Шнековый конвейер вязких веществ
SCREW CONVEYOR FOR VISCOUS SUBSTANCES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для транспортировки, мойке и перемешивания жидких, сыпучих, фракционных и других материалов в химической, фармацевтической, парфюмерной, строительной, горной, пищевой и др. промышленности.
Проблемы транспортировки материалов и часто с одновременным перемешиванием с повышенной интенсивностью имеется во многих технологических процессах в различных отраслях промышленности. Для решения этой задачи созданы различные шнековые конвейеры со специальной формой шнека, статического и динамического вращения вала.
Конвейеры с наложением крутильных колебаний имеют существенные преимущества по энергозатратам, качеству технологического процесса, производительности.
Уровень техники
Известен конвейер для сыпучих и пылевидных материалов (а.с. СССР №339474, класс 65 G 33/38 G, опубликован 24.01.1972, Бюл. №17), содержащий корпус с установленным в нем шнеком и зубчатую передачу, соединенную с электродвигателем.
Недостатком этого устройства является повышенный расход энергии на колебания всего вала шпека, кинематическая зависимость параметров равномерного и импульсного вращения, потери воздействия единичного импульса по направлению его действия и величине поверхности восприятия.
Известен импульсный вращатель шнекового смесителя (а.с. СССР №1593694 А1, класс B01F 7/08 G, опубликован 23.09.1990, Бюл. №35) содержащий двигатель, редуктор, возбудитель колебаний, солнечное колесо с зазором и внутренними поверхностями, эквидистентными поверхностями шнека.
Недостатком этого устройства являются низкая производительность и малая область динамического воздействия, специализированное применение, значительные динамические энергозатраты на единицу продукции, повышенный износ поверхностей соударения.
Известен конвейер для транспортировки материалов, содержащий корпус с загрузочным люком и разгрузочным окном, шнек, выполненный в виде отдельных лопастей фасонной формы (Спивановский А.О.. Дьячков В.К. Транспортирующие машины - М. Машиностроение, 1983 с. - 351-353).Конвейер предназначен для перемешивания слежавшихся материалов с дополнительной операцией перемешивания.
Недостатком этого конвейера являются малые производительность по причине ограниченного коэффициента заполнения и периодичной транспортировки каждой лопастью.
Известен так же конвейер для транспортировки материалов (патент на полезную модель №141931, класс 65 G 33/34 G, опубликован 20.06.2014, Бюл. №17) выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус, загрузочные и разгрузочные устройства, шнековый транспортер, вал пустотелый с окнами, внутренний вал с лопастями динамического воздействия, установленный в окнах пустотелого вала.
Недостатком этого конвейера являются потери энергии импульса, особенно в вязких средах, вследствие обтекания лопастей вязкими средами и заполнения образовавшейся пустоты за поверхностью лопаты при ее движении под действием импульса. За счет этого теряется эффективность вибровоздействия и перетекание вязкого материала в пространство за лопастью.
Раскрытие изобретения
В основу заявленного устройства поставлена задача сокращения потери энергии импульса путем реализации устройства заполнения пустоты за лопастью. Экспериментально установлено, что образовавшейся отрицательный импульс поглощает значительную часть подведенной энергии. На экспериментальной установке энергия подводимого импульса определялась величиной массы падающей с заданной высоты. Восприятие подводимой энергии вязкой жидкостью (в частности водой) определялось величиной перемещения измерительной пластины, погруженной в жидкость. При изменении расстояния от рабочих поверхностей лопастей до поверхности измерительной пластины подведенная энергия единичного импульса вызывало перемещение измерительной пластины на противоположное направлению приложения импульса, т.е. приложенная к поверхности лопасти сила совершает отрицательную работу. Эффективность такого устройства использования импульса заданного направления может приближаться к нулю и даже быть отрицательной.
Технический результат, достигаемый в процессе реализации предлагаемого устройства, заключается в том, что применение предлагаемого устройства сокращает отрицательное действие импульса, исключает усилия на образование пустоты за лопастью, повышает экономичность, долговечность и эксплуатационную надежность работы конвейера за счет искусственного заполнения пусто ты.
Указанный технический результат достигается тем, что шнековый конвейер вязких веществ, содержащий привод, корпус, загрузочное и разгрузочное устройства, шнек и лопасти динамического вала, при этом согласно изобретениию тыльная сторона лопасти выполнена с защитным устройством, которое установлено на упругих, гофрированных уплотнителях и образует между задней частью лопасти и передней поверхностью защитного устройства замкнутый объем воздушного пространства, связанный воздуховодом с атмосферой.
Импульс крутильных колебаний сообщает движение рабочей поверхности лопасти шнека по технологически обоснованной закономерности, а тыльная подвижная часть лопатки сокращает движение изменяя свое положение относительно основной второй части. Тыльная часть лопасти шнека находиться в воздушном пространстве, соединенном с атмосферой. Учитывая силу взаимодействия вязкой жидкости и подвижной части лопасти обоснованно предположить их совместное движение, и колебание подвижной части лопасти будет проходить при сокращенном усилии взаимодействия тыльной стороны основной части лопасти с обрабатываемым материалом через воздушную прослойку.
Кроме этого, исключается перетекание вязкого материала в устраненную пустоту с тыльной стороны лопасти, и энергия импульса будет преимущественно направлена в сторону потребности обрабатываемого материала и совершенствования технологического процесса.
Таким образом, при наложении импульса крутящего момента тыльная сторона основной части лопасти движется в воздушном пространстве образованном защитным элементом, соединенном с атмосферой через специальные воздуховоды. Это исключает потери энергии па перемещение вязкого вещества задней части лопасти и образования пустоты, в которую поступает веществом с передней части лопасти. Энергия приложенного импульса, в этом случае, расходуется по предусмотренному направлению и повышается эффективность динамической нагрузки.
В движении защитное устройство, при наложении импульса, неподвижно относительно транспортируемого вещества, а лопасть совершает колебания по заданной амплитудно-частотной характеристике. Импульс крутильных колебаний в рабочем направлении перемещает массу только передней частью, в противоположном направлении скорость защитного устройства лопасти приближается к скорости обрабатываемого материала. Тыльная сторона основной части лопасти движется в воздушном пространстве. Относительно неподвижное защитное устройство сохраняет энергию импульса и исключает образование пустоты в вязком веществе и не допускает его перетекание.
Это позволяет направить энергию единичного импульса в необходимом направлении с минимальными потерями и получить максимальную эффективность качественного технологического процесса в вязких веществах при минимальных затратах на единицу продукции.
Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявленный шнековый конвейер вязких веществ отличается тем, что динамическое воздействие лопастей организовано в сторону оптимального направления при исключении неэффективного обтекания лопаток вязкой жидкостью и исключения динамического сопротивления на тыльной стороне лопасти путем установки защитного устройства и связи с атмосферой воздушного пространства между задней частью лопасти и передней стенки устройства.
В предлагаемом устройстве впервые поставлена задача защиты разработанным техническим решением задней части лопасти от отрицательных нагрузок путем создания воздушной прослойки, что позволяет сделать вывод о соответствии устройства условию патентоспособности «Изобретательский уровень».
Краткое описание чертежа
На фиг. 1 изображен общий вид шнекового конвейера вязких веществ; на фиг. 2 - лопасть шнекового конвейера вид сбоку с сечением; на фиг. 3 - вид спереди лопасти шнекового конвейера с вырывом и частично удаленным защитным устройством.
Описание устройства
Устройство поясняется чертежом (см. фиг. 1) общего вида, лопасти (см. фиг. 2) вид сбоку и лопасти (см. фиг. 3) вид спереди с вырывом и частично удаленным защитным устройством, содержащим привод 1, корпус 2 конвейера, загрузочное 3 и разгрузочное 4 устройства, вал 5 динамического привода, вал 6 статического привода, лопасти 7, колебательная часть 9, шнек 8 статического привода, защитное устройство 10, гофрированное уплотнение 11 и воздуховод 12.
Работает устройство следующим образом.
При включении привода 1 в корпусе 2 начинает равномерно вращаться шнек 8 статического привода и совершать колебательное движение вал 5 динамического привода с лопастями 7. Корпус 2 конвейера заполняется через загрузочное 3 устройство. Колебательная часть 9 лопасти 7 совершает крутильные колебания вместе с валом 5 и периодически воздействует на обрабатываемый материал. Для сокращения действия вакуума за лопастью 7 выполнено защитное устройство 10 с гофрированным уплотнением 11 и воздуховодом 12, соединенным с атмосферой. Независимое движение защитного устройства 10 при наложении импульса исключает силовое взаимодействие задней части лопасти 7 с обрабатываемым материалом за счет малого сопротивления колебаниям в воздушной среде задней части 9 и постоянного контакта защитного устройства 10 с материалом в шнековом конвейере вся энергия импульса воспринимается рабочей поверхностью лопасти.
Во время равномерного движения шнека, вязкого вещества и защитного устройства колебания части 9 лопасти 7 происходит с минимальными потерями и максимальным значением динамическою воздействия, без излишнего перетекания транспортируемого вязкого вещества и потери энергии направленного импульса.
Данная конструкция шнекового конвейера вязких веществ позволяет транспортировать материал с максимальной производительностью, активным перемешиванием направленным импульсом, рациональным использованием выбранного направления действия импульса, сокращением нагрузок отрицательного импульса и неконтролируемого перетекания вязких веществ за лопасть.
Применение описанного устройства позволяет снизить нагрузки кинематических пар, энергозатраты на единицу продукции, повысить производительность, долговечность и надежность работы устройства, исключить дополнительные энергозатраты на перетекание веществ при заполнении пустот с тыльной стороны лопасти.
Сопоставительный анализ заявленного устройства показывает, что совокупность существенных признаков заявленного конвейера для транспортировки материалов не известно из уровня техники и, значит соответствует условию патентоспособности «Новизна».
Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного конвейера для транспортировки вязких веществ с активным использованием направленной энергии импульса и поэтому соответствуют условию патентоспособности «Промышленная применимость».