Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ УДОБРЕНИЙ

Изобретение относится к сельскому и лесному хозяйству, а именно к производству гранулированного удобрения преимущественно из отходов производства, например дефекта сахарных заводов или смеси дефекта и чернозема, смываемого с корнеплодов свеклы.

Известно устройство для гранулирования удобрений (см. патент РФ №2217228 МПК В01J 2/20, опубл. 27.11.2003), содержащее цилиндрическую емкость со штуцером для вывода готового продукта и подвода теплоносителя через форсунки, разделенную на загрузочную камеру со шнеком и камеру сушки гранул посредством классификатора из биметалла и отверстиями в форме усеченного конуса с большим основанием в сторону плоского ножа, установленный под решеткой плоский нож с приводом вращения.

Недостатком является снижение качества готовой продукции при изменении размеров гранул из-за отсутствия регулирования соотношения скорости среза плоским ножом продавливаемого вращающимся шнеком удобрения и подъемной силы вращающегося горячего теплоносителя, обусловленной его давлением на выходе из форсунок, тангенциально расположенных в нижней части камеры сушки.

Известно устройство для гранулирования удобрений (см. патент РФ №2417832 МПК В01J 2/20, опубл. 10.05.2003), содержащее цилиндрическую емкость со штуцером для вывода готового продукта и подвода теплоносителя через форсунки, разделенную на загрузочную камеру со шнеком и камеру сушки гранул посредством классификатора из биметалла и отверстиями в форме усеченного конуса с большим основанием в сторону плоского ножа, установленный под решеткой плоский нож с приводом вращения, который снабжен регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятором давления с датчиком давления, при этом регулятор давления включает блок сравнения и блок задания, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, а выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на входе подключен к регулятору скорости привода вращения плоского ножа в виде блока порошковых электромагнитных муфт, кроме того, датчик давления расположен перед форсунками в камере для сушки гранул.

Недостатком является дополнительные энергозатраты на привод вращения плоского ножа со шнеком при наличии влажной, налипающей на внутреннюю криволинейную поверхность лопасти шнека массы удобрений, перемещающейся со значительным трением скольжения.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение дополнительных энергозатрат на привод вращения при изменяющейся влажности удобрения путем выполнения профиля внутренней поверхности лопасти шнека с кривизной, имеющей вид циклоиды, обладающей наибольшей скоростью скольжения массы удобрения (см. например, стр.802. Некоторые замечательные кривые. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Высшая школа, 1965. 872 с.), а также термическим покрытием внутренней поверхности лопасти шнека металлической сеткой с коэффициентом теплопроводности в 2,0 раза выше коэффициента теплопроводности основного металла для создания эффекта термовибрации, что снижает вероятность налипания движущейся влажной массы удобрения.

Технический результат достигается тем, что устройство для гранулирования удобрений, содержащее цилиндрическую емкость со штуцером для вывода готового продукта и подвода теплоносителя через форсунки, разделенную на загрузочную камеру со шнеком и камеру сушки гранул посредством классификатора в виде решетки из биметалла и отверстиями в форме усеченного конуса с большим основанием в сторону плоского ножа, установленный под решеткой плоский нож с приводом вращения, причем привод вращения снабжен регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятором давления с датчиком давления, при этом регулятор давления включает блок сравнения и блок задания, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи, а выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на входе подключен к регулятору скорости привода вращения плоского ножа в виде блока порошковых электромагнитных муфт, кроме того, датчик давления расположен перед форсунками в камере для сушки гранул, при этом профиль внутренней поверхности лопасти шнека выполнен с кривизной, имеющей вид циклоиды, обладающей наибольшей скоростью скольжения массы удобрения, а внутренняя поверхность лопасти шнека термически покрыта металлической сеткой с коэффициентом теплопроводности в 2,0 раза выше коэффициента теплопроводности основного металла шнека для создания эффекта термовибрации, снижающего вероятность налипания движущейся влажной массы удобрения.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг.2 - разрез решетки классификатора; на фиг.3 - фрагмент лопасти шнека.

Устройство состоит из цилиндрической емкости 1, содержащей загрузочную камеру 2 со шнеком 3, камеру для сушки гранул 4 со штуцерами 5 вывода готового продукта и штуцером 6 для подвода теплоносителя, форсунок 7, тангенциально расположенных в нижней части камеры сушки гранул 4 и соединенных со штуцером 6 подвода теплоносителя, классификатора в виде съемных решеток из биметалла 8 с отверстиями 9, выполненными в виде усеченного конуса с меньшим основанием 10 и большим основанием 11, и с расположенным под ним плоским ножом 12 с приводом 13 вращения. Классификатор делит емкость 1 на камеры 2 и 4. Привод 13 вращения снабжен регулятором скорости 14 в виде блока порошковых электромагнитных муфт и регулятором 15 давления с датчиком 16 давления, при этом регулятор давления 15 содержит блок сравнения 17 и блок задания 18, причем блок сравнения 17 соединен с входом электронного усилителя 19, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 20, а выход электронного усилителя 19 соединен с входом магнитного усилителя 21 с выпрямителем, который на выходе подключен к регулятору скорости 14 в виде блока порошковых электромагнитных муфт привода 13 вращения плоского ножа 12, при этом датчик 16 давления расположен перед форсунками 7 в камере. Профиль внутренней поверхности 22 лопасти 23 шнека 3 выполнен с кривизной, имеющей вид циклоиды, при этом внутренняя поверхность 22 термически покрыта металлической сеткой 24, например, из латуни с коэффициентом теплопроводности 85 Вт/(м·град), а основной металл 25 шнека, например, сталь углеродная с коэффициентом теплопроводности 45 Вт/(м·град). Высокотемпературное термическое покрытие внутренней поверхности 22 лопасти 23 сеткой 24 приводит к образованию сплава в виде биметалла с основным материалом - углеродной сталью.

Устройство работает следующим образом.

Температура массы удобрения, перемещающейся по внутренней поверхности 22 лопасти 23 шнека 3 имеет температуру помещения (15-20°С), в котором находится устройство для гранулирования удобрений, а в загрузочную камеру 2 через отверстия 9 съемных решеток из биметалла 8 поступает теплоноситель с температурой около 100°С, который контактирует с внутренней поверхностью и, соответственно, с основным металлом 25 лопасти 23 шнека 3. Так как коэффициенты теплопроводности основного материала 25 и металлической сетки 24 отличаются приблизительно в два раза, то возникает термовибрация лопасти 23 (см., например, Дмитриев В.П. Биметаллы. Пермь, 1991. 287 с.) и масса удобрения практически независимо от ее влажности не налипает на внутренней поверхности 22 лопасти 23. А выполнение внутренней поверхности 22 лопасти 23 с кривизной в виде циклоиды ускоряет перемещение массы удобрения, снижая энергозатраты на привод 13 вращения ножа 12 и шнека 3. Теплоноситель с температурой, необходимой для сушки удобрения, поступает через штуцер 6 к форсункам 7 и в камере для сушки гранул 4 закручивается под воздействием избыточного давления, образуя вращающийся горячий газовый поток, величина подъемной силы которого определяется размером гранул, продавливаемых через решетку 12. Качество сушки в камере сушки гранул 4 характеризуется длительностью витания гранул под воздействием избыточного давления вращающегося горячего газового потока теплоносителя, регулируемого регулятором давления 15, соединенного с датчиком давления 16.

При изменении размеров гранул, например, уменьшения их, сокращается необходимая величина подъемной силы вращающегося горячего газового потока. Для обеспечения качественной сушки, т.е. длительности витания гранул в камере сушки гранул 4 до удаления через штуцеры 5 вывода готового продукта, что соответствует снижению давления теплоносителя, регистрируемого датчиком давления 16. При этом сигнал, поступающий с датчика давления 16, становится меньше, чем сигнал блока задания 18, и на выходе блока сравнения 17 появится сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 19 одновременно с сигналом от блока отрицательной обратной связи 20. В результате в электронном усилителе 19 компенсируется нелинейность характеристики привода 13 вращения плоского ножа 12. Сигнал с выхода электронного усилителя 19 поступает на вход магнитного усилителя 21, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 14 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Положительная полярность сигнала электронного усилителя 19 вызывает увеличение тока возбуждения на входе магнитного усилителя 21.

В результате повышается момент от привода 13 и при вращении шнека 3 увеличенная масса перемещается к съемным решеткам из биметалла 8 с отверстиями 9, выполненными в виде усеченного конуса.

Увеличение количества удобрения, проталкиваемого через отверстия 9 съемных решеток из биметалла 8 от меньшего основания 10 к большему основанию 11 приводит к возрастанию размеров гранул. Удобрения, выходящие из большего основания 11 отверстий 9, выполненных в виде усеченного конуса, срезается плоским ножом 12, перемещающимся практически без зазора по поверхности классификатора. Полученные гранулы в результате взаимного воздействия подъемной силы вращающегося горячего потока теплоносителя и силы тяжести витают в полости камеры для сушки гранул 4, интенсивно сушатся и, приобретая меньший вес (часть влаги из гранул при контакте с теплоносителем испаряется), перемещаются к периферии вращающегося горячего газового потока и через штуцеры 5 выходят в виде готового продукта.

В связи с тем, что температура теплоносителя, контактирующего со съемными решетками из биметалла 8, более высокая, чем температура удобрения, поступающего на гранулирование, то наблюдается термовибрация съемных решеток из биметалла 8. В этом случае совместное воздействие как интенсивной турбуленции потока теплоносителя, обусловленной резким изменением направления движения его в камере для сушки гранул 4 и при выходе из штуцеров 5, так и термовибрации съемных решеток из биметалла 8, практически устраняет случайное налипание гранулированного удобрения как на поверхности съемных решеток из биметалла 8 со стороны плоского ножа 12, так и самой поверхности ножа.

При увеличении размеров гранул выше нормированных (рассчитанных из соотношения скорости привода 13 вращения или подачи удобрения шнеком 3 к съемных решеткам из биметалла 8 классификатора, и давления теплоносителя, поступающего из форсунок 7) возрастает величина подъемной силы вращающегося горячего газового потока, т.к. возросла тяжесть гранул, а качественная их сушка определяется заданным временем витания в камере для сушки гранул 4. В результате возрастает давление теплоносителя, поступающего из штуцера 6 к форсункам 7, что и регистрируется датчиком давления 16. При этом сигнал, поступающий с датчика давления 16, становится больше, чем сигнал блока задания 18, и на выходе блока сравнения 17 появится сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 19 одновременно с сигналом от блока отрицательной обратной связи 20. Сигнал с выхода электронного усилителя 19 поступает на вход магнитного усилителя 21, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 14 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 19 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 21. В результате уменьшается момент от привода 13 и при вращении шнека 3 уменьшенная масса удобрений перемещается к съемным решеткам из биметалла 8 и, соответственно, наблюдается уменьшение размеров гранул с последующим выходом в виде готового продукта через штуцеры 5.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что выполнение профиля внутренней поверхности лопасти шнека с кривизной, имеющей вид циклоиды и термическое покрытие внутренней поверхности лопасти металлической сеткой с коэффициентом теплопроводности, превышающим в 2,0 раза коэффициент теплопроводности основного материала лопасти сокращает энергозатраты на привод вращения плоского ножа и шнека при влажности удобрения выше нормированного, т.е. сокращает стоимость процесса гранулирования.