СПОСОБ ВАКУУМНО-ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ С ВЫСОКОЙ МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ
AIR VACUUM TRANSFER OF LOOSE MATERIALS WITH HIGH WEIGHT CONCENTRATION

Изобретение относится к области всасывающего вакуумно-пневматического транспортирования сыпучих материалов, перемещаемых по трубопроводам при низких скоростях и высоких концентрациях, характеризуемых коэффициентом массовой концентрации от 40 до 100. Иначе такой транспорт именуется как вакуумный транспорт плотным слоем (ВТПС). Изобретение может быть использовано в различных отраслях техники, где необходимо интенсифицировать процессы транспортирования сыпучих материалов или осуществлять технологические процессы одновременно с вакуумным транспортированием плотным слоем. Все известные способы вакуумного транспорта плотным слоем осуществляются за счет разности между атмосферным давлением в месте начала движения сыпучих материалов по транспортному трубопроводу и величиной разрежения в месте завершения транспортирования сыпучих материалов. Эффективная аспирация, низкая энергоемкость при значительной протяженности транспортирования отличает вакуумный транспорт плотным слоем от б'ольшей части известных способов пневматического транспортирования сыпучих материалов плотным слоем, работа которых основана на использовании энергии сжатого воздуха. Эти способы энергоемки, осуществляются при давлениях значительно б'ольших чем атмосферное, требуют компрессорного оборудования и характеризуются высокими скоростями от 10 м/сек и более, которые приводят к пылеуносам, измельчению материалов.
Известен способ (авт.св. СССР №373931, МПК B65G 53/25 от 12.11.1973 г.) пневматического вакуумного транспортирования сыпучих материалов, согласно которому сыпучий материал перед подачей в транспортный трубопровод подвергают аэрации в направлении снизу вверх газом через пористую перегородку.
Недостатком этого способа является то, что для аэрации сыпучего материала в систему необходимо подавать сжатый воздух, что увеличивает энергозатраты вакуумного насоса и скорость, а также снижает массовую концентрацию потока сыпучего материала. Эти признаки не отвечают условиям для непрерывной транспортировки сыпучего материала с высокой массовой концентрацией.
Наиболее близким по количеству сходных признаков к предлагаемому способу (прототипом), является способ (патент РФ №2083456, МПК B65G 53/14 от 10.07.1997 г.) вакуумно-пневматического транспортирования сыпучих материалов, согласно которому транспортирование сыпучих материалов с высокой концентрацией плотным слоем обеспечивается тем, что сыпучий материал механически виброожижают в загрузочном устройстве при условии, что величина вибрационного ускорения должна быть равна или более ускорения силы тяжести. В нем решена задача формирования плотного слоя сыпучего материала на горизонтальном участке транспортирующего трубопровода малой протяженности путем виброожижения.
Недостатком этого способа является то, что по причине затухания вибрационных колебаний при отдалении сыпучего материала от входного участка виброожижение становится недостаточным для поддержания высокой концентрации частиц сыпучего материала по сечению трубопровода, в особенности при горизонтальном транспортировании. В потоке сыпучего материала, удаляющегося от зоны виброожижения, происходит расслоение и возникают участки с концентрацией частиц равной их насыпному состоянию, что приводит к завалам сыпучего материала и проскокам воздуха над ними, работа транспортера нарушается, ограничиваются протяженность и производительность транспортирования.
Для вибрационного псевдоожижения в транспортном трубопроводе, имеющем вертикальные, наклонные, горизонтальные и криволинейные участки, требуется соответствующее число вибраторов. Это увеличивает дополнительные энергозатраты, а для трасс с несколькими изменениями направления транспортирования делает невозможным применение виброожижения из-за того, что совмещение нескольких вибраторов, колеблющихся в разных направлениях, на едином трубопроводе весьма проблематично.
Техническая задача заявляемого изобретения состоит в увеличении протяженности транспортировки сыпучего материала с высокой массовой концентрацией при низких энергозатратах.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе вакуумно-пневматического транспортирования сыпучих материалов с высокой массовой концентрацией, при котором сыпучий материал перемещают по транспортному трубопроводу из исходной зоны с атмосферным давлением в приемную зону, находящуюся под вакуумом, согласно изобретению вакуум в приемной зоне создают поочередным воздействием импульсами от одного из двух или более вакуумных ресиверов, каждый из которых связан с источником постоянного вакуума так, что при воздействии вакуумного импульса на приемную зону от одного из ресиверов он синхронно, на период импульсного воздействия, отключается от постоянного источника вакуума, а следующий ресивер подключается к постоянному источнику. Количество ресиверов определяется протяженностью трубопровода и направлением его отдельных участков.
Предложенная совокупность признаков заявляемого изобретения позволяет обеспечить транспортирование частиц сыпучего материала с высокой массовой концентрацией и низкими скоростями на протяженных участках, в том числе на насыщенных элементами, изменяющими направление перемещения, при одновременном снижении энергозатрат.
Это достигается обеспечением стабильного поддержания требуемой массовой концентрации по сечению трубопровода, так как позволяет осуществлять псевдоожижение сыпучего материала на отдельных участках трубопровода, не создавая завалов. Воздействие на воздух приемной зоны вакуумными импульсами, формирует фронт снижения давления, распространяющийся вдоль всего канала транспортирования и поддерживает сыпучий материал в псевдоожиженном состоянии с однородной по сечению канала высокой массовой концентрацией, компенсируя тем самым потери скорости частиц и обеспечивая транспортирование на протяженных участках трубопровода. Периодическое повторение этого воздействия позволит обеспечить непрерывность процесса транспортирования.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема вакуумно-пневматического транспортного трубопровода с элементами, необходимыми для реализации предложенного способа.
Вакуумно-пневматический транспортный трубопровод состоит из 1 -транспортного трубопровода, 2 - исходной зоны в виде бункера сыпучего материала с питателем, 3 - приемной зоны сыпучего материала в виде циклона-разгрузителя, 4 - постоянного источника вакуума в виде вакуумного насоса, 5 - сборника сыпучего материала, 6 и 7 - двух вакуумных ресиверов (либо двух или более ресиверов - не показано), 8, 9, 10 и 11 - быстродействующих электромагнитных клапанов, 12 - датчика давления в циклоне-разгрузителе.
Работа вакуумно-пневматического транспортного трубопровода, реализующего способ, осуществляется следующим образом.
Включение вакуумного насоса 4 производят при закрытых клапанах 8 и 10 и открытых клапанах 9 и 11. После достижения давления в ресиверах 6 и 7 заданного значения синхронно с открытием клапана 10 закрывают клапан 11. В результате этого в приемной зоне 3 и транспортном трубопроводе 1 создается вакуум с давлением, достаточным для начала транспортирования. Находящийся под атмосферным давлением сыпучий материал поступает в транспортный трубопровод 1, в котором, благодаря величине разницы давлений, достигнутой между исходной зоной 2 и циклоном-разгрузителем приемной зоны 3, движется поток атмосферного воздуха, одновременно псевдоожижающий и увлекающий частицы сыпучего материала, которые при начале перемещения имеют массовую концентрацию, близкую к насыпной. По мере перемещения частиц сыпучего материала по каналу транспортного трубопровода скорость их возрастает при одновременном уменьшении массовой концентрации. Движение сыпучего материала, начавшееся благодаря воздействию созданного импульсом вакуумного ресивера фронта снижения давления на начальном участке транспортного трубопровода, характеризуется высокой и равномерной по сечению транспортного трубопровода массовой концентрации сыпучего материала, близкой к насыпной. При дальнейшем перемещении сыпучего материала из исходной зоны в вертикальном, наклонном или горизонтальном направлениях увеличиваются потери скорости частиц из-за трения о стенки канала и взаимного соударения, происходит постепенное замедление частиц, вплоть до торможения слоев сыпучего материала в донной части, чаще всего, горизонтального канала. Движение, начавшееся равномерным по концентрации может нарушиться из-за перераспределения концентрации по поперечному сечению и осаждения частиц в пристенной области транспортного трубопровода.
В циклоне-разгрузителе приемной зоны 3 поток воздуха отделяется от сыпучего материала и через открытый клапан 10 поступает в ресивер 7. Значение давления в циклоне-разгрузителе приемной зоны 3 возрастает до величины, при которой происходят вышеперечисленные нарушения транспортирования и возникает необходимость проведения дополнительного импульсного воздействия на транспортируемый сыпучий материал. Последующее открытие клапанов 8 и 11 и синхронное с ним закрытие клапанов 9 и 10 осуществляется по достижении давления в приемной зоне определенного значения, характерного для замедления и осаждения частиц сыпучего материала в транспортном трубопроводе. Импульсное уменьшение давления в приемной зоне после открытия клапана 8 приводит к тому, что распространение фронта снижения давления вдоль канала в сторону исходной зоны, происходящее со звуковой скоростью, обеспечивает псевдоожижение части сыпучего материала, снизившей скорость из-за трения и потерь напора.
Прохождение со столь высокой скоростью вдоль канала фронта снижения давления вакуумно-импульсного воздействия приводит также к дополнительному увеличению составляющей скорости частиц, направленной в сторону приемной зоны. Для поддержания процесса постоянного транспортирования сыпучего материала открытием или закрытием клапанов 8, 11 и 9, 10 производят поочередное подключение ресиверов 6 и 7 к циклону-разгрузителю приемной зоны 3.
Время, в течение которого происходит замедление частиц сыпучего материала, сопровождающееся повышением давления в циклоне-разгрузителе приемной зоны и нарушением однородности массовой концентрации по сечению после начала транспортирования сыпучего материала, по длительности соизмеримо со временем вакуумно-импульсного воздействия. При перемещении сыпучего материала, имеющего высокую массовую концентрацию, потери, вызванные трением, резко уменьшаются, что делает возможным увеличить дальность транспортировки при неизменной производительности вакуумного насоса. Для наибольшего эффекта воздействия фронта снижения давления диаметры проходных сечений клапанов 8, 9, 10, 11 и патрубков, соединяющих эти клапаны с вакуумными ресиверами и приемной зоной, должны быть не менее, чем диаметр канала транспортного трубопровода, а их длина - наименьшей, с учетом габаритов ресиверов и объема приемной зоны.
Таким образом, поочередное воздействие фронта вакуумного импульса на сыпучий материал, позволяет осуществить его перемещение с высокой концентрацией на вертикальных, наклонных и горизонтальных участках на значительные расстояния при наименьших затратах энергии.