Результат интеллектуальной деятельности: СУШИЛЬНЫЙ БАРАБАН

Изобретение относится к технике сушки сыпучих материалов с перемешиванием высушиваемого материала под действием вращения барабана и может быть использовано в различных областях народного хозяйства, где необходима сушка или иная обработка сыпучего материала при повышенных температурах.

Известен сушильный барабан с периферийной лопастной насадкой, состоящей из корпуса с лопатками, выполненными с профилем, построенным в полярных координатах по уравнению

где α - максимальное значение радиуса, м; φ - угол поворота лопатки. Причем лопатки ориентированы относительно корпуса барабана таким образом, что прямая, проведенная через ось вращения барабана и начало координат профиля лопатки, имеет угол с касательной к профилю лопатки, проведенной из начала координат, равный углу естественного откоса сыпучего материала, причем от начала координат профиля до точки касания профиля лопатки с корпусом барабана в направлении против часовой стрелки лопатка имеет открытый участок. Барабанная сушилка с лопатками предлагаемого профиля обеспечивает равномерное распределение сыпучего материала по всему внутреннему объему барабана и интенсифицирует процесс сушки за счет максимального количества частиц, находящихся во взвешенном состоянии (см. патент РФ №2204772, МПК F26B 11/04, опубл. 20.05.2003).

Известна насадка сушильного барабана, содержащая лопасти, имеющие вогнутый профиль, выполненный по радиусу-вектору r_n, проведенному из полюса, лежащего на свободной кромке лопасти, и изменяющемуся по закону

где r_макс - максимальный радиус-вектор, расположенный на прямой, проходящей через полюс, перпендикулярно поверхности материала, лежащего на лопасти под углом естественного откоса в момент прохождения полюса через горизонтальный диаметр барабана;

α=90/Ν - угол, определяющий интервал построения профиля лопасти;

N - количество интервалов построения;

n - порядковый номер интервала

(см. патент РФ №1262243, МПК F26B 25/16, опубл. 07.10.86).

Наиболее близким к заявляемому устройству является сушильный барабан, снабженный подъемно-лопастной насадкой, установленной в корпусе и выполненной в виде периферийных радиальных лопастей, снабженных двумя лопатками, расположенными под различными углами к лопасти, в зависимости от угла естественного откоса сыпучего материала, и выполненными со следующими параметрами:

β=2,95÷3,05φ; α=3,25÷3,35φ; в=2a=0,050÷0,075D,

где β - угол наклона большей лопатки к основанию лопасти;

α - угол наклона меньшей лопатки к основанию лопасти;

φ - угол естественного откоса сыпучего материала;

в - ширина большей лопатки;

a - ширина меньшей лопатки;

D - диаметр корпуса сушилки.

Форма лопасти обеспечивает образование в зоне сушки по поперечному сечению барабанной сушилки более плотной и равномерной завесы материала на пути движения теплового агента, что существенно интенсифицирует процесс теплообмена и приводит к увеличению производительности сушилки и экономии топлива (см. патент РФ №2444686, МПК F26B 11/06, опубл. 10.03.2012).

Недостатками первых двух устройств (патенты №2204772 и №1262243) являются усложненный процесс расчета и проектирования, а также наличие округлых деталей, которые необходимо выполнить со значительной точностью, что сильно усложнит и удорожит их изготовление, тем более при условии использования достаточно толстого и высококачественного металла. Общим недостатком всех вышеупомянутых технических решений является то, что в их конструкции не учитывается прирост значения угла естественного откоса исходного влажного сыпучего материала и изменение этого значения в процессе сушки.

Известно, что угол естественного откоса влажного сыпучего материала может существенно превышать значение угла естественного откоса воздушно-сухого сыпучего материала. Кроме того, значение угла естественного откоса высушиваемого материала будет меняться на протяжении сушки вследствие изменения его влажности. По этой причине лопатки, рассчитанные для сухого сыпучего материала, будут удовлетворительно справляться со своей задачей лишь в конце процесса сушки, в последней части барабана. В начале и в середине барабана потенциал лопаток реализован не будет, так как угол естественного откоса материала будет завышен, его ссыпание будет происходить позже, и в поперечном сечении барабана будет появляться зона, не закрытая завесой ссыпающегося материала.

При этом тепловой агент проходит по пути наименьшего сопротивления, то есть через свободную от материала часть поперечного сечения барабана. Это приводит к следующим негативным последствиям:

- резко снижается количество теплового агента, проходящего через поперечное сечение барабана, закрытое завесой падающего материала, что ведет к снижению количества тепла, получаемого высушиваемым материалом;

- вследствие снижения площади сечения потока теплового агента увеличивается его скорость. Это, в свою очередь, ведет к увеличению уноса материала;

- тепло, не отданное высушиваемому материалу на выходе из барабана, перегревает выходной коллектор, дымоходы и преждевременно разрушает уплотнения газовых трактов.

Техническим результатом изобретения является достижение максимальной эффективности сушки в сушильном барабане за счет полной реализации потенциала лопаток барабана, адаптированных под угол естественного откоса сыпучего материала.

Результат достигается тем, что сушильный барабан, содержащий корпус, подъемно-лопастную насадку, установленную в корпусе и выполненную в виде периферийных радиальных лопастей, снабженных двумя лопатками, расположенными под различными углами к лопасти в зависимости от угла естественного откоса сыпучего материала, отличается тем, что лопатки выполнены со следующими параметрами:

β=φ_сух+45+ω*B, град.,

α=φ_сух+90+ω*B, град.,

где β - угол наклона лопаток, установленных ближе к поверхности барабана, относительно лопасти;

α - угол наклона лопаток, расположенных дальше от поверхности барабана, относительно лопасти;

ω - влажность испытуемого сыпучего материала, %;

φ_сух - угол естественного откоса сухого сыпучего материала, равный углу внутреннего трения сыпучего материала, град.;

B - коэффициент, отражающий зависимость угла естественного откоса сыпучего материала от его влажности и устанавливаемый опытным путем для каждого сыпучего материала.

Сушильный барабан отличается также тем, что лопатки выполнены с углом наклона относительно лопастей, изменяющимся по длине барабана, в зависимости от изменения влажности высушиваемого материала.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение сушильного барабана, на фиг. 2 - увеличенное изображение одной лопасти.

Устройство состоит из лопаток 1 и 2, установленных на лопастях 3, которые закреплены на одинаковом расстоянии друг от друга по периметру корпуса барабана 4.

Результат достигается тем, что:

1) угол наклона лопаток выбирается не в соответствии с углом естественного откоса воздушно-сухого сыпучего материала, подлежащего сушке, а в соответствии с углом естественного откоса влажного материала, определяемого выражением

где φ_влаж - статический угол естественного откоса влажного сыпучего материала, град;

ω - влажность испытуемого сыпучего материала, %;

φ_сух - угол естественного откоса сухого сыпучего материала, равный углу внутреннего трения сыпучего материала, град;

B - коэффициент, отражающий зависимость угла естественного откоса сыпучего материала от его влажности и устанавливаемый опытным путем для каждого сыпучего материала;

2) так как влажность материала меняется на протяжении сушки, барабан имеет несколько наборов лопастей, расположенных по длине барабана с различным наклоном лопаток, определяемым для различной влажности материала, изменяющейся согласно кинетике сушки сыпучего материала, определяемой экспериментально.

Угол наклона лопаток 1 к лопастям 3 равен

Угол наклона лопаток 2 к лопастям 3 равен

Устройство работает следующим образом.

Высушиваемый материал загружается в нижнюю часть корпуса барабана 4, при вращении барабана против часовой стрелки лопасть 3 загружена материалом, который находится на обеих лопатках. В верхней части барабана материал начнет ссыпаться с лопатки 2. К моменту полной разгрузки лопатки 2 (в верхней точке положения лопатки H) начинает ссыпаться материал с лопатки 1. Таким образом, лопатка 2 обеспечивает равномерную завесу материала в одной половине барабана, а лопатка 1 - в другой.