устройство для приготовления взрывчатых веществ

Формула изобретения

Устройство для приготовления взрывчатых веществ, содержащее приемную воронку, состоящую из цилиндрической и конусной частей, расположенный в приемной воронке тарельчатый ротор, систему рыхлителей, систему подачи жидкого компонента и камеру смешения компонентов взрывчатого вещества с вертикальным и горизонтальным шнеками, отличающееся тем, что рыхлители выполнены в виде треугольных пластин и расположены острием внутрь приемной воронки и острием вверх на конусном тарельчатом роторе, на воронке рыхлители расположены в ряд по горизонтали, а на коническом рыхлителе радиально в шахматном порядке относительно друг друга, при этом количество рядов пластин-рыхлителей на приемной воронке и на тарельчатом роторе выполнены в количестве не менее 3.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области производства взрывчатых веществ (ВВ) и может найти применение в горнодобывающей промышленности для приготовления аммиачноселитренных алюминизированных ВВ на местах ведения взрывных работ.

Известно устройство циклично-непрерывного действия для приготовления ВВ типа ИСИ-II [1] , содержащее бункер-измельчитель с рыхлителем в виде тарели-ротора, камеру смешивания со шнеком и систему подачи жидких компонентов.

Работа устройства в цикличном режиме позволяет дозировать компоненты с высокой точностью путем предварительного взвешивания контрольных порций, однако снижает производительность приготовления ВВ до 0,6 т/ч. Получаемые ВВ могут использоваться как на открытых, так и на подземных горных работах, отличающихся более жесткими требованиями к применяемым составам ВВ. Работа устройства в непрерывном режиме повышает производительность до 4 т/ч однако качество приготовления снижается по сравнению с цикличным режимом работы. Зависимость непрерывного дозирования компонентов от гранулометрического состава, влажности и сыпучести гранул и т.д. снижает качество ВВ, делает непригодным его для применения на подземных работах. Ограниченность применения приготовленных в непрерывном режиме ВВ снижает рентабельность подобных устройств.

Известно устройство для приготовления ВВ цикличного действия типа УИ [2] , содержащее приемную воронку, расположенный в приемной воронке тарельчатый ротор, систему рыхлителей, систему подачи жидкого компонента с дозатором в виде расходного бачка и камеру смешения с вертикальным и горизонтальным шнеками. Вертикальный шнек находится на общем с ротором-рыхлителем валу вращения, а оба шнека снабжены спиралеобразными лопастями. Данное устройство взято за прототип предлагаемого изобретения.

Основным недостатком устройства является недостаточная интенсивность процесса смешения компонентов и, как следствие, - невысокое качество получаемых ВВ. При одновременной загрузке в приемную воронку двух сыпучих компонентов: порции аммиачной селитры (АС) и порции алюминиевого порошка (АП) в дальнейшем происходит их разделение. Мелкая фракция сыпучего материала, в которой преобладает АП, просыпается на поверхность тарельчатого ротора и вследствие отсутствия сцепления радиально скользит по его поверхности и просыпается в камеру смешения через кольцевой зазор, образованный между ротором и воронкой. Крупная слежавшаяся фракция АС остается в приемной воронке, подвергаясь воздействию системы рыхлителей в виде штырей, расположенных на поверхности ротора, дробится и просыпается в камеру смешения следом за АП. При этом в камеру смешения вводится порция дизельного топлива (ДТ). Процесс смешения трех компонентов АС, АП и ДТ сопровождается пропитыванием гранул АС жидким горючим ДТ и наличием частиц АП на гранулах АС. Однако, ввиду того что перемешиваемая масса горючих компонентов, содержащая полные порции АП и ДТ, длительное время дополняется только окислителем (АС), поступающим после рыхления, процесс смешивания не стабилен. Первые гранулы АС, поступившие в камеру смешения, связываются с большим количеством АП, чем последующие, перераспределение же частиц АП между гранулами АС в камере смешения в присутствии ДТ затруднено вследствие сил адгезии. При этом смесь компонентов неравномерно распределяется между собой в микродозах. Требуется длительное перемешивание для получения однородной массы, сбалансированной по соотношению горючего к окислителю в микродозах.

Таким образом, сепарация АП из общей массы сыпучих материалов дестабилизирует процесс смешения, значительно снижает интенсивность распределения горючих компонентов в окислителе, уменьшает производительность устройства. Необходимость длительного перемешивания смеси для получения качественного состава ВВ ведет к повышенному истиранию гранул АС в камере смешения. При этом мелкодисперсная часть АС связывается с избыточным количеством АП, в результате которого в общей массе смеси образуются обедненные и обогащенные микродозы ВВ, несбалансированные по расчетному соотношению горючего к окислителю. При взрывании подобных ВВ снижаются скорость детонации заряда, уменьшается температура взрыва, ухудшаются результаты взрывной отбойки, повышается количество ядовитых газов, образующихся в результате взрыва. Это ограничивает область применения приготовленных ВВ только открытыми горными работами.

Целью предлагаемого изобретения является повышение производительности устройства и улучшение качества приготавливаемого ВВ за счет повышения эффективности, оперативности и интенсификации смешения компонентов взрывчатого вещества.

Поставленная цель достигается тем, что в прототипе система рыхлителей выполнена в виде треугольных пластин, расположенных острием вверх и закрепленных радиально и под прямым углом на поверхности тарельчатого ротора и стенках приемной воронки, причем на стенках воронки треугольные пластины расположены в несколько рядов, не менее трех, по высоте, при этом один ряд смонтирован на цилиндрической части воронки (горловине), а на тарельчатом роторе пластины закреплены в несколько рядов, не менее трех, по концентрическим окружностям относительно оси вращения ротора, при этом в рядах пластины расположены в шахматном порядке относительно друг друга.

При просмотре патентных и научно-технических источников подобные отличительные признаки не были обнаружены. Между тем они принципиально изменяют весь процесс смешения трех компонентов между собой. Приемная воронка и тарельчатый ротор, снабженные треугольными пластинами, расположенными острием вверх, обеспечивая тем самым качественное и интенсивное дробление кусков АС, одновременно за счет радиальной ориентации пластин и закрепления их под прямым углом препятствуют сепарации АП из сыпучего материала, находящегося в воронке, в течение всего процесса дробления кусков АС. Расположение пластин на тарельчатом роторе в несколько рядов по концентрическим окружностям относительно оси вращения позволяет, захватив сыпучий материал в виде АП и мелкой фракции АС, придать ей значительную скорость вращения и сформировать движущий поток АП и АС от центра вращения к периферии. Взаимодействие этого потока с пластинами, закрепленными на конусной части приемной воронки, позволяет направить его вверх, вовлекая тем самым всю сыпучую массу в торообразное перемещение. А взаимодействие этого потока с пластинами, закрепленными на цилиндрической части воронки, позволяет выделить из общего потока его небольшую часть и направить ее в камеру смешения. При этом расположение пластин в шахматном порядке относительно друг друга позволяет активизировать процесс смешения АП и АС в приемной воронке, обеспечивая их равномерное распределение в общей массе до поступления ее в камеру смешения. Это позволяет еще в первой фазе рыхления АС и просыпания сыпучего материала в камеру смешения получить равномерно перемешанные компоненты АС и АП, сбалансированные между собой в микродозах. Вторая фаза перемешения происходит в камере смешивания, где равномерно распределенное в первой фазе твердое мелкодисперсное горючее связывается в расчетных сбалансированных между собой пропорциях с гранулами окислителя, что, как следствие, ведет к сокращению времени перемешивания, а следовательно, к повышению производительности устройства в целом.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства в разрезе, на фиг.2 - тарельчатый ротор в плане, на фиг.3 - тарельчатый ротор в разрезе, на фиг.4 - приемная воронка в плане и на фиг.5 - приемная воронка в разрезе.

Устройство содержит приемную воронку 1, состоящую из конусной части 2 и цилиндрической части 3 (горловины), соединенной с камерой смешения 4, в которой расположен горизонтальный шнек 5 и вертикальный шнек 6, находящийся на одном валу вращения с тарельчатым ротором 7, расположенным в приемной воронке 1. Оба шнека 5 и 6 снабжены спиралеобразными лопастями. В днище камеры смешения 4 выполнено окно 8 для выпуска изготовленного ВВ, а в боковой стенке камеры вмонтирован патрубок 9 для подачи в камеру смешения 4 дизельного топлива. Тарельчатый ротор 7 выполнен конусным и установлен в приемной воронке 1 с образованием кольцевого зазора 10, соединяющего полость приемной воронки 1 с камерой смешения 4. Дополнительно устройство оборудовано скиповым подъемником со скипом 11 для помещения в нем отдозированных порций сыпучих компонентов аммиачной селитры 12 и алюминиевого порошка 13. Система рыхлителей выполнена в виде треугольных пластин 14, 15 и 16 на фиг.2 и 3 и 17, 18 и 19 на фиг.4 и 5, расположенных радиально и закрепленных под прямым углом и острием вверх на поверхности тарельчатого ротора 7 и стенках приемной воронки 1. На стенках приемной воронки 1 треугольные пластины 17, 18 и 19 расположены в несколько рядов, но не менее трех, по высоте. При этом один ряд пластин 19 смонтирован на цилиндрической части 3 воронки 1, а другие 17 и 18 на ее конической части 2. На тарельчатом роторе 7 пластины 14, 15 и 16 закреплены в несколько рядов, но не менее трех, по концентрическим окружностям относительно оси вращения ротора 7. При этом в рядах пластины расположены в шахматном порядке относительно друг друга. Аммиачная селитра 12 вследствие слеживания содержит в общей массе крупные неразрыхленные куски 20 (фиг.5). Траектории движения АС 12 и АП 13 представлены поз.А на фиг.3.

Устройство работает следующим образом. В скип 11 помещают дозу частично слежавшейся АС 12 и дозу просеянного АП 13. Скип 11 поднимают и выгружают в приемную воронку 1, как это показано на фиг.5, на вращающийся с большой скоростью тарельчатый ротор 7. Крупные куски АС 20 остаются сверху, а мелкая фракция АП и АС просыпается между пластинами 14, 15и 16 на ротор 7, захватывается этими пластинами и начинает вращаться с такой же скоростью. Пластины 14, 15и 16, которых должно быть не менее трех, т.к. они при вращении выполняют три различных функции, благодаря которым прекращается сепарация АП из сыпучего материала, находящегося в воронке. Пластины первого ряда 14 являются направляющими. Они направляют движение мелкой фракции АП и АС в радиальном направлении от оси вращения к воронке 1. При этом сыпучий материал разгоняется и под действием центробежных сил перемещается в зону действия пластин второго ряда 15. Пластины 15 являются усредняющими. За счет шахматного порядка расположения пластин 15 относительно пластин 14и16 сыпучий материал сдвигается по окружности относительно оси вращения, ударяется о пластины 15, движущиеся с большей, чем материал, скоростью, и разделяются на два потока, как это показано на поз.А фиг.3. Далее частицы АП и гранулы АС перемещаются в зону действия пластин 16, которые являются разделяющими. Пластины 16 разгоняют материал до максимальной скорости и направляют его под углом на конусную 2 и цилиндрическую 3 поверхность воронки 1. При этом материал, взаимодействуя с неподвижными пластинами 18 и 19, получает два различных направления перемещения. Большая часть потока сыпучего материала, взаимодействуя с пластинами 18, под углом к направлению движения материала, направляется вверх в зону действия пластин 17. При этом скорость сыпучего материала замедляется до нулевой и действие центробежных сил на материал прекращается. Меньшая часть потока материала, взаимодействуя с пластинами 19, расположенными на цилиндрической части 3 приемной воронки 1, замедляет движение и просыпается в камеру смешения 4. По этому пути происходит постепенный отбор смеси АП и АС из воронки 1 в камеру 4. Таким образом на внутренней поверхности приемной воронки должно быть не менее трех рядов пластин, при этом один ряд должен быть расположен на горловине воронки. Одновременно с вышеописанным процессом крупные куски АС 20 оседают вниз и дробятся под действием вращающихся пластин 14, 15 и 16 и неподвижных пластин 17, 18 и 19, острия которых направлены в сторону кусков АС 20. Разрыхленная АС захватывается пластинами 14, формирующими поток радиального перемещения сыпучего материала, и вводится в зону действия пластин 15 и 16, а на место разрыхленной АС перемещается мелкая фракция АП и АС, поднявшаяся снизу вверх по поверхности конусной части 2, скорость которой под действием пластин 17 и 18 замедлилась до нулевой. Благодаря прекращению действия центробежных сил на мелкую фракцию она получает возможность радиального перемещения от воронки 1 к оси вращения ротора 7. Далее направление движения замыкается. Сыпучий материал, состоящий из АС и АП, перемещается по оси вращения ротора 7 вниз, захватывается направляющими пластинами 14, ускоряется и выбрасывается в зону действия усредняющих пластин 15. Здесь смесь активно перемешивается и, попадая в зону действия разделяющих пластин 16, разделяется на два потока. Одна часть смеси перемещается вверх, а другая часть от взаимодействия с пластинами 19, устанавливаемыми на цилиндрической части 3 воронки 1, резко замедляется и просыпается под собственным весом в камеру смешения 4. Таким образом, одновременно с качественным и интенсивным дроблением кусков АС 20 в воронке 1 создается сложное торообразное движение, совершаемое с различной скоростью. От оси вращения ротора 7 радиально в стороны с ускорением, затем вверх по конусной части воронки 1 с замедлением, а затем к оси вращения, вниз и вновь радиально в стороны с ускорением. И одновременно совершается вращение всего торообразного кольца из материала вокруг оси вращения ротора 7. Причем верхний слой торообразного кольца и его нижний слой, контактирующий с пластинами ротора 7, вращаются с разными скоростями. При этом вся мелкая фракция, состоящая первоначально преимущественно из АП, вовлекается в это движение, что препятствует ее произвольному выделению из воронки 1 в камеру смешения 4. Одновременно при разгоне нижнего слоя из АП и АС совершается их активное смешение между собой за счет шахматного порядка расположения пластин на роторе 7 относительно друг друга. Такое многократное перемещение по вертикали со смешением компонентов по горизонтали позволяет быстро и равномерно перемешать их между собой, а после просыпания смеси в камеру 4 и подачи в нее дозы ДТ быстро связать равномерно распределенные компоненты АП и АС между собой за счет пропитывания гранул АС дизельным топливом и проявлением при этом сил адгезии, прикрепляющих к каждой грануле АС расчетное количество частиц АП. Готовое ВВ выгружается из камеры смешения 4 через разгрузочное окно 8.

Перемешивание сухих компонентов между собой непосредственно в процессе дробления кусков АС и равномерное распределение АП в АС до момента добавления к смеси ДТ и проявления сил адгезии между частицами АП и гранулами АС позволяет значительно сократить общую продолжительность перемешивания трех компонентов в камере смешения 4. Это устраняет истирание гранул АС и образование истертой в порошок части АС, связанной с избыточным количеством твердого горючего. Устраняется возможность образования обедненных и обогащенных микродоз в общей массе ВВ, несбалансированных по расчетному соотношению горючего к окислителю. При этом производительность приготовления ВВ повышается до 2-3 т/ч, что повышает рентабельность устройства и снижает затраты на приготовление ВВ. По сравнению с прототипом - устройством УИ-2 цикличного действия повышение качества приготавливаемых ВВ и повышение производительности приготовления взрывчатой смеси резко расширяют область применения подобных ВВ за счет использования их на подземных работах, отличающихся жесткими условиями к применяемым составам ВВ. Таким образом, получаемые непосредственно на местах производства взрывных работ с помощью предлагаемой установки взрывчатые вещества могут заменить все типы промышленных ВВ, применяемых как на открытых, так и на подземных работах.

В условиях резкого повышения цен на промышленные ВВ местное их изготовление предлагаемым устройством из более дешевых компонентов ВВ позволяет получить значительный экономическийк