Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к оборудованию для пневмотранспорта сыпучих материалов в цветной металлургии, в частности для транспортирования глинозема, и может быть использовано в других отраслях промышленности.

Аналогом способа является способ пневматического транспортирования сыпучих материалов, включающий периодическую подачу материала и сжатого воздуха в транспортный трубопровод. Подачу сжатого воздуха производят через вспомогательный трубопровод. Вспомогательный трубопровод расположен снаружи и соединен с транспортным трубопроводом. Подачу сжатого воздуха в транспортный трубопровод производят при возникающем перепаде давления в нем. В случае появления скопления материала через вспомогательный трубопровод подают воздух в транспортный трубопровод одновременно через все точки подачи, расположенные между началом скопления материала и ближайшей точкой подачи воздуха после него (Заявка Франции №23472288, 09.12.1977).

К недостаткам способа аналога относится то, что он предполагает наличие системы контроля давления и подачи воздуха во вспомогательный трубопровод по всей длине транспортного трубопровода. При значительной протяженности пневмотранспортной трубы необходимо большое количество приборов контроля давления и исполнительных механизмов подачи воздуха, что приведет к снижению надежности системы в целом, ее удорожанию, сложности в обслуживании и, таким образом, к ухудшению технико-экономических показателей.

Известен также способ для пневматического или гидравлического транспортирования сыпучих материалов (патент ФРГ №2102301, 08.11.1973), в котором дополнительный воздух подают во входные и выходные отверстия, образованные радиальными вырезами с язычками в стенках внутреннего трубопровода.

Пневматические способы транспортировки, наряду с такими преимуществами, как полное отсутствие пыления, перегрузка материалов без остатка, практически любое направление транспортировки по вертикали и горизонтали, компактность, низкие капитальные затраты и низкий уровень шума, имеют ряд недостатков.

Одним из таких недостатков является образование пробок транспортируемого материала в материалопроводе, что приводит к выходу из строя всей транспортной системы и необходимости ее очистки от пробок. При этом повышение надежности системы за счет увеличения расхода транспортного воздуха с целью гарантированного прохождения материала без образования пробок приводит к снижению экономических показателей, значительному измельчению транспортируемого материала и повышенному износу материалопроводов.

Известны решения, позволяющие избежать образования застойных зон в транспортных трубопроводах, способствующих образованию пробок транспортируемого материала без существенного увеличения расхода сжатого воздуха.

Известен способ очистки труб, используемых для пневмотранспорта (патент Великобритании №1570587 от 02.07.1980), согласно которому скопление материала, транспортируемого пневматическим способом по трубе, предотвращают периодическим надуванием закрытых с концов трубок, расположенных снаружи транспортного трубопровода. В исходном состоянии жесткие радиальные спирали трубки удерживаются в сложенном положении. При подаче воздуха в закрытые с торцов трубки они деформируют трубу транспортного трубопровода, меняя конфигурацию и, тем самым, разрушая образовавшуюся пробку материала. Однако данное решение возможно только на гибких трубопроводах, что делает невозможным транспортировку абразивного и нагретого материала.

В авторском свидетельстве СССР №712611, 05.01.1977 с целью предотвращения пылевых отложений колено пылепровода с изогнутыми по радиусу стенками снабжено отводной трубой, подключенной к противолежащим участкам стенок минимального и максимального радиусов. Предлагаемый способ позволяет избежать на криволинейных участках пылепровода образование застойных зон, способствующих образованию пробок материала, однако при транспортировании материала будет происходить забивание обводной трубы транспортируемым материалом.

Аналогом устройства для транспортирования сыпучих материалов является заявка Франции №2347288, 09.12.1977, в которой для устранения пробок в пневмотранспортной трубе применен наружный вспомогательный аэрационный трубопровод, который разделен на сегменты, причем каждый сегмент имеет несколько точек подачи воздуха. Недостатком этого устройства является то, что принцип его действия предполагает устранение уже возникших пробок материала, а не их предотвращение.

Известно устройство, в котором внутри основного материалопровода смонтирован вспомогательный трубопровод, по которому подают воздух для предотвращения образования областей слеживания материала. В устройстве для пневматического или гидравлического транспортирования сыпучих материалов (патент ФРГ №2102301, 08.11.1973) входные и выпускные отверстия внутреннего трубопровода образованы радиальными вырезами в стенках внутреннего трубопровода. Сзади вырезов по направлению движения материала стенки трубопровода выполнены в виде язычков.

Недостатками аналога являются переизмельчение транспортируемого сыпучего материала и высокий удельный расход сжатого воздуха на транспортирование. Кроме того, постоянный контакт элементов внутреннего трубопровода с транспортируемым материалом приводит к быстрому их выводу из строя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ пневматического транспортирования сыпучих материалов в плотном слое, включающий подачу дополнительного воздуха в транспортируемый материал через аэрационную трубу, размещенную внутри транспортного трубопровода. Плотный слой создается с помощью пневмокамерных насосов и подачей дополнительного воздуха в сыпучий материал через аэрационный канал, размещенный внутри пневмотранспортной трубы (Рамумова И.М. Пневмо- и гидротранспорт в химической промышленности. - М.: Химия, 1979, 248 с.). Цикл транспортирования сыпучих материалов заканчивается при полном освобождении емкости пневмокамерного насоса, после этого выключается подача воздуха в аэрационный канал.

Недостатками прототипа являются образование застойных зон на криволинейных участках трубопровода, способствующих образованию пробок материала. Кроме того, в каждом цикле на 100% освобождается от сыпучего материала пневмокамерный насос. Возникает необходимость продувки трассы после цикла выгрузки, что приводит к увеличению удельного расхода сжатого воздуха. При транспортировке происходит переизмельчение сыпучих материалов, а следовательно, понижается качество сыпучих материалов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является устройство для пневматического транспортирования сыпучих материалов, включающее пневмокамерный насос с аэрационным элементом, аэрационную трубу с отверстиями для подачи дополнительного аэрирующего воздуха, размещенную внутри транспортного трубопровода (Воробьев А.А., Матвеев А.И., Носко Г.С. и др. Л.: Машиностроение, 1969, стр.161-171, стр.93-94, рис.78).

Недостатками прототипа-устройства являются: сложность конструкции транспортного трубопровода, при высоком удельном расходе сжатого воздуха, и невозможность применения для длинных трасс, особенно на криволинейных участках. Кроме того, непосредственно на дне пневмокамерного насоса образуются застойные зоны, и накапливается сыпучий материал.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа пневматического транспортирования сыпучих материалов, в котором использование технологических приемов и режима транспортирования обеспечит транспортирование сыпучих материалов на большие расстояния с малой скоростью, что позволит снизить влияние при транспортировании на измельчение сыпучих материалов. Кроме повышения качества сыпучих материалов, предлагаемый способ позволит уменьшить удельный расход сжатого воздуха на транспортирование.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания устройства для транспортирования сыпучих материалов, в котором конструктивное выполнение аэрационной трубы обеспечит транспортирование материалов в плотном слое с малой скоростью, что приведет к снижению измельчения транспортируемого сыпучего материала, снизит удельный расход сжатого воздуха на транспортирование.

Поставленная задача достигается тем, что в способе пневматического транспортирования сыпучих материалов в плотном слое, созданном с помощью пневмокамерных насосов, включающем подачу дополнительного воздуха в транспортируемый материал через аэрационную трубу, размещенную внутри транспортного трубопровода, согласно заявляемому изобретению дополнительный аэрирующий воздух подают на криволинейных участках аэрационной трубы при повороте транспортного трубопровода в горизонтальной плоскости в 7 поперечных сечениях этой трубы и в 2-5 точках этих сечений, при повороте транспортного трубопровода в вертикальной плоскости с выходом его на вертикаль в 10 поперечных сечениях и в 2-4 точках этих сечений, а при повороте транспортного трубопровода в вертикальной плоскости с выходом на горизонталь в 7 поперечных сечениях и в 2-6 точках этих сечений.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа:

- создание плотного слоя с помощью пневмокамерных насосов с аэрационным элементом;

- подача дополнительного воздуха в транспортируемый материал через аэрационную трубу, размещенную внутри транспортного трубопровода;

- циклическое транспортирование материала.

Причина, препятствующая получению заявляемого технического результата в способе-прототипе, следующая: в каждом цикле на 100% освобождается от сыпучего материала пневмокамерный насос. Возникает необходимость продувки трассы после цикла выгрузки, что приводит к увеличению удельного расхода сжатого воздуха.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для пневматического транспортирования сыпучих материалов в плотном слое, включающем пневмокамерный насос с аэрационным элементом, аэрационную трубу с отверстиями для подачи дополнительного аэрирующего воздуха, размещенную внутри транспортного трубопровода, согласно предлагаемому решению транспортный трубопровод и аэрационная труба выполнены с криволинейными участками, отверстия для подачи дополнительного аэрирующего воздуха при расположении криволинейного участка транспортного трубопровода в горизонтальной плоскости выполнены в аэрационной трубе с расположением их в левой нижней четверти соответствующих поперечных сечений аэрационной трубы при ее повороте влево и в правой нижней четверти соответствующих поперечных сечений аэрационной трубы при ее повороте вправо, а отверстия для подачи дополнительного аэрирующего воздуха при расположении криволинейного участка транспортного трубопровода в вертикальной плоскости с выходом на вертикаль и на горизонталь выполнены в аэрационной трубе с расположением их симметрично относительно вертикальной оси соответствующих поперечных сечений этой трубы.

Предлагаемое устройство дополняют частные отличительные признаки, направленные на решение поставленной задачи.

Аэрационный элемент выполнен с нижней конусной поверхностью, содержит перфорированные пластины с прокладкой между ними и закреплен на установленном в нижней части пневмокамерного насоса патрубке, причем на нижней конусной поверхности аэрационного элемента на прокладках расположены сопла для подачи аэрирующего воздуха.

Прокладки сопел и верхняя прокладка аэрационного элемента выполнены из металлической сетки.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого устройства:

- пневмокамерный насос с аэрационным элементом;

- аэрационная труба с отверстиями для подачи дополнительного аэрирующего воздуха, размещенная внутри транспортного трубопровода.

Причины, препятствующие получению заявляемого технического результата в устройстве-прототипе, следующие: происходит транспортировка сыпучих материалов с одним вентилятором на расстояния до 40 метров, поэтому для данных трасс требуется значительное количество этих вентиляторов, что осложняет конструкцию пневмотрассы при высоком удельном расходе сжатого воздуха на транспортирование. Кроме того, трубопровод монтируется с уклоном не менее 3-4°, а в отдельных случаях до 7-8°, что неприемлемо для длинных трасс, особенно на криволинейных участках. Выполнение прокладки аэрирующего элемента в виде шестислойной хлопчатобумажной ткани не обеспечит создание плотного слоя в сыпучем материале.

Раскрывая причинно-следственную связь между существенными признаками заявляемого способа и устройства для его осуществления и достигаемым техническим результатом, необходимо отметить следующее.

Введение дополнительного аэрирующего воздуха на 7 поперечных сечениях, выполненных на криволинейных участках аэрационной трубы, при повороте транспортного трубопровода в горизонтальной плоскости, и в 2-5 точках этих сечений; а при повороте транспортного трубопровода в вертикальной плоскости с выходом на горизонталь на 7 поперечных сечениях, в 2-6 точках этих сечений; при повороте транспортного трубопровода в вертикальной плоскости с выходом его на вертикаль в 10 поперечных сечениях и в 2-4 точках этих сечений способствует поддержанию на поворотах транспортного трубопровода плотного слоя транспортируемого сыпучего материала и устраняет возможные отложения материала.

Выполнение отверстий для подачи дополнительного аэрирующего воздуха при расположении криволинейного участка транспортного трубопровода в горизонтальной плоскости, в левой нижней четверти соответствующих поперечных сечений аэрационной трубы при ее повороте влево и в правой нижней четверти соответствующих поперечных сечений аэрационной трубы при повороте вправо, а отверстия для подачи дополнительного аэрирующего воздуха при расположении криволинейного участка транспортного трубопровода в вертикальной плоскости с выходом на вертикаль и на горизонталь, выполненные симметрично относительно вертикальной оси соответствующих поперечных сечений, обеспечивает равномерность движения в плотном слое сыпучего материала по всему сечению основного транспортного трубопровода, что снижает скорость транспортирования и значительно уменьшает расход сжатого воздуха.

Количество зон, на которые разбиваются криволинейные участки транспортного трубопровода, углы установки и количество отверстий для подачи аэрирующего воздуха, рассчитываются исходя из величины угла и плоскости поворота, характеристик транспортируемого материала, давления и расхода транспортного воздуха.

Таким образом, совокупность существенных признаков способа обеспечит транспортирование сыпучего материала в плотном слое с малыми скоростями без образования пробок на транспортном трубопроводе, что приведет к значительной экономии сжатого воздуха и снижает измельчение транспортируемого материала.

Совокупность существенных признаков устройства обеспечит транспортирование сыпучих материалов в плотном слое с малыми скоростями без образования пробок на транспортном трубопроводе, что уменьшит влияние транспортирования на качество транспортируемого материала и снизит удельный расход сжатого воздуха.

Сущность изобретения (способа и устройства) поясняется следующими чертежами.

На Фиг.1 показана схема разводки сжатого воздуха к пневмокамерному насосу; Фиг.2 - схема аэрационного элемента пневмокамерного насоса; Фиг.3 - вид А аэрационного элемента; Фиг.4 - схема установки аэрационной трубы в транспортном трубопроводе; Фиг.5 - сечение А-А аэрационной трубы и транспортного трубопровода; Фиг.6 и Фиг.7-13 - схемы расположения отверстий для подвода аэрирующего воздуха в транспортный трубопровод при поворотах ее на 90° в горизонтальной плоскости; на Фиг.14 и Фиг.15-24 - схемы расположения отверстий при повороте транспортной трубы на 90° в вертикальной плоскости с выходом трубы на вертикаль; на Фиг.25 и Фиг.26-32 - схемы расположения отверстий при повороте трубы на 90° в вертикальной плоскости с выходом трубы на горизонталь.

На чертежах введены обозначения: сосуд 1, транспортный трубопровод 2, аэрационная внутренняя труба 3, аэрационный элемент 4, загрузочный клапан 5, коллектор 6, задвижка 7, клапаны 8, сменные шайбы 9, 10, 11, манометры 12 и 13 для измерения избыточного давления в сосуде 1. На каждой трубе подвода сжатого воздуха установлены стандартные диафрагмы 14, 15, 16 для измерения расхода воздуха. Диафрагмы подключены к дифференциальному манометру (не показан). На трубах подводки сжатого воздуха к сосуду 1 установлены обратные клапаны 17 и 18.

Аэрационный элемент 4 состоит из двух перфорированных пластин 19, 20, между которыми установлена прокладка 21 в виде металлической сетки, например, СД-56. Пластина 19 имеет живое сечение 4-5%, пластина 20 - около 20%. Аэрационный элемент 4 установлен на патрубке 22. На нижней конусной поверхности элемента расположены на прокладках сопел 23 для подачи аэрирующего воздуха. Прокладки 24 сопел также выполнены из металлической сетки, например, СД-56.

Внутренняя (аэрационная) труба 3 начинается на горизонтальном участке транспортного трубопровода сосуда 1 пневмокамерного насоса. Она смонтирована внутри трубопровода 2 на кронштейнах 25. В трубе 3 выполнены аэрационные отверстия 26 по всей длине, в том числе и на поворотах. На трубопроводе подвода сжатого воздуха к пневмокамерному насосу и его аэрационному элементу 4 установлен клапан 27.

Способ транспортирования сыпучих материалов осуществляется следующим образом: перед первым циклом выгрузки сыпучего материала производят контрольную продувку транспортной трубы 2 сжатым воздухом. Аэрирующий сжатый воздух подают по аэрационной трубе 3 по всей длине трассы, в том числе на горизонтальных и вертикальных ее поворотах. Аэрирующий воздух вводят в сторону малого радиуса поворота на 7-10 поперечных сечениях в 2-5 точках по окружности. При этом радиальные углы между осями крайних отверстий ввода аэрирующего воздуха в каждом сечении внутренней аэрационной трубы 3 в горизонтальной плоскости приняты равными 40-80°, углы отклонения оси симметрии крайних углов от вертикальной плоскости равными 48-50°, а на поворотах в вертикальной плоскости отверстия располагают симметрично, а радиальные углы между осями крайних отверстий 26 принимают равными 32-102° относительно вертикальной оси каждого поперечного сечения. При расположении криволинейного участка транспортной трубы 2 в горизонтальной плоскости точки ввода аэрирующего воздуха располагают в левой нижней четверти поперечного сечения трубы 2 при ее повороте влево и в правой нижней четверти поперечного сечения - при повороте вправо.

При повороте пневмотрассы в горизонтальной плоскости на угол 90° (см. Фиг. 6-13) количество сечений N расположения отверстий 26 для подачи аэрирующего воздуха принимают равным семи (см. табл.1).

В таблице 1 приведены расстояния L_ск между сечениями и значения углов выполнения отверстий.

L_ск - хорда, проведенная между точкой пересечения оси 0-0¹ с внутренним радиусом трубы и, соответственно, точками сечения 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. L_ск определяется в зависимости от значения малого радиуса R поворота пневмотранспортной трубы.

Количество отверстий для подачи аэрирующего воздуха изменяется от двух (в сечении 1-1¹) до пяти (в сечении 4-4¹) и всего составляет двадцать три отверстия. Радиальные углы между осями крайних отверстий ввода аэрирующего воздуха составляют от 42 до 80°. Углы отклонения от оси симметрии крайних углов от вертикальной плоскости принимают равными 48-50°.

При повороте транспортного трубопровода на 90° в вертикальной плоскости с выходом трубы на вертикаль (см. Фиг.14-24) количество сечений N принимают равным 10 (см. табл.2).

Количество отверстий для подачи аэрирующего воздуха изменяется от двух до четырех в различных сечениях и всего составляет 31 отверстие. Радиальные углы между осями крайних отверстий составляют от 34 до 82°. При этом отверстия располагают симметрично относительно вертикальной оси каждого поперечного сечения.

При повороте транспортного трубопровода на 90° в вертикальной плоскости с выходом трубы на горизонталь (см. Фиг. 25-32) количество сечений N принимают равным 7 (см. табл.3).

Количество отверстий для подачи аэрирующего воздуха изменяется от 2 до 6 по сечениям и всего составляет 31 отверстие. Радиальные углы между осями крайних отверстий составляют от 32 до 102°, при этом отверстия располагают также симметрично относительно вертикальной оси каждого поперечного сечения.

Устройство работает следующим образом. Открывают загрузочный клапан 5 и заполняют сосуд 1 пневмокамерного насоса сыпучим материалом. Открывают задвижку 7, клапан 8, клапан 27 и из коллектора сжатый воздух подают через диафрагму 16, сменную шайбу 9 в аэрационную трубу 3 и через отверстия 26 в транспортную трубу 2, через клапан 27, обратный клапан 17, диафрагму 15, сменную шайбу 11 в аэрационный элемент 4.

В результате этого частицы сыпучего материала в сосуде 1 и в транспортной трубе 2 оказываются во взвешенном состоянии. А так как одновременно с этим через клапан 27, обратный клапан 18, диафрагму 14 и сменную шайбу 10 сжатый аэрирующий воздух подают сверху сосуда 1, то сыпучий материал под напором этого воздуха начинает транспортироваться по трубе 2 в плотном слое и перемещаться в накопительный силос.

Аэрация сыпучего материала на дне пневмокамерного насоса обеспечивается за счет подачи аэрирующего воздуха из сопел, на всех поворотах пневмотранспортной трубы за счет рационального расположения отверстий обеспечивается отсутствие пробок сыпучего материала в пневмотрассе, и не требуется аварийная продувка ее сжатым воздухом. В результате этого снижаются удельные затраты.

На ОАО «Красноярский алюминиевый завод» способ пневматического транспортирования сыпучих материалов и устройство для его осуществления применяются для транспортирования глинозема на трассе длиной более 400 м с горизонтальными и вертикальными поворотами с осуществлением режима плотного слоя.

Достигнуты следующие результаты:

- Снижен удельный расход сжатого воздуха в 2,5-3 раза.

- Снижены скорости воздушного потока в конце тракта с 80-85 м/с до 20-30 м/с.

Использование заявляемого изобретения позволяет уменьшить измельчение глинозема во время транспортирования и за счет этого улучшить его качество.