месту укладки, тем самым подготавливая к непосредственному использованию. За счет совмещения операций расширяются возможности использования устройства.