система для стряхивания зависаний сыпучих материалов, пневмоимпульсное устройство для стряхивания зависаний сыпучих материалов и способ стряхивания

Формула изобретения

1. Система для стряхивания зависаний сыпучих материалов в распределительной емкости, содержащая резервуар для сжатого газа, по меньшей мере, одно пневмоимпульсное устройство и блок управления, при этом пневмоимпульсное устройство содержит клапан, ствол и датчик зависания сыпучего материала, блок управления соединен с датчиком для получения от него сигналов и с клапаном для подачи на него команд управления, входной канал клапана соединен с резервуаром, а выходной канал клапана соединен с входным концом ствола, установленного так, что открытый выходной конец ствола проникает внутрь распределительной емкости, клапан выполнен с возможностью открывать и закрывать канал от резервуара к входному концу ствола по командам управления, при этом датчик зависания сыпучего материала установлен таким образом, чтобы сигнализировать о зависании сыпучего материала в месте установки ствола.

2. Система по п.1, в которой время открывания клапана составляет не более 2 мс, а ствол выполнен не менее такой длины, что отношение длины ствола к его внутреннему диаметру обеспечивает формирование ударной волны в стволе в результате открывания клапана в процессе работы системы.

3. Система по п.2, в которой время открывания клапана составляет не более 1 мс.

4. Система по пп.2, 3, в которой при заданном внутреннем диаметре ствола его длина ствола выполнена такой, чтобы обеспечить формирование ударной волны на выходном конце ствола.

5. Система по п.1, содержащая, по меньшей мере, два пневмоимпульсных устройства, места установки стволов которых распределены по области вероятного зависания сыпучего материала в распределительной емкости, при этом резервуар выполнен из трубы заданного диаметра, проложенной вдоль наружной поверхности распределительной емкости вблизи мест установки стволов.

6. Система по п.5, в которой резервуар содержит, по меньшей мере, одно кольцо из трубы, выполненное с возможностью установки в положение, в котором оно опоясывает распределительную емкость.

7. Пневмоимпульсное устройство для стряхивания зависаний сыпучих материалов в распределительной емкости, содержащее клапан и ствол, клапан имеет входной канал для подключения к внешнему резервуару сжатого газа и выходной канал, которым он соединен с входным концом ствола, клапан выполнен с возможностью открывать канал от резервуара к входному концу ствола за время не более 2 мс по командам в виде управляющих электрических сигналов, при этом длина ствола выполнена не менее такой, что отношение длины ствола к его внутреннему диаметру обеспечивает формирование ударной волны в стволе при открывании клапана, когда клапан подключен к резервуару сжатого газа.

8. Пневмоимпульсное устройство по п.7, в котором время открывания клапана составляет не более 1 мс.

9. Пневмоимпульсное устройство по пп.7, 8, в котором длина ствола выполнена такой, чтобы обеспечить формирование ударной волны на выходном конце ствола.

10. Пневмоимпульсное устройство по п.7, далее содержащее блок управления, соединенный с датчиком зависания сыпучего материала для получения от него сигналов и с клапаном для подачи на клапан команд на открывание и закрывание клапана.

11. Способ стряхивания зависаний сыпучего материала в распределительной емкости импульсами сжатого газа, создаваемыми, по меньшей мере, одним пневмоимпульсным устройством, содержащим клапан, ствол и датчик зависания сыпучего материала, выход клапана соединен с входным концом ствола, вход клапана подключают к источнику сжатого газа, при этом ствол устанавливают так, что его открытый выходной конец проникает внутрь распределительной емкости в области вероятного зависания сыпучего материала, клапан выполнен с возможностью открывать и закрывать канал между источником сжатого газа и стволом по командам в виде управляющих электрических сигналов, датчик зависания сыпучего материала устанавливают таким образом, чтобы получать от него сигнал о зависании сыпучего материала в распределительной емкости в том месте, где установлен ствол, клапан оставляют закрытым, пока отсутствует сигнал о зависании сыпучего материала, и подают следующие друг за другом команды на открывание и закрывание клапана, повторяющиеся при условии, что сигнал о зависании сыпучего материала продолжает поступать.

12. Способ по п.11, в котором сигналы датчика подают на электронный блок управления, генерирующий команды на открывание и закрывание клапана в соответствии с сигналами датчика.

13. Способ по п.11, в котором время открывания клапана составляет не более 2 мс, а длина ствола пневмоимпульсного устройства выбирается не менее такой, что отношение длины ствола к его внутреннему диаметру обеспечивает формирование ударной волны в стволе при открывании клапана.

14. Способ по п.13, в котором время открывания клапана составляет не более 1 мс.

15. Способ по пп.13, 14, в котором при заданном внутреннем диаметре ствола его длина ствола выполнена такой, чтобы обеспечить формирование ударной волны на выходном конце ствола.

16. Способ по п.11, в котором используют, по меньшей мере, два пневмоимпульсных устройства, места установки стволов которых распределены по области вероятного зависания сыпучего материала в распределительной емкости, при этом источником сжатого газа служит резервуар, выполненный в виде трубы, проложенной вблизи мест установки стволов.

17. Способ по п.16, в котором резервуар содержит, по меньшей мере, одно кольцо из трубы, опоясывающее распределительную емкость в области вероятного зависания сыпучего материала.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области использования сжатого газа и может применяться для обрушения сводов сыпучих материалов в бункерах. Многие технологические процессы связаны с получением, хранением и транспортировкой разнообразных сыпучих материалов, например муки, цемента, технического углерода. В этих технологических процессах присутствуют различные распределительные емкости: бункеры, силосы, хопперы, дозирующие устройства, из которых сыпучий материал транспортируется в выходные отверстия под действием сил тяжести.

При этом имеют место такие нежелательные явления как зависание сыпучего материала в производственных распределительных емкостях, налипание на стенки, а также забивание выходных отверстий этих емкостей. Все это вызывает аварийные ситуации и необходимость остановки технологического процесса для очистки оборудования.

Для стимуляции нормального выпуска сыпучего материала из промышленных бункеров традиционно используются вибраторы, магнито-импульсные устройства и виброднища. Все эти приборы имеют одно общее свойство - они воздействуют на наружную стенку бункера, которая, деформируясь, в свою очередь, воздействует на сыпучий материал. Степень эффективности воздействия на сыпучий материал снижается с увеличением толщины и жесткости стенки бункера, так как энергия вибраций расходуется, в основном, на деформацию стенок бункера, а не на встряхивание сыпучего материала. Кроме того, известно, что воздействие на материал, прилегающий к стенкам бункера, во многих случаях не является самым эффективным, особенно для бункеров большого объема.

На бункерах с недеформируемыми стенками, например на бетонных силосах, все вышеперечисленные методы не эффективны, поэтому есть возможность воздействовать лишь непосредственно на сыпучий материал внутри бункера.

На таких объектах нашли широкое применение системы аэрации, которые позволяют закачивать через специальную систему отверстий большое количество сжатого воздуха внутрь бункера в толщу сыпучего материала.

Однако свойства многих сыпучих материалов далеки от свойств идеальной сплошной среды, поэтому воздушные полости, образовавшиеся в результате аэрации, не обеспечивают движения больших масс материала, что приводит к низкой эффективности таких систем. Обычно требуется большое количество воздуха для выведения из равновесия больших объемов сыпучего материала.

От перечисленных недостатков свободны системы пневмообрушения на основе пневмопушек, которые обеспечивают импульсное воздействие сжатым воздухом непосредственно на сыпучий материал внутри бункера, в отличие от стационарного воздействия при аэрации.

Известные из уровня техники пневмопушки содержат резервуар со сжатым воздухом и трубу, соединенные между собой управляемым пневматическим клапаном. Труба жестко закреплена в стенке бункера таким образом, что открытый конец трубы находится во внутренней полости бункера, в толще сыпучего материала. Традиционно в пневмопушках используются, так называемые, клапаны быстрого выхлопа (имеющие одно устойчивое состояние - закрытое). При подаче управляющего сигнала такой клапан открывается, при этом сжатый воздух из резервуара поступает по трубе в бункер, создавая импульс, который призван устранять зависания сыпучего материала. После опустошения резервуара клапан быстрого выхлопа закрывается, возвращаясь в устойчивое закрытое состояние. Подобные конструкции представлены в описаниях ряда патентов, например в патентах США US 4579138, US 4817821, US 5797582, US 6253784.

Клапаны быстрого выхлопа в устройствах, описанных в перечисленных патентах, обеспечивают воздействие на сыпучий материал импульсной струей.

Однако такие клапаны, несмотря на название, обеспечивают лишь относительно медленное открывание, типичное время их срабатывания не менее 5 миллисекунд и, как следствие, недостаточную эффективность воздействия на сыпучий материал. Кроме того, клапан быстрого выхлопа в силу принципа его работы не может обеспечить высокую частоту срабатывания пневмопушки, поскольку после открытия такой клапан может закрыться только тогда, когда выйдет весь сжатый воздух из резервуара. Затем резервуар требуется вновь заполнить сжатым воздухом, и только после этого пневмопушка с клапаном быстрого выхлопа готова к повторному срабатыванию.

Кроме того, от одного резервуара можно питать только один клапан быстрого выхлопа. Последнее объясняется тем, что невозможно обеспечить одинаковость проточных частей и синхронность срабатывания обоих клапанов, большая часть сжатого воздуха будет выходить через один клапан. По этой причине на каждый клапан требуется отдельный резервуар.

Для стряхивания зависаний сыпучего материала в бункерах большого размера применяются пневмопушки, содержащие резервуары в виде баллонов большого объема и клапаны большого типоразмера.

Однако такое техническое решение порождает дополнительные проблемы, так как баллоны емкостью 500 литров и более, находящиеся под давлением сжатого воздуха, применяемого в промышленности, являются опасными объектами, которые требуют особых условий эксплуатации и периодических испытаний в соответствии с установленными нормативами.

Задачей настоящего изобретения является создание системы для стряхивания зависаний сыпучих материалов, которая обеспечила бы эффективное обрушение зависшего сыпучего материала в распределительной емкости при малом расходе сжатого воздуха, создание пневмоимпульсного устройства, которое обеспечило высокую эффективность стряхивания зависаний сыпучих материалов, а также создание способа, который обеспечил бы стряхивание зависаний сыпучих материалов в распределительной емкости в автоматическом режиме и при малом расходе сжатого воздуха.

Поставленная задача решается тем, что в системе для стряхивания зависаний сыпучих материалов в распределительной емкости, содержащей резервуар для сжатого газа, по меньшей мере, одно пневмоимпульсное устройство и блок управления, пневмоимпульсное устройство содержит клапан, ствол и датчик зависания сыпучего материала, блок управления соединен с датчиком для получения от него сигналов и с клапаном для подачи на него команд управления, входной канал клапана соединен с резервуаром, а выходной канал клапана соединен с входным концом ствола, установленного так, что открытый выходной конец ствола проникает внутрь распределительной емкости, клапан выполнен с возможностью открывать и закрывать канал от резервуара к входному концу ствола по командам от блока управления, при этом датчик зависания сыпучего материала установлен таким образом, чтобы сигнализировать о зависании сыпучего материала в месте установки ствола. Использование клапана, выполненного с возможностью не только открываться, но и закрываться по командам управления, обеспечивает возможность питать пневмоимпульсные устройства от одного резервуара. Наличие датчика зависания сыпучего материала в каждом пневмоимпульсном устройстве системы обеспечивает возможность воздействовать на зависший сыпучий материал непосредственно тогда и в том месте, где возникло зависание, а также возможность работы системы в автоматическом режиме.

Целесообразно, чтобы время открывания клапана составляло не более 2 миллисекунд, а предпочтительно, не более 1 миллисекунды, при этом длина ствола пневмоимпульсного устройства по отношению к его внутреннему диаметру должна быть не менее такой, которая при заданном времени открывания клапана обеспечивает формирование ударной волны в стволе.

Предпочтительно, чтобы при заданном диаметре ствола пневмоимпульсного устройства его длина была выполнена такой, чтобы обеспечить формирование ударной волны на выходном конце ствола. Такое выполнение ствола позволяет избежать непроизводительных потерь энергии ударной волны на участке от места формирования до выходного конца ствола.

Целесообразно, чтобы система содержала, по меньшей мере, два пневмоимпульсных устройства, места установки стволов которых распределены по области вероятного зависания сыпучего материала в распределительной емкости, а резервуар был выполнен из трубы заданного диаметра, проложенной вдоль наружной поверхности распределительной емкости вблизи мест установки стволов. Это обеспечивает безопасность резервуара и возможность питать удаленные друг от друга пневмоимпульсные устройства от одного резервуара.

Целесообразно, чтобы резервуар содержал, по меньшей мере, одно кольцо из трубы, выполненное с возможностью установки в положение, в котором кольцо опоясывает распределительную емкость. В протяженном резервуаре, выполненном из трубы, замкнутой в кольцо, нивелируются локальные перепады давления сжатого газа, возникающие при работе подключенных к нему пневмоимпульсных устройств.

Поставленная задача решается также тем, что в пневмоимпульсном устройстве для стряхивания зависаний сыпучих материалов в распределительных емкостях, содержащем клапан и ствол, клапан имеет входной канал для подключения к внешнему резервуару сжатого газа и выходной канал, которым он соединен с входным концом ствола, клапан выполнен с возможностью открывать канал от резервуара к входному концу ствола за время не более 2 миллисекунд, при этом длина ствола выполнена не менее такой, чтобы отношение длины ствола к его внутреннему диаметру обеспечивало формирование ударной волны в стволе в результате открывания клапана, когда клапан подключен к резервуару сжатого газа.

Предпочтительно, чтобы время открывания клапана пневмоимпульсного устройства составляло не более 1 миллисекунды.

Поставленная задача решается далее тем, что в способе стряхивания зависаний сыпучего материала в распределительной емкости импульсами сжатого газа, создаваемыми, по меньшей мере, одним пневмоимпульсным устройством, содержащим клапан, ствол и датчик зависания сыпучего материала, выход клапана соединен с входным концом ствола, вход клапана подключают к источнику сжатого газа, при этом клапан выполнен с возможностью открывать и закрывать канал между источником сжатого газа и стволом по командам в виде управляющих электрических сигналов, датчик зависания сыпучего материала устанавливают таким образом, чтобы получать от него сигнал о зависании сыпучего материала в распределительной емкости в том месте, где установлен ствол, клапан оставляют закрытым пока отсутствует сигнал о зависании сыпучего материала, и подают следующие друг за другом с заданным интервалом времени команды на открывание и закрывание клапана, повторяющиеся при условии, что сигнал о зависании сыпучего материала продолжает поступать.

Целесообразно, сигналы датчика подавать на электронный блок управления, генерирующий команды на открывание и закрывание клапана в соответствии с сигналами датчика.

Далее настоящее изобретение будет подробно разъяснено на примерах его реализации с использованием в качестве сжатого газа сжатого воздуха. Примеры реализации приведены со ссылками на чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает схему системы, выполненной согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 изображает вид сбоку в частичном разрезе распределительной емкости с установленными на ней элементами системы, схема которой показана на Фиг.1;

Фиг.3 - вид 3-3 распределительной емкости и элементов системы, изображенных на Фиг.2;

Фиг.4 изображает вид сбоку в разрезе клапана пневмоимпульсного устройства, выполненного согласно настоящему изобретению;

Фиг.5 - вид 5-5 клапана, изображенного на Фиг.4;

Фиг.6, 7 изображают варианты установки пневмоимпульсного устройства настоящего изобретения на распределительной емкости.

Фиг.1 изображает схему системы для стряхивания сыпучего материала в распределительной емкости 1. Система содержит резервуар 2 со сжатым воздухом, пополняемый от внешнего источника (не показан), пневмоимпульсные устройства 3 и блок 4 управления.

Распределительная емкость 1 функционирует следующим образом. Сыпучий материал, подаваемый в распределительную емкость 1 сверху, в штатном режиме работы, перемещается по ней вниз под действием силы тяжести. Отгрузка сыпучего материала производится из нижней части распределительной емкости 1. Штатный режим работы распределительной емкости может нарушаться вследствие зависаний сыпучего материала, которые, как правило, происходят в характерной для конкретной распределительной емкости зоне вероятного зависания сыпучего материала.

Пневмоимпульсное устройство 3 содержит клапан 5, ствол 6 и датчик 7 зависания сыпучего материала. Входной канал клапана 5 соединен с резервуаром 2. Блок 4 управления связан с каждым пневмоимпульсным устройством 3 и датчиком 7 соединениями 8 и 9, соответственно, выполненными электрическим кабелем. Соединения 8, 9 могут быть выполнены также беспроводными, с помощью радиосвязи. По соединению 8 от блока 4 управления на пневмоимпульсное устройство 3 поступает управляющий электрический сигнал, представляющий собой команды на открывание и закрывание клапана 5. По соединению 9 на блок 4 управления поступает сигнал от датчика 1, несущий информацию о состоянии (движения, либо зависания) сыпучего материала в распределительной емкости 1. Зависший сыпучий материал, обозначенный позицией 10, условно изображен заштрихованной зоной. В предпочтительной реализации блок 4 управления содержит компьютер.

Ствол 6 выполнен из стальной трубы, применяемой для газовых коммуникаций. Ствол 6 установлен в отверстии в стенке распределительной емкости 1 так, что его выходной конец 11 проникает внутрь распределительной емкости 1.

На фигурах 2, 3 показана установленная вертикально цилиндрическая распределительная емкость 1 для отгрузки сыпучего материала со смонтированными на ней резервуаром 2 и пневмоимпульсными устройствами 3. Пневмоимпульсные устройства распределены по поверхности распределительной емкости 1 в области 20 вероятного зависания сыпучего материала, условно выделенной на Фиг.2 пунктирной линией.

Резервуар 2 для сжатого воздуха установлен снаружи на распределительной емкости 1. В предпочтительной реализации резервуар выполнен из трубы требуемого диаметра. Для изготовления резервуара может быть использована, например, стальная труба для газовых коммуникаций.

В данной реализации резервуар 2 включает два выполненных из трубы кольца, 21 и 22, опоясывающих распределительную емкость 1. В других реализациях настоящего изобретения резервуар может иметь одно кольцо, или более двух. Внутренние полости колец 21, 22 сообщаются между собой через соединительные каналы 23, выполненные из трубы того же диаметра, что и кольца 21, 22. Уровни расположения колец 21, 22 на распределительной емкости 1 выбираются в области 20 вероятного зависания сыпучего материала. Область вероятного зависания сыпучего материала, как правило, известна из опыта эксплуатации распределительной емкости, либо определяется экспериментальным путем. Внутренний диаметр трубы для резервуара выбирается таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить требуемый объем резервуара, а с другой, многократный запас прочности при рабочем давлении сжатого воздуха с учетом того, что усилие внутреннего давления, приложенное на разрыв резервуара, обратно пропорционально квадрату его внутреннего диаметра. При использовании сжатого воздуха от промышленных компрессоров, создающих давление 6-10 атм., оба указанных условия оказываются удовлетворены, если резервуар выполнен из стальной трубы с внутренним диаметром не более 209 мм. Описанная конструкция резервуара обеспечивает преимущества безопасной его эксплуатации.

Пневмоимпульсные устройства 3 равномерно распределены по периметру боковой стенки распределительной емкости 1, как показано на Фиг.3. Однако, если внутренняя полость распределительной емкости имеет особенности, вследствие которых область вероятных зависаний сыпучего материала занимает только часть периметра боковой стенки, пневмоимпульсные устройства могут быть сосредоточены в этой части периметра. Количество пневмоимпульсных устройств, необходимое для эффективного стряхивания зависаний сыпучего материала, определяется размерами распределительной емкости и свойствами сыпучего материала.

Фигуры 4, 5 иллюстрируют устройство клапана 5, такого как описанный в международной заявке PCT/RU02/00225. Клапан 5 содержит управляющий клапан 40. Управляющий клапан 40 имеет конструкцию электромагнитного пневматического распределителя 3/2 с двумя устойчивыми положениями. Управляющий клапан 40 имеет три канала: канал 41 питания, выходной канал 42 и канал 43 выхлопа, позволяющий соединять канал 42 с окружающим пространством. В одном крайнем положении управляющего клапана 40 канал 41 питания соединен с выходным каналом 42, канал 43 выхлопа закрыт. В другом крайнем положении выходной канал 42 соединен с каналом 43 выхлопа, а канал 41 питания закрыт. Изменение положения управляющего клапана 40 осуществляется подачей/отключением заданного напряжения постоянного тока на его электромагнитную катушку (не показана).

Клапан 5 содержит полый корпус 44, в котором выполнен входной канал 45, соединенный с резервуаром 2, и выходной канал 46, соединенный со входным концом ствола 6 (Фиг.2). В выходном канале 46 установлено седло 47.

В полости корпуса 44 установлены подвижный куполообразный отсекатель 48 с вершиной, обращенной к выходному каналу 46, и цилиндрическая направляющая 49 отсекателя. Отсекатель 48 состоит из выполненных за одно целое куполообразной части 50 и цилиндрической части 51.

Седло 47 выполнено из упругого материала, при этом отсекатель 48 выполнен из твердого ударопрочного материала, например углепласта.

Направляющая 49 закреплена в корпусе 44 радиальными ребрами 52 (Фиг.5). В направляющей 49 выполнены полости 53, 54, соединенные с каналами 41, 42 управляющего клапана 40 каналами 55, 56, соответственно. Каналы 55, 56 пролегают внутри одного из ребер 52. Направляющая 49 содержит выполненный из упругого материала кольцевой упор 57 для отсекателя 48.

На Фиг.4 отсекатель 48 показан в положении, соответствующем открытому клапану 5. Когда отсекатель 48 находится в положении 58, показанном пунктирной линией, он перекрывает выходной канал 46, что соответствует закрытому положению клапана 5.

Положение клапана 5, открытое или закрытое, определяется положением управляющего клапана 40. При открытом положении управляющего клапана 40 полости 53, 54 сообщаются между собой по следующему пути: полость 54 - канал 56 - каналы 41, 42 клапана 40 - канал 55 - полость 53. По этому пути сжатый воздух, поступающий по каналу 45, заполняет полость 53 и пространство 59 под отсекателем 48. Куполообразная часть 50 отсекателя под действием давления сжатого воздуха плотно прилегает к седлу 47, клапан 5 закрыт.

Когда на управляющий клапан 40 подается команда на закрытие в виде заданного напряжения постоянного тока, его положение изменяется на закрытое. Канал 41 питания закрывается, а выходной канал 42 через выхлопной канал 43 соединяется окружающим пространством. При этом канал 56 полости 54 заглушен, а полость 53 изолирована от резервуара 2 (Фиг.1). Полость 53 по пути: полость 53 - канал 55 - каналы 42, 43 управляющего клапана 40 соединяется с окружающим пространством. Вследствие этого давление в полости 53 и под куполообразной частью 50 отсекателя 48 падает. Сжатый воздух, поступающий из резервуара 2 по каналу 45, оказывает давление на наружную поверхность куполообразной части 50 отсекателя. Вследствие дисбаланса давлений, действующих на внешнюю и внутреннюю поверхности куполообразной части 50 отсекателя, отсекатель 48 перемещается вдоль цилиндрической направляющей 49 в сторону от седла 47 пока не входит в контакт с кольцевым упором 57. Таким образом, клапан 5 оказывается открыт.

Обтекаемая форма радиальных ребер 52 обеспечивает минимальные отрывные зоны потока воздуха. Скругленное сопряжение куполообразной и цилиндрической частей отсекателя 48 снижает аэродинамическое сопротивление возникающему сверхзвуковому потоку воздуха, а куполообразная форма отсекателя 48 обеспечивает его безотрывное обтекание потоком. Эти особенности конструкции обеспечивают высокое быстродействие клапана 5.

Экспериментально установлено, что клапан 5 при площади проходного сечения выходного канала 46 не более 20 см² открывается за период времени, не превышающий 1 мсек.

При последующем переключении управляющего клапана 40 канал 41 соединяется с каналом 42. При этом полость 54 и полость 53 соединяются между собой по пути:

полость 54 - канал 53 - каналы 41, 42 клапана 40 - канал 55 - полость 53.

Сжатый воздух из резервуара 2 по каналу 45 поступает в полость 53.

Благодаря безотрывному обтеканию наружной поверхности куполообразной части 50 отсекателя давление на нее равно статическому давлению, которое меньше полного давления в полости 53 на величину скоростного напора воздуха, текущего через открытый клапан 5 снаружи отсекателя 48. Вследствие дисбаланса давлений отсекатель 48 перемещается до упора в седло 47. Под действием давления сжатого воздуха под куполообразной частью 50 отсекателя последняя плотно прилегает к кольцевому упору 57, перекрывая выходной канал 46, чем обеспечивается закрытое положение клапана 5.

Экспериментально установлено, что клапан 5 при площади сечения выходного канала 46 не более 20 см² закрывается за время, не превышающее 1 мсек.

Таким образом, открывание и закрывание клапана 5 при площади сечения выходного канала 46 не более 20 см² осуществляется практически за одинаковое время, не превышающее 1 мсек.

Управляющим клапаном 40 в клапане 5 может служить, например, пневматический распределитель 3/2 с электроуправлением, МНА2-MS1H-32G-2-K, выпускаемый фирмой ФЕСТО АГ (FESTO AG), Германия, обеспечивающий время переключения 2 мсек.

С учетом времени срабатывания известного управляющего клапана интервал времени от подачи на него управляющей команды до завершения открывания (закрывания) клапана 5 с площадью сечения канала 20 см² составляет не более 3 мсек.

Время открывания клапана 5 тем меньше, чем меньше масса отсекателя 48. Экспериментально установлено, что время открывания и закрывания описанного выше клапана при площади сечения его выходного канала, не превышающей 10 см ², лежит в пределах 0.5-0.8 мсек в зависимости от экземпляра.

Использование клапана с коротким временем открывания позволяет создать пневмоимпульсное устройство для стряхивания зависаний сыпучего материала в производственной емкости, обладающее большей эффективностью по сравнению с известными благодаря воздействию на сыпучий материал ударной волны, которая формируется в стволе пневмоимпульсного устройства при должном выборе соотношения длины и сечения ствола.

Формирование ударной волны в стволе пневмоимпульсного устройства происходит следующим образом. В начальный момент открывания клапана образуется малое отверстие, через которое вырывается струя воздуха из соединенной с резервуаром области высокого давления. Это отверстие увеличивается в течение всего времени открытия клапана, при этом увеличивается сечение струи воздуха, поступающего в ствол. Струя воздуха из клапана представляет собой источник возмущения, порождающий в воздухе, покоящемся в стволе, волны сжатия так, что в течение всего времени открывания клапана генерируется пакет волн сжатия. Крутизна фронта кривой, характеризующей распределение давления в волне сжатия в процессе распространения по стволу, увеличивается, так как фазы волны сжатия, где давление выше (и скорость звука больше), распространяются с большей скоростью и догоняют предыдущие. В результате на некотором расстоянии от клапана крутизна фронта становится настолько большой, что представляет собой скачок уплотнения, называемый также ударной волной. Скорость распространения ударной волны больше скорости звука, и тем выше, чем больше интенсивность скачка. С уменьшением времени открывания клапана снижается расстояние, на котором формируется ударная волна, и увеличивается ее интенсивность.

Явление образования ударной волны в трубе известно из экспериментов с так называемыми «ударными трубами». Результаты экспериментов описаны, в частности, в статье Штеменко П.С.«Возникновение скачка уплотнения в начальный период течения вблизи диафрагмы в ударной трубе». Вестник МГУ, 22, №1, 1968. Эксперименты проводились в трубе, в которой вместо клапана использовалась диафрагма, разделяющая трубу на две камеры, высокого и низкого давления. Камера низкого давления сообщалась с наружным пространством. В камеру высокого давления нагнетался газ, после чего для открывания проходного сечения трубы выполняли разрушение диафрагмы за разные промежутки времени. Были получены следующие экспериментальные данные по скорости газа за ударной волной в зависимости от времени открытия проходного сечения трубы. При времени открытия Т, равном 0.42 мсек, максимальная скорость газа V, равная 750 м/сек, была достигнута на расстоянии L, равном 50 внутренних диаметров трубы. При Т=0.680 мсек, V=700 м/сек, L=80, при Т=0.75 мсек, V=600 м/сек, L=100. При дальнейшем распространении ударной волны по трубе происходят потери энергии, сопровождающиеся постепенным снижением скорости газа. Если время открывания проходного сечения трубы значительно превышает время распространения звука в покоящемся газе на всю длину трубы, ударная волна не возникает.

Простой расчет применительно к стволу пневмоимпульсного устройства с внутренним диаметром 32 мм показывает, что при времени открывания клапана пневмоимпульсного устройства, равном 0.42 мсек, ударная волна формируется на расстоянии 1.6 м от клапана, а при времени открывания клапана, равном 0.75 мсек, ударная волна формируется на вдвое большем расстоянии от клапана, равном 3.2 м. Экстраполяция приведенных выше экспериментальных данных приводит к выводу, что при времени открывания клапана более 2 мсек может быть получена ударная волна только очень невысокой интенсивности, и для ее формирования потребуется ствол с длиной, превышающей разумные пределы.

Оптимальная длина ствола 6 пневмоимпульсного устройства 3 (Фиг.1) определяется при данном времени открывания клапана 5 из условия формирования в стволе 6 ударной волны в непосредственной близости от его выходного конца 11. Это позволяет исключить потери энергии ударной волны в стволе по сравнению со случаем, когда ствол имеет большую длину.

Фиг.6 иллюстрирует пневмоимпульсное устройство с датчиком 7 зависаний сыпучего материала. Датчик зависания сыпучего материала устанавливают таким образом, чтобы он сигнализировал о зависании сыпучего материала в месте установки ствола. Наиболее удобным является размещение чувствительного элемента датчика 7 внутри распределительной емкости 1 непосредственно под стволом 2.

В данной реализации датчик 7 содержит имеющийся на рынке ротационный индикатор уровня материала в промышленных емкостях модели RP30A компании ФАЙН ОТОМЭЙШН КО ЛТД (FINE AUTOMATION CO., LTD) Тайвань. Принцип действия ротационного индикатора основан на торможении вращения лопатки, установленной на роторе электродвигателя, когда лопатка оказывается в толще материала. Сигналом остановки вращения лопатки является изменение тока питания электродвигателя. В случае зависания сыпучего материала в области установки данного пневмоимпульсного устройства лопатка перестает вращаться, и на блок 4 управления поступает сигнал, условно имеющий логический уровень «1», свидетельствующий о зависании сыпучего материала. При нормальном движении материала в распределительной емкости лопатка вращается и на блок 4 управления поступает сигнал, условно имеющий логический уровень «0». Различение сигналов ротационного индикатора осуществляется в блоке 4 управления с помощью известных средств обработки сигналов.

В качестве датчика 7 зависания сыпучего материала может быть использован также, например, датчик емкостного типа «Компакт СУ 500», принцип действия которого основан на увеличении электрической емкости чувствительного элемента при наличии материала в зоне чувствительности. Эти датчики предлагаются на рынке компанией ЗАО «Контакт-1», г.Рязань, для индикации уровня сыпучих и жидких материалов в производственных емкостях. В случае зависания сыпучего материала там, где установлен датчик, неподвижный материал оказывается в зоне чувствительности емкостного элемента, что соответствует условиям работы датчика, для которых он предназначен. При этом сигнал датчика имеет постоянный уровень, условно логический уровень «1», указывающий на контакт с неподвижным материалом. В случае нормальной работы распределительной емкости сыпучий материал практически не попадает в зону чувствительности емкостного элемента, и на блок 4 управления поступает сигнал, условно имеющий логический уровень «0». Различение сигналов емкостного датчика, соответствующих этим случаям, осуществляется в блоке 4 управления с помощью известных средств обработки сигналов.

Фиг.6 иллюстрирует вариант установки пневмоимпульсного устройства 3 на распределительной емкости 1, в котором ствол 6 закреплен горизонтально, перпендикулярно стенке распределительной емкости 1. Выходной конец 11 ствола 6 находится внутри распределительной емкости 1. При этом чувствительный элемент датчика 7 зависания сыпучего материала установлен непосредственно под концом 11 ствола с тем, чтобы сигнализировать о зависании сыпучего материала внутри распределительной емкости 1 в месте установки ствола 6, а также обезопасить чувствительный элемент датчика 7 от возможных попаданий комков сыпучего материала, падающего с большой высоты внутри распределительной емкости 1.

На Фиг.7 показан другой вариант установки пневмоимпульсного устройства 3 на распределительной емкости 1, в котором ствол 6 закреплен в стенке распределительной емкости 1 наклонно, выходным концом 11 вниз. Такая установка ствола 6 может обеспечить лучшие условия для стряхивания зависаний части сыпучих материалов по сравнению с вариантом, изображенным на Фиг.6. Чувствительный элемент датчика 7 зависания сыпучего материала, также как и в варианте на Фиг.6, установлен непосредственно под концом 11 ствола, чтобы сигнализировать о зависании сыпучего материала внутри распределительной емкости 1, в месте установки ствола 6.

Реализацию системы для стряхивания зависаний сыпучих материалов в распределительной емкости и ее работу иллюстрирует приведенный ниже пример.

Резервуар 2 (Фиг.2) выполнен из сваренных отрезков стальной газовой трубы с внутренним диаметром 209 мм, общей длиной 40 метров и объемом 1,4 м³. Концы двух участков трубы резервуара 2 соединены друг с другом так, что образуют кольца. Трубы, образующие резервуар 2, проложены вдоль наружной поверхности распределительной емкости 1 так, что проходят вблизи выбранных мест установки стволов 6 пневмоимпульсных устройств 3. Резервуар 2 соединен с внешней магистралью подачи сжатого воздуха (не показана). Объем резервуара 2 является достаточным для одновременной работы 30 пневмоимпульсных устройств 3, распределенных по всей области 20 вероятного зависания сыпучего материала. Клапаны 5 (Фиг.1) пневмоимпульсных устройств 3 имеют выходные каналы с диаметром 35 мм, внутренний диаметр стволов 6 равен 32 мм. Время открывания клапанов не превышает 1 мсек, при этом длины стволов находятся в интервале от 3 до 4.5 метров. Для каждого пневмоимпульсного устройства в бетонной стенке распределительной емкости выполнена пара расположенных одно под другим отверстий. В верхнем отверстии установлен ствол 6, а нижнее используется для введения во внутреннюю полость распределительной емкости 1 ротационного датчика 7 зависания сыпучего материала. Выходные сигналы датчиков 7 подаются на блок 4 управления. Блок 4 управления посылает следующие через одинаковые интервалы 100 мсек команды на открывание и закрывание клапана того пневмоимпульсного устройства, с датчика которого поступает сигнал о зависании сыпучего материала. Таким образом, в ствол этого пневмоимпульсного устройства подаются импульсы сжатого воздуха, с каждым из которых на зависший сыпучий материал воздействует ударная волна, формирующаяся в стволе. Подача импульсов сжатого газа производится в течение всего времени, пока от датчика этого пневмоимпульсного устройства поступает сигнал о зависании сыпучего материала.

Такой алгоритм работы системы стряхивания зависаний сыпучего материала обеспечивает экономичный режим стряхивания, так как сжатый воздух расходуется только тогда, когда возникло зависание сыпучего материала, и только в тех местах распределительной емкости, где оно возникло.

Воздействие на зависший сыпучий материал ударной волной, обеспечиваемое пневмоимпульсными устройствами настоящего изобретения, позволяет достигать высокой эффективности стряхивания зависаний сыпучего материала.