Результат интеллектуальной деятельности: ВИХРЕВОЙ КЛАССИФИКАТОР ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к аппаратам для классификации дисперсных материалов и может быть использовано в строительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Известен вихревой классификатор порошковых материалов (см. а.с. 1687305, МКИ В07В 04/08, 1991, БИ №40), включающий цилиндрическую прямоточную вихревую камеру с каналами вывода классифицируемого материала в виде кольцевых щелей, закручивающий аппарат с каналами ввода порошкового материала и каналами вывода крупной фракции, завихритель, клапаны и блок управления с датчиками температуры холодного и горячего потоков.

Недостатком данного устройства является невысокая эксплуатационная надежность работы, обусловленная изменяющимися температурно-влажностными параметрами горячего потока сжатого воздуха, когда он, являясь транспортирующим агентом, выбрасывается из канала вывода крупной фракции в окружающую среду, имеющую более низкую температуру.

Известен вихревой классификатор порошковых материалов (см. патент РФ 2189282 МПК B07B 04/08, B04C 3/06, 2002), включающий цилиндрическую прямоточную вихревую камеру с каналами вывода классифицируемого материала в виде кольцевых щелей, закручивающий аппарат с каналами ввода порошкового материала и каналами вывода крупной фракции, завихритель, клапаны и блок управления с датчиками температуры холодного и горячего потоков, каждый из каналов вывода крупной фракции выполнен в виде расширяющегося сопла из биметаллического материала, при этом на внутренней поверхности расширяющегося сопла выполнены криволинейные канавки, продольно расположенные от его входного до выходного отверстий

Недостатком данного устройства является высокая энергоемкость, особенно при длительной эксплуатации, обусловленная энергозатратами не только на вихревую закрутку и пневмотранспортировку порошковых материалов, но и необходимостью дополнительных энергозатрат на электрическое питание клапанов и блока управления.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергоемкости вихревой классификации порошковых материалов путем использования температурного перепада между горячим и холодным потоками сжатого воздуха, являющегося транспортирующим агентом, как источника электрической энергии для термоэлектрического генератора, выполненного в виде корпуса с двумя проходными каналами и комплектом дифференциальных термопар, «горячие» концы которых расположены в проходном канале для горячего потока сжатого воздуха, а их «холодные» концы расположены в проходном канале для холодного потока сжатого воздуха.

Технический результат достигается тем, что вихревой классификатор порошковых материалов, включающий цилиндрическую прямоточную вихревую камеру с каналами вывода классифицируемого материала в виде кольцевых щелей, закручивающий аппарат с каналами ввода порошкового материала и каналами вывода крупной фракции, завихритель, клапаны и блок управления с датчиками температуры холодного и горячего потоков, каждый из каналов вывода крупной фракции выполнен в виде расширяющегося сопла из биметаллического материала, при этом на внутренней поверхности расширяющегося сопла выполнены криволинейные канавки, продольно расположенные от его входного до выходного отверстий, причем один из клапанов вывода классифицируемого материала в виде кольцевой щели и один из каналов вывода крупной фракции в виде расширяющегося сопла из биметалла с продольно расположенными канавками на внутренней поверхности соединены с термоэлектрическим генератором, выполненным в виде корпуса с проходным каналом для горячего потока сжатого воздуха, транспортирующего классифицируемый материал, и проходным каналом для холодного потока сжатого воздуха, транспортирующего крупные фракции, а также комплектом дифференциальных термопар, «горячие» концы которых расположены в проходном канале для горячего потока сжатого воздуха, а их «холодные» концы расположены в проходном канале для холодного потока сжатого воздуха.

На фиг.1 представлена схема вихревого классификатора порошковых материалов, на фиг.2 - развертка расширяющегося сопла с криволинейными канавками на внутренней боковой поверхности.

Вихревой классификатор порошковых материалов содержит цилиндрическую прямоточную вихревую камеру 1 с каналами вывода 2 классифицируемого материала в виде кольцевых щелей, закручивающего аппарата 3 с каналами вывода 4 порошкового материала и каналами вывода 5 крупной фракции, клапаны управления 6 и 7, установленные соответственно на каналах 8 и 9 ввода закрученного воздушного потока и ввода незакрученного воздушного потока, завихритель 10, соединенный с клапанами управления 6, датчики температуры 11 горячего потока, укрепленные на выходе из каналов вывода 2 классифицируемого материала, и датчики температуры 12 холодного потока, укрепленные на выходе каналов вывода 5 крупной фракции, при этом датчики температуры 11 и 12 через блок управления 13 электрически связаны с клапанами управления 6 и 7. Каналы вывода 5 крупной фракции выполнены каждый в виде расширяющегося сопла 5 из биметаллического материала, на внутренней поверхности которого выполнены криволинейные канавки 14, продольно расположенные от его входного 15 до выходного 16 отверстия канала 5 вывода крупной фракции.

Канал вывода 2 классифицируемого материала в виде кольцевой щели соединен с входом 17 проходного канала 18 для горячего потока сжатого воздуха корпуса 19 термоэлектрического генератора 20 через фильтр 21 со сборников загрязнений 22 для последующего выброса очищенного горячего потока сжатого воздуха в окружающую среду через выход 23. Канал вывода 5 крупной фракции соединен с входом 24 проходного канала 25 для холодного потока сжатого воздуха корпуса 19 термоэлектрического генератора 20 через фильтр 26 со сборником загрязнений 27 для последующего выброса очищенного холодного потока сжатого воздуха в окружающую среду через выход 28.

В проходном канале 18 для горячего потока сжатого воздуха расположены «горячие» концы 29 комплекта дифференциальных термопар 30, а в проходном канале 25 для холодного потока сжатого воздуха расположены «холодные» концы 31 комплекта дифференциальных термопар 30.

Вихревой классификатор порошковых материалов работает следующим образом.

Известно, что при термодинамическом расслоении сжатого воздуха разность температур между горячим и холодным потоками достигает 100°С и более (см., например, Меркулов, А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1979. 386 с.). Горячий поток сжатого воздуха из канала вывода 2 классифицируемого материала поступает в фильтр 21, где очищается от твердых загрязнений порошкового материала, которые накапливаются в сборнике загрязнений с последующим удалением вручную или автоматически (на фиг.1 не показано), и далее через вход 17 перемещается в проходной канал 18 для горячего потока сжатого воздуха корпуса 19 термоэлектрического генератора 20. Здесь горячий поток сжатого воздуха контактирует с расположенными «горячими» концами 29 комплекта дифференциальных термопар 30. Одновременно холодный поток сжатого воздуха из канала вывода 5 крупной фракции поступает в фильтр 26, где очищается от загрязнений, которые накапливаются в сборнике загрязнений 27 с последующим удалением вручную или автоматически, и далее направляется в проходной канал 25 для холодного потока сжатого воздуха через вход 24 для контакта с «холодными» концами 31 комплекта дифференциальных термопар 30. Выполнение элементов комплекта дифференциальных термопар 30, например, из хромель-копеля позволяет получить термоЭДС до 6,96 мВ (см., например, Иванова, Т.М. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984. 230 с.). В результате термоэлектрический генератор 20 обеспечивает напряжение от 12 до 36 В (см., например, Технические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник / под. общ. ред. В.М.Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1980. 560 с.), что вполне достаточно для блока управления 13, электрически связанного с клапанами 6 и 7, следовательно, наблюдаемый температурный перепад между горячим и холодным потоками термодинамически расслоенного сжатого воздуха в завихрителе 10 является источником электрической энергии посредством термоэлектрического генератора 20 для систем автоматического контроля технологического процесса классификации порошкового материала.

Сжатый воздух через клапаны управления 6 при их открытии по каналу ввода 8 поступает в завихритель 10 закручивающего аппарата 3, куда одновременно транспортируется классифицируемый материал по каналу ввода 4. В результате вихревого эффекта происходит термодинамическое расслоение порошково-газовой смеси на горячий периферийный поток сжатого воздуха и порошка, перемещающегося к каналам вывода 2. Значение температуры горячего потока фиксируется датчиками температуры 11. Сигнал от датчиков температуры 11 поступает в блок управления 13, который преобразует данный сигнал и подает соответствующую команду на клапаны управления 6, обеспечивая дальнейшее поступление сжатого воздуха заданных параметров в завихритель 10. Холодный центральный поток сжатого воздуха термически расслаиваемой порошково-газовой смеси транспортирует крупные фракции классифицируемого материала к каналам вывода 5, при этом величина температуры холодного потока фиксируется датчиками температуры 12. Сигнал от датчиков температуры 12 поступает в блок управления 13, который преобразует данный сигнал и подает команду на клапан управления 7, обеспечивая работу его в заданном режиме.

Крупные фракции порошкового материала, перемещаясь под воздействием холодного потока сжатого воздуха, с температурой ниже, чем температура воздушной среды, окружающей классификатор, от входного отверстия 15 к выходному отверстию 16, являются «ядрами конденсации» паров влаги, находящейся в воздухе. В результате микрокаплеобразования (иногда переходящего в тумано- и инееобразование) крупные фракции уже в полости канала вывода 5 интенсивно слипаются, нарушая технологический процесс классификации. При этом наибольшее лавинообразование слипающихся крупных фракций наблюдается вблизи внутренней поверхности канала вывода 5 крупной фракции, т.е. в пограничном слое, где имеет место ламинарное течение потока с образованием «застойных» зон, резко увеличивающих аэродинамическое сопротивление данного элемента классификатора. При выполнении канала вывода 5 в виде расширяющегося сопла осуществляется ускорение выхода крупной фракции с уменьшением вероятности столкновения и последующего слипания классифицируемого материала.

Т.к. сечение канала 5 крупной фракции возрастает от входа к выходу, то это дает возможность крупным фракциям разлетаться. А наличие криволинейных каналов 14 на внутренней поверхности расширяющегося сопла 5 способствует устранению «застойных» зон, т.е. переходу из ламинарного течения потока непосредственно у стенки канала в турбулентное. Т.к. холодный поток, транспортирующий крупные фракции, имеет температуру ниже температуры окружающий классификатор среды, то канал 5, подвергаясь различному температурному воздействию на внутренней и внешней поверхности, создает резонансные с движущимся потоком волнообразные колебания, приводящие в конечном итоге к возрастанию аэродинамического сопротивления классификатора. Поэтому предлагается выполнить канал 5 крупной фракции биметаллическим (см., например, Биметаллы. Дмитриев А.Н. и др. Пермь, 1991, - 416 с.), что для данного температурного перепада практически устраняет волнообразное колебание внутренней поверхности и, соответственно, условия для увеличения аэродинамического сопротивления.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что соединение канала вывода классифицируемого материала в виде кольцевой щели и канала вывода крупной фракции в виде расширяющегося сопла из биметалла, соответственно, с проходным каналом для горячего и холодного потоков в корпусе термоэлектрического генератора позволяет использовать температурный перепад термодинамически расслоенного сжатого воздуха как источник электрической энергии для питания систем автоматизации процесса классификации порошковых материалов, что в целом снижает энергозатраты на производство готового продукта.