Результат интеллектуальной деятельности: ВИБРАЦИОННЫЙ СЕПАРАТОР

Предложенное решение относится к аппаратам для разделения материалов и может быть использовано для сепарации твердых частиц до заданных размеров, в первую очередь, сложных для просеивания материалов: тонкие порошки со склонностью к агломерации и блокированию отверстий сита, порошки с высокой когезией и влажные материалы.

Известен круговой вибрационный сепаратор (патент на изобретение РФ №2478445, МПК B07B 1/40, 2011 г.), включающий вибрируемый цилиндрический корпус с многочастотной ситовой сборкой, зажатой в корпусе между подрешетной и надрешетной обечайками, а также вибрационный мотор. Однако известное устройство имеет низкую энергоэффективность, поскольку лишь часть затрачиваемой на вибрацию энергии используется для вибрации ситовой сборки и сепарируемого материала, а значительная часть энергии бесполезно расходуется на вибрацию массивного корпуса сепаратора.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является самоочищающийся вибрационный сепаратор, содержащий корпус, смонтированный на нем вибропривод, закрепленное в корпусе сито и размещенный под ситом активатор, связанный с многочастотной адаптерной системой (патент на изобретение РФ №2256515, МПК B07B 1/40, 2000 г.). Недостатками известного устройства являются:

- Низкая энергоэффективность, поскольку лишь часть затрачиваемой на вибрацию энергии используется для вибрации сита и сепарируемого материала, а значительная часть энергии бесполезно расходуется на вибрацию массивного корпуса сепаратора.

- Сложная конструкция адаптерной системы.

- Узкая сфера применения, т.к. из-за недостаточной жесткости вибрирующего корпуса и изменения параметров вибрации по мере удаления от единственного вибратора известное устройство нельзя использовать в конструкциях имеющих достаточно длинные сита (или ряд сит, вытянутых в длину) и в конструкциях содержащих многоуровневые сита. Применение же нескольких вибраторов в сепараторах с вибрирующим корпусом приводит к рассогласованию и взаимогашению вибраций.

Технический результат предложенного решения заключается в снижении удельных энергозатрат, упрощении конструкции и расширении сферы применения.

Указанный технический результат достигается тем, что в вибрационном сепараторе, содержащем установленное в корпусе сито, размещенный под ситом активатор, связанный с многочастотной адаптерной системой, и вибропривод, согласно изобретения, корпус неупруго связан с фундаментом (закреплен неподвижно), вибропривод выполнен в виде одного или более электромагнита, катушка электромагнита закреплена на корпусе, а якорь связан с активатором. При этом направление движения якоря перпендикулярно к плоскости поверхности опорной сетки, а направление движение активатора к ситу совпадает с направлением движения якоря под действием втягивающей силы электромагнита. Электромагнит подключен к электрической сети через преобразователь частоты и/или регулятор напряжения, а на сите установлен датчик виброскорости, связанный с блоком управления частотой и/или напряжением электрического тока, подаваемого на электромагнит. Активатор может быть выполнен из двух или более частей, каждая из которых связана с одним или более якорем электромагнита, причем соседние части активатора связаны с электромагнитами, работающими асинхронно. Вибропривод может быть выполнен в виде одной или более пар, синхронно работающих электромагнитов, размещенных с противоположных сторон корпуса напротив друг друга. Соседние пары электромагнитов могут быть соединены с разными фазами электрической сети, сито состоит из опорной сетки и расположенной на ней просеивающей сетки, а активатор выполнен в виде решетки. Корпус может быть разделен на две или более секции, каждая из которых имеет собственную опорную сетку, сито, активатор и вибропривод, причем каждое последующее сито закреплено в корпусе ниже предыдущего.

В предложенном решении вибропривод через многочастотную адаптерную систему воздействует на активатор, передающий вибрацию на сито и сепарируемый материал, а корпус остается неподвижным, что снижает удельные энергозатраты. Якорь электромагнитного вибратора одновременно является элементом многочастотной адаптерной системы, что упрощает конструкцию сепаратора. Неподвижное закрепление корпуса сепаратора позволяет использовать достаточно длинные и многоуровневые сита, т.е. изготавливать корпус необходимых размеров, выбираемых по технологическим соображением.

На фиг. 1 представлено схематичное продольное сечение горизонтально вытянутого (продольного) вибрационного сепаратора, на фиг. 2 - двухуровневого (вертикального) вибрационного сепаратора, на фиг. 3 - увеличенный схематичный вид в поперечном сечении вибропривода и многочастотной адаптерной системы.

Вибрационный сепаратор состоит из жестко закрепленного на фундаменте (или подвешенного к перекрытию здания) неподвижного корпуса 1, разделенного на секции 2а и 2б, и снабженного входным патрубком 3, выходным патрубком надрешетного материала 4 (фиг. 1) или 4а и 4б (фиг. 2), а также выходным патрубком подрешетного материала 5 (фиг. 2) и вторым выходным патрубком подрешетного материала 6 (фиг. 1). В корпусе 1 под углом к горизонту размещены сита 7а и 7б, а с зазором под ними установлены выполненные в виде решеток активаторы 8. Сито 7б закреплено в корпусе 1 ниже сита 7а, а размер просеивающих отверстий сита 7б при продольном расположении секций корпуса (фиг. 1) больше, чем у сита 7а, а при вертикальном расположении секций корпуса (фиг. 2) - меньше, чем у сита 7а.

Активаторы 8 связаны посредством многочастотных адаптерных систем 9 с виброприводом, выполненным в виде четырех пар электромагнитов 10, размещенных с противоположных сторон корпуса 1 напротив друг друга. Парные электромагниты 10 работают синхронно друг с другом. Катушки 11 электромагнитов 10 жестко закреплены на корпусе 1, а якоря 12 связаны с активаторами 8. При этом активаторы 8 выполнены из двух частей (первый из 8а и 8б; второй - из 8в и 8г), каждая из которых связана с якорями 12 своей пары электромагнитов 10, причем соседние части активаторов 8 связаны с парами электромагнитов 10 работающих в собственном режиме. Например, соседние пары электромагнитов 10 могут быть соединены с разными фазами электрической сети и, соответственно, работать со смещением фаз. Это помогает избежать резонанса всей системы и улучшает качество сепарации. Кроме того, рассогласование частот позволяет существенно понизить уровень издаваемого сепаратором шума.

Таким образом, каждая из секций 2 корпуса 1 имеет собственное сито 7, активаторы 8 и электромагниты 10. Сита 7 состоят из опорных сеток 13 и расположенных на них просеивающих сеток 14. Между опорными сетками 13 и активаторами 8 имеется небольшой зазор, позволяющий обеспечить, так называемый, «ударный просев». Направление (оси) движения якорей 12 и активаторов 8 перпендикулярно к плоскости поверхности опорных сеток 13, способствуя перемещению сепарируемого материала по просеивающим сеткам 14. Направление движение активаторов 8 к ситам 7 совпадает с направлением движения якорей 12 под действием втягивающей силы электромагнитов 10, т.е. удар активатора 8 по ситу 7 производится при втягивании якоря 12 в катушку 11, обеспечивая максимальное ускорение. Катушки 11 электромагнитов 10 подключены к электрической сети через преобразователи частоты 15 и регуляторы напряжения 16, а на опорных сетках 13 сит 7 установлены датчики виброскорости 17, связанные с блоком управления 18, регулирующим частоту и/или напряжение электрического тока, подаваемого на катушки 11 электромагнитов 10. Якоря 12 снабжены упругими (резиновыми и/или пружинными) элементами (втулками) 19, что позволяет им, кроме своей функции якоря, выполнять совместно с элементами 19 еще и роль многочастотной адаптерной системы 9, создавая многочастотное возбуждение будучи подвергнутым одночастотному.

Устройство работает следующим образом.

Сепарируемый материал подается через входной патрубок 3 корпуса 1 на сито 7. Адаптерная система 9 преобразует одночастотную вибрацию, создаваемую электромагнитом 10 в многочастотную вибрацию сита 7. Таким образом, активатор 8, имея источник одночастотного возбуждения, в действительности работает как многочастотный благодаря адаптерной системе 9. Комки (агломераты) сыпучего материала, перемещаясь по ситу 7 под действием многочастотной вибрации, рассыпаются, а частицы сыпучего материала - разделяются.

При продольном расположении секций корпуса (фиг. 1) частицы меньшего размера проходят через отверстия просеивающей сетки 14 и выводятся в секции 2а через выходной патрубок подрешетного материала 5, а в секции 2б - частицы среднего размера через выходной патрубок подрешетного материала 6. Частицы большего размера, пройдя по ситам 7а и 7б, выводятся через выходной патрубок надрешетного материала 4.

При вертикальном расположении секций корпуса (фиг. 2) частицы меньшего размера, пройдя через отверстия сит 7а и 7б, выводятся через выходной патрубок подрешетного материала 5. Частицы среднего размера, пройдя через отверстия сита 7а, выводятся через выходной патрубок надрешетного материала 4б. А самые крупные частицы, пройдя по ситу 7а, выводятся через выходной патрубок надрешетного материала 4а.

Многочастотная вибрация сита 7 способствует дезинтеграции комков сепарируемого материала на отдельные частицы, прохождению частиц сепарируемого материла через отверстия просеивающей сетки 14, и предотвращает застревание частиц сыпучего материала в отверстиях просеивающей сетки 14.

Адаптерная система 9 (якорь 12 и упругий элемент 19) совместно с активатором 8 и ситом 7 образуют нелинейную динамическую колебательную систему, способную обеспечить повторные упругие соударения активатора 8 и сита 7, т.е. преобразовать одночастотную вибрацию электромагнита 10 в многочастотные колебания сита 7.

Приложение к ситу 7 колебаний от электромагнитов 10 и вибрации, вызванной упругими элементами 19, вызывает в сите 7 многочастотную вибрацию с широкодиапазонным спектром, случайную или близкую к дискретной.

Смешанное многочастотное возбуждение сита 7, основанное на использовании нелинейных характеристик колебательной системы, обеспечивает резонансное усиление вибраций, устойчивое в широком диапазоне изменения массы сепарируемого материала (например, при флуктуациях в его подаче) и параметров упругих элементов 19. При этом вибрации на основной частоте сопровождаются высокочастотными вибрациями, которые обладают более высокой энергией, чем вибрация основной частоты, а пиковые ускорения от высокочастотных составляющих многократно превышают ускорение основной частоты.

Размеры, упругость и другие параметры элементов 19 выбираются таким образом, чтобы передача ударных ускорений в виде многочастотной вибрации к ситу 7, обеспечивая вибрационное ожижение, сегрегацию слоя материала и дезинтеграцию агломератов, одновременно предотвращала забивание отверстий сита 7 и уменьшение активной ситовой поверхности.

Эффективная самоочистка сита 7 позволяет организовать непрерывную работу сепаратора, исключив остановки для очистки сита 7. А благодаря повышению качества сепарации существенно возрастает удельная производительность сепарации на единицу площади ситовой поверхности (увеличивается выход подрешетного материала) и снижается засорение надрешетного материала мелкой фракцией.

Датчики виброскорости 17 служат для настройки с помощью блока управления 18 параметров вибропривода на оптимальное виброускорение. Это необходимо делать, т.к. существует ряд факторов, изменяющих нагрузку на отдельные участки сита (например, неравномерность подачи сепарируемого материала).

Возможность независимого регулирования частоты и/или напряжения электрического тока, подаваемого на каждую пару электромагнитов 10, позволяет, поддерживать необходимую интенсивность воздействия активаторов 8 по всей длине ситовой поверхности, изменяя параметры вибрации конкретного участка сита 7 с учетом его нагрузки (которая, например, всегда больше в зоне поступления сепарируемого материала).