ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2312808

ПНЕВМОКАМЕРНЫЙ НАСОС ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПОРОШКООБРАЗНЫХ И МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

ПНЕВМОКАМЕРНЫЙ НАСОС ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПОРОШКООБРАЗНЫХ И МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Имя изобретателя: Ефременко Александр Николаевич (RU), Хлудеев Виктор Иванович (RU)
Имя патентообладателя: Ефременко Александр Николаевич (RU), Хлудеев Виктор Иванович (RU)
Адрес для переписки: 308014, г.Белгород, 2-й Мичуринский пер., 4, кв.45, А.Н. Ефременко
Дата начала действия патента: 24.03.2006

Изобретение относится к пневмотранспорту сыпучих материалом и касается конструкции насоса. Насос содержит камеру (1) с загрузочным клапаном (2) и клапаном (3) для выпуска сжатого воздуха и размещенные в камере (1): аэрационное устройство (4) с трубопроводом (5), имеющим входной клапан (6) для подачи сжатого воздуха, оснащенную дросселем (7) трубу (8) для выдачи аэрированного материала и с открытым со стороны загрузочного клапана (2) концом (9) компенсационную трубу (10), которая снабжена форкамерой (11). Форкамера (11) связана через обратный клапан (15) с трубопроводом (5), несет оснащенное турбулизатором (14) сопло (13), расположенное перед входом (12) в трубу (8). Аэрационное устройство (4) является мультисопловым аппаратом с выборочно оснащенными турбулизаторами соплами. Изобретение обеспечивает устойчивую работу насоса при пониженном расходе и давлении сжатого воздуха за счет уменьшения сопротивления среды.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к нагнетательным установкам, работающим по принципу перемещения материалов в потоке воздуха, а именно к пневматическим камерным с верхней загрузкой и выгрузкой насосам для транспортировки порошкообразных и мелкозернистых материалов. Оно может быть использовано в производстве строительных материалов, черной и цветной металлургии, энергетической, химической и других отраслях для транспортировки цемента, порошкообразного угля золы, формовочных смесей, колосниковой пыли доменных печей, различных концентратов и т.п.

Известны пневматические насосы, в которых транспортируемый материал загружается в верхнюю часть камеры, и сжатый воздух также подается в верхнюю часть камеры. Разгрузка таких пневматических насосов осуществляется неэффективно из-за рассеивания тепловой энергии в самом транспортном трубопроводе, что приводит к формированию противодавления, которое препятствует разгрузке пневмокамерного насоса (см., например, справочник «Пневмотранспортное оборудование» под редакцией М.П.Калинушкина и др., Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1986).

Известен также пневматический насос ТА-28 (см. указанный справочник, стр.129-130, рис.6-9). Он содержит камеру с загрузочным клапаном для подачи трансформируемого материала и клапаном для выпуска воздуха, трубопровод для сжатого воздуха с клапаном для подачи сжатого воздуха в камеру и трубопровод для транспортировки материала. Недостатком его является то, что увеличивается противодавление в трубопроводе при смешении транспортируемого материала (например, цемента, имеющего обычно 140°С) и транспортируемого агента (сжатого воздуха с температурой 20°С). Это приводит к увеличению температуры сжатого воздуха внутри транспортного трубопровода и затрудняет разгрузку камеры известного насоса, а для улучшения последней требуется проведение дополнительной механической работы за счет увеличения количества (расхода) транспортирующего агента (сжатого воздуха).

Указанный недостаток в некоторой степени был устранен в техническом решении по патенту RU 2248928 (В65G 53/40, 27.03.2005), которое является наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Известный пневмокамерный насос для транспортировки порошкообразных и мелкозернистых материалов с их верхней загрузкой и выгрузкой включает камеру с загрузочным клапаном для подачи подлежащего транспортировке материала и клапаном для выпуска сжатого воздуха, аэрационное устройство и размещенные в камере пневматически связанные с аэрационным устройством трубопровод с входным клапаном для подачи сжатого воздуха, оснащенную дросселем трубу для транспортировки (выдачи из камеры) аэрированного материала и с открытым со стороны загрузочного клапана концом компенсационную трубу, имеющую изогнутый конец, на выходе которого размещено оснащенное рассеивателем для формирования турбулентной струи (турбулизатором воздушной струи) сопло, расположенное перед входом в трубу для транспортировки аэрированного материала. Аэрационное устройство имеет корпус кольцевого типа с полупроницаемой стенкой, обращенной в сторону открытого конца компенсационной трубы.

Недостатком известного пневмокамерного насоса является значительные потери в нем давления сжатого воздуха при его работе, которые обусловлены его конструктивными особенностями. Наличие изогнутого конца компенсационной трубы, представляющего местное сопротивление, обуславливает накопление в ней транспортируемого материала в процессе эксплуатации (за каждый рабочий цикл при загрузке материала в камеру он в виде пыли неизбежно проникает в компенсационную трубу через ее открытый верхний конец и оседает в ее изогнутой части). Это приводит к возрастанию гидравлического сопротивления. Кроме того, причиной, по которой происходит накопление транспортируемого материала в изогнутом конце компенсационной трубы, является противодавление среды в системе «сопло-рассеиватель» («сопло-турбулизатор»), что инициирует движение материала навстречу турбулентной струе из кольцевого зазора указанной системы. При этом его массоперенос достигает максимума в момент завершения цикла транспортировки материала пневмокамерным насосом, т.е. когда давление в камере резко падает. Как следствие вышеуказанного увеличивается расход сжатого воздуха при пониженной производительности пневмокамерного насоса, а значит возрастают издержки на транспортировку материала (абсолютные и удельные).

Задача изобретения состояла в создании такого пневмокамерного насоса для транспортировки порошкообразных и мелкозернистых материалов, который позволял бы устойчиво работать при пониженном давлении и пониженном удельном расходе траспортирующего агента (количестве кубических метров сжатого воздуха в пересчете на нормальные условия, отнесенные к тонне материала) за счет уменьшения сопротивления среды.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата пневмокамерный насос для транспортировки порошкообразных и мелкозернистых материалов содержит камеру с загрузочным клапаном для подачи подлежащего транспортировке материала и клапаном для выпуска сжатого воздуха и размещенные в камере аэрационное усторойство, пневматически связанный с аэрационнным устройством трубопровод с входным клапаном для подачи сжатого воздуха, оснащенную дросселем трубу для выдачи из камеры аэрированного материала и с открытым со стороны загрузочного клапана концом компенсационную трубу, имеющую оснащенное турбулизатором воздушной струи сопло, расположенное перед входом в трубу для транспортировки аэрированного материала. Отличительной особенностью такого насоса является то, что его компенсационная труба снабжена форкамерой, которая размещена перед соплом и пневматически связана с трубопроводом для подачи сжатого воздуха через обратный клапан.

Для повышения эффективности удаления осадка из форкамеры выходное отверстие обратного клапана расположено в придонной или донной ее части.

Для уменьшения сопротивления среды дно форкамеры имеет криволинейную форму (цилиндрическую или в виде части горообразной поверхности).

Для уменьшения потерь давления воздуха при насыщении материала воздухом аэрационное устройство выполнено в виде мультисоплового аппарата.

Для повышения эффективности работы мультисоплового аппарата по крайней мере часть его сопел снабжена индивидуальными турбулизаторами.

Для создания полностью псевдоожиженного слоя материла в нижней части камеры корпус мультисоплового аппарата снабжен поэлементно усиливающими эффект средствами: ответвлениями, расположенными в разных радиальных плоскостях корпуса с охватом пространства между корпусом и трубой для выдачи аэрированного материала, имеющими радиальное или наклонное направление и расположенными в разных радиальных плоскостях; соплами, расположенными на корпусе, имеющими непродольную относительно камеры ориентацию с углом a их наклона в радиальных плоскостях к продольному направлению камеры в пределах 10°<a<160°; соплами, расположенными на ответвлениях и имеющими угловую направленность с углом b в поперечных плоскостях с отклонением от радиальной плоскости нахождения продольной оси ответвления в каждом из двух направлений в пределах для радиальных ответвлений ±5°Јb1Ј±170°, а для наклонных ответвлений 0°Јb2Ј±90°.

Для создания необходимой степени пседоожижения материала, находящегося в средней части камеры, мультисопловый аппарат снабжен дополнительными, например двумя, автономными частями с корпусами, имеющими радиальные ответвления и расположенными в одной или разных поперечных плоскостях камеры в ее средней части вокруг трубы для выдачи аэрированного материала.

пневмокамерный насос для транспортировки порошкообразных и мелкозернистых материалов, продольный разрез

Для эффективности работы (с поэтапным ее усилением) дополнительных частей мультисоплового аппарата радиальные ответвления их корпусов имеют одноименную или разноименную направленность к центральной оси камеры или к периферии последней, при этом сопла преимущественно ориентированы вдоль камеры, а по крайней мере часть периферийных сопел (корпусов и/или их наружных ответвлений) имеет близкую к тангенциальной ориентацию (угол U отклонения от их касательных плоскостей в сторону продольной центральной оси камеры находится в пределах 5°<U<15°).

Настоящее изобретение проиллюстрировано чертежами, где изображено:

на фиг.1 - пневмокамерный насос для транспортировки порошкообразных и мелкозернистых материалов, продольный разрез;

на фиг.2 - то же, продольный разрез его форкамеры;

на фиг.3 - то же, вид А на фиг.2;

на фиг.4 - то же, разрез Б-Б (модификация форкамеры с цилиндрическим дном);

на фиг.5 - то же, разрез Б-Б (модификация форкамеры с дном в виде части горообразной поверхности);

на фиг.6 - то же, продольный разрез (с выполнением аэрационного устройства в виде мультисоплового аппарата);

на фиг.7 - то же, разрез В-В на фиг.6;

на фиг.8 и 9 - то же, соответственно сечение Г-Г и Д-Д на фиг.7 (угловой диапазон ориентации сопел);

на фиг.10 - то же, продольный разрез (с модификацией мультисоплового аппарата в виде двух дополнительных кольцевых частей, корпуса которых имеют разные диаметры, размещены в разных поперечных плоскостях средней части камеры и снабжены противоположно ориентированными радиальными ответвлениями);

на фиг.11 и 12 - то же, часть вида дополнительных частей мультисоплового аппарата, имеющих разные диаметры, расположенных в одной поперечной плоскости и оснащенных соответственно радиальными ответвления одинаковой направленности (к центру) и частично различной;

на фиг.13 - то же, продольный разрез (с модификацией мультисоплового аппарата в виде двух дополнительных кольцевых частей, корпуса которых имеют разные диаметры, размещены в разных поперечных плоскостях средней части камеры и снабжены периферийными близкими к тангенциальной ориентации соплами, расположенными на наружных радиальных ответвлениях и на периферийном корпусе соответственно):

на фиг.14 - то же, периферийное сопло, продольный разрез;

на фиг.15 - то же, схема ориентации периферийного сопла в поперечной плоскости камеры.

Настоящее изобретение представляет собой пневмокамерный насос для транспортировки порошкообразных и мелкозернистых материалов с их верхней загрузкой и выгрузкой. Насос содержит камеру 1 (фиг.1) с загрузочным клапаном 2 для подачи подлежащего транспортировке материала и клапаном 3 для выпуска сжатого воздуха и размещенные в камере 1: аэрационное устройство 4, пневматически связанный с ним трубопровод 5 с входным клапаном 6 для подачи сжатого воздуха, оснащенную дросселем 7 трубу 8 для выдачи из камеры 1 аэрированного материала и с открытым со стороны загрузочного клапана 2 концом 9 компенсационную трубу 10, которая выполнена прямой и снабжена форкамерой 11, имеющей расположенное перед входом 12 в трубу 8 сопло 13 с турбулизатором 14 воздушной струи и пневматически связанной с трубопроводом 5 для подачи сжатого воздуха через обратный клапан 15.

Камера 1 может быть выполнена, например, с цилиндрической средней частью 16, сопряженной с торцевыми выполненными в виде усеченных конусов верхней 17 и нижней 18 частями. Форкамера 11 (фиг.2, 3 и 4) выполнена в виде короба с плоской верхней частью 19, плоскими боковинами 20 и дном 21. Дно 21 имеет криволинейную форму - цилиндрическую или в виде части горообразной поверхности 22 (фиг.4), которая может непосредственно примыкать к верхней части 19. Возможно выполнение короба с торцевыми стенками и примыканием к ним дна (не показано). К одному концу верхней части 19 приварена компенсационная труба 10, а к противоположному ее концу - корпус 23 сопла 13 с обеспечением их пневматической связи с полостью 24 форкамеры 11 (через выходное отверстие 10а и входное отверстие 13а соответственно трубы 10 и корпуса 23). Корпус 23 сопла 13 имеет по крайней мере внутреннюю коническую поверхность 25. Турбулизатор 14 выполнен в виде шара 26, размещенного в корпусе 23 сопла 13 с возможностью контакта с его поверхностью 25 и регулируемого вертикального перемещения с помощью винта 27, ввинченного в резьбовое отверстие 28 узкой пластины 29, перекрывающей центральную часть выходного отверстия 30 сопла 13 и приваренного к его корпусу 23. Винт 27 зафиксирован контргайкой 31. Обратный клапан 15 состоит из рабочего элемента 32 в виде шара, размещенного в цилиндрическом корпусе 33, седла 34 и ограничителя хода 35. Через свое входное отверстие 36 обратный клапан пневматически связан с трубопроводом 5 для подачи сжатого воздуха, а выходным отверстием 37 - с полостью 24 форкамеры 11, при этом выходное отверстие 37 расположено в криволинейном дне 21 форкамеы 11 со стороны размещения сопла 13. При выполнении форкамеры 11 с торцевыми стенками выходное отверстие 37 обратного клапана 15 располагается у ее придонной части (не показано).

Аэрационное устройство 4 может быть выполнено в виде размещенного в нижней части камеры 1 мультисоплового аппарата (фиг.6 и 7), который включает кольцевой корпус 38 (в виде тора) или кольцеобразный, например в виде трубчатого многоугольника (не показано). Корпус 38 снабжен ответвлениями, расположенными предпочтительно в радиальных плоскостях 39 корпуса 1 - радиальных 40 и наклонных 41 с локальным охватом пространства между корпусом 38 и трубой 8 для выдачи аэрированного материала. Радиальные 40 и наклонные 41 ответвления предпочтительно расположены с одинаковым угловым шагом j в разных радиальных плоскостях 39, например со сдвигом их взаимного расположения на половину углового шага (0,5 j). Сопла 42 мультисоплового аппарата 4 выполнены аналогично соплу 13, часть из них может быть снабжена индивидуальными турбулизаторами (не показано), которые имеют то же конструктивное исполнение, что и турбулизатор 14. Сопла 42, расположенные на корпусе 38, имеют непродольную угловую ориентацию относительно камеры 1, т.е., относительно ее продольной центральной оси (геометрической) 43. Сопла 42, расположенные на ответвлениях 40 и 41 корпуса 38, имеют чередующуюся вдоль каждой продольной оси 44 ответвления угловую направленность в поперечных плоскостях с отклонениями от радиальной плоскости 39 расположения продольной оси 44 каждого ответвления (на фиг.7 проекции продольных осей 44 совпадают со следами радиальных плоскостей 39). Угол a наклона части непродольной ориентации сопел 42, размещенных на корпусе 38 в радиальных плоскостях, к продольному направлению камеры 1 в сторону ее продольной оси 43 находится в пределах 10°ЈaЈ160° (фиг.8). Угол b наклона сопел 42 радиальных ответвлений 40 в поперечной плоскости ответвления от радиальной плоскости нахождения продольной его оси 44 в каждом из двух направлений (по часовой стрелке и против) находится в пределах ±5°Јb1Ј±170° (фиг.9). Аналогичный угол b ориентации сопел 42 наклонных ответвлений 41 находится в пределах 0°Јb2Ј±90°.

Аэрационное устройство 4 может быть выполнено в виде мультисоплового аппарата, который снабжен дополнительными, например двумя, автономными частями 45 и 46 (фиг.10), имеющими кольцевые (в виде тора) корпуса 47 и 48 или кольцеобразные, например в виде трубчатого многоугольника (не показано), с радиальными ответвления 49 и 50 соответственно. Дополнительные части 45 и 46 расположены в равных (на расстоянии h друг от друга) поперечных плоскостях камеры 1 в ее средней части вокруг трубы 8 для выдачи аэрированного материала. Радиальные ответвления 49 размещены внутренне относительно корпуса 47, а радиальные ответвления 50 - внешне относительно корпуса 48 и имеют противоположную направленность (к центральной оси 43 камеры 1 и к ее периферии соответственно). Возможны модификации выполнения дополнительных частей 45 и 46, в которых радиальные ответвления 49 и 50 имеют одноименную направленность (не показано). Возможна модификация выполнения многосоплового аппарата, в котором его дополнительные части расположены в одной поперечной плоскости камеры 1, т.е. при h=0, и, например, имеют одноименную (к центру) направленность радиальных ответвлений 49 (фиг.11) или смешанную (одоименно-разноименную) - одноименную (к центру) для от ветвлений 49 и противоположную (наружу) для ответвлений 50 (фиг.12). Сопла 42 дополнительных частей 45 и 46 ориентированы преимущественно вдоль камеры 1 (параллельно ее оси 43), причем по крайне мере часть периферийных сопел 51 корпусов 47 и 48 и/или их наружных ответвлений 50 имеет близкую к тангенциальной ориентацию. Для этого каждое периферийное сопло 51 выполнено с Г-образным патрубком 52. Последний имеет продольный (параллельный оси 43 камеры 1) участок 53 и перпендикулярный ему участок 54 соответственно с геометрическими осями 55 и 56 и приварен одним концом к корпусу 47 или наружным ответвлениям 50, а другим - к конусу 57, т.е. к сопловой части (фиг.14). Угол U отклонения осей 56 (фиг.15) периферийных сопел 51 от касательных плоскостей 58 к цилиндру (не показано) радиуса ОА (от оси 43 камеры 1 до точки А на оси 55) в сторону оси 43 камеры 1 находится в пределах 5°ЈUЈ15°.

Пневмокамерный насос работает следующим образом

Порошкообразный или мелкозернистый материал, например цемент, подают в камеру 1 через загрузочный открытый клапан 2 при закрытом входном клапане 6 для подачи сжатого воздуха и открытом клапане 3 для выпуска сжатого воздуха. Когда заполнение камеры 1 материалом достигает заданного уровня, срабатывает указатель уровня (не показан), выдавая сигнал на закрытие клапана 3 выпуска воздуха и загрузочного клапана 2. Включается подача сжатого воздуха (фиг.13), т.е. открывается входной клапан 6 сжатого воздуха. Сжатый воздух по трубопроводу 5 нагнетается в аэрационное устройство 4 (мультисопловый аппарат), который с помощью сопел 42 и 51 инжектирует струи сжатого воздуха в находящийся в камере 1 материал, продавливая воздух в верхнюю часть камеры 1 - к открытому концу 9 компенсационной трубы 10. Воздух при своем прохождении материала отбирает у последненго тепловую энергию. Дальнейшее нарастание давления воздуха в камере 1 обеспечивает подъем шара 26 турбулизатора 14 (фиг.2), при этом пылевоздушная смесь из верхней части камеры проходит по компенсационной трубе 10 в форкамеру 11, а затем турбулизатор 14. Если давление пылевоздушной смеси в форкамере 11 ниже давления сжатого воздуха в трубопроводе 5, то обратный клапан открыт, чем обеспечивается удаление материала из форкамеры 11 путем смешения его с противотоком пылевоздушной смеси, поступающей по компенсационной трубе 10. Сопло 13 с турбулизатором 14 формирует турбулентную струю пылевоздушной смеси и направляет ее через вход 12 в трубу 8 для выдачи аэрированного материала (выдача последнего улучшается за счет эжекционного эффекта, создаваемого дросселем 7). По мере разгрузки камеры 1 от материала давление воздуха в ней падает до определенного значения, на которое настроено пневмореле (не показано). При срабатывании последнего входной клапан 6 сжатого воздуха трубопровода 5 закрывается, открывается клапан 3 для выпуска сжатого воздуха, а с некоторой задержкой во времени открывается загрузочный клапан 2. Затем цикл повторяется.

Использование изобретения позволит увеличить производительность пневмокамерных насосов при пониженном давлении и пониженном удельном расходе сжатого воздуха, а следовательно, уменьшить издержки на транспортировку порошкообразных и мелкозернистых материалов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Пневмокамерный насос для транспортировки порошкообразных и мелкозернистых материалов, содержащий камеру с загрузочным клапаном для подачи подлежащего транспортировке материала и клапаном для выпуска сжатого воздуха и размещенные в камере аэрационное устройство, пневматически связанный с аэрационным устройством трубопровод с входным клапаном для подачи сжатого воздуха, оснащенную дросселем трубу для выдачи из камеры аэрированного материала, выполненную с открытым со стороны загрузочного клапана концом компенсационную трубу, имеющую оснащенное турбулизатором воздушной струи сопло, расположенное перед входом в трубу для транспортировки аэрированного материала, отличающийся тем, что его компенсационная труба снабжена форкамерой, которая размещена перед соплом и пневматически связана с трубопроводом для подачи сжатого воздуха через обратный клапан.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что выходное отверстие обратного клапана расположено в придонной или донной части форкамеры.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что дно его форкамеры имеет криволинейную форму.

4. Насос по п.3, отличающийся тем, что криволинейная форма дна его форкамеры выполнена в виде части горообразной поверхности.

5. Насос по п.1, отличающийся тем, что его аэрационное устройство выполнено в виде мультисоплового аппарата.

6. Насос по п.5, отличающийся тем, что по крайней мере часть сопел его мультисоплового аппарата снабжена индивидуальными турбулизаторами воздушной струи.

7. Насос по п.6, отличающийся тем, что корпус его мультисоплового аппарата снабжен ответвлениями.

8. Насос по п.7, отличающийся тем, что ответвления корпуса его мультисоплового аппарата расположены в радиальных плоскостях с охватом пространства между корпусом и трубой для выдачи аэрированного материала.

9. Насос по п.8, отличающийся тем, что часть ответвлений корпуса его мультисоплового аппарата имеет радиальное направление, а остальные - наклонное.

10. Насос по п.9, отличающийся тем, что радиальные и наклонные ответвления корпуса его мультисоплового аппарата расположены в разных радиальных плоскостях, например, со сдвигом их взаимного расположения на половину углового шага.

11. Насос по п.9, отличающийся тем, что сопла его мультисоплового аппарата, расположенные на корпусе, имеют угловую ориентацию относительно продольной оси камеры.

12. Насос по п.9, отличающийся тем, что сопла размещены на корпусе его мультисоплового аппарата в радиальных плоскостях.

13. Насос по п.6, отличающийся тем, что его мультисопловой аппарат снабжен дополнительными, например двумя, автономными частями с корпусами, имеющими радиальные ответвления, расположенными в одной или разных поперечных плоскостях камеры в ее средней части вокруг трубы для выдачи аэрированного материала.

14. Насос по п.13, отличающийся тем, что радиальные ответвления корпусов дополнительных частей его мультисоплового аппарата имеют одноименную или разноименную направленность к центральной оси камеры или к периферии последней.

15. Насос по п.14, отличающийся тем, что сопла дополнительных частей его мультисоплового аппарата ориентированы преимущественно вдоль камеры.

Версия для печати


вверх