загрузочное устройство

Формула изобретения

Загрузочное устройство, содержащее конический корпус с разгрузочным отверстием и расположенный под ним цилиндрический перепускной канал, отличающееся тем, что оно снабжено установленным на выходе цилиндрического перепускного канала соосно с ним конически сходящимся насадком, диаметр выпускного отверстия которого составляет 0,50,8 диаметра разгрузочного отверстия конического корпуса, при этом оба указанных отверстия оборудованы затворами, а высоту Н цилиндрического перепускного канала определяют из выражения

где D - диаметр разгрузочного отверстия конического корпуса, см;

d - диаметр выпускного отверстия конически сходящегося насадка, см;

- угол конуса указанного насадка, град.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для гравитационной загрузки сыпучих материалов в емкости и аппараты, формирования насыпей из таких материалов и может найти применение в строительной, горной, химической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для распределения сыпучего материала в бункерах (см. а. с. CСCP 1756858, кл. В 65 D 88/64, опубл. в БИ 20, 1992 г.), содержащее смонтированный на вертикальной оси конусный перфорированный рассекатель и охватывающую его основание цилиндрическую обечайку с чередующимися выступами и вырезами. При этом устройство смонтировано на вертикальной оси посредством подшипниковой опоры с возможностью вращения от потока материала и снабжено лопатками, укрепленными на выступах обечайки по касательной к ее цилиндрической поверхности.

Данное устройство позволяет достаточно равномерно распределить поток загружаемого в бункер сыпучего материала по площади его горизонтального сечения и, следовательно, обеспечить высокую плотность формируемого массива и предотвратить сегрегацию материала в нем. Однако оно сложно по конструкции, что ограничивает возможности его применения.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту является загрузочное устройство в виде воронки - воронки Форстмана (см. а.с. СССР 1004212, кл. В 65 D 88/64, опубл. в БИ 10, 1983 г.), содержащей корпус, нижняя часть которого выполнена конусной, и расположенный под ним цилиндрический канал. При этом ось цилиндрического канала смещена относительно оси конусной части на расстояние 0,35-0,5 диаметра канала.

Достоинствами такого устройства являются простота конструкции и автономность. Однако оно обеспечивает истечение сыпучего материала только прямолинейным потоком (струей) с поперечным сечением, равный сечению разгрузочного отверстия воронки. При загрузке сыпучего материала последний подается на ограниченный участок подлежащей загрузке площади, плотность формирующегося массива минимальна, а материал в нем подвержен сегрегации.

Технической задачей, решаемой предлагаемым устройством, является расширение его функциональных возможностей (формирование кроме прямолинейного потока также конически расходящегося) за счет обеспечения равномерного распределения частиц сыпучего материала по площади загрузки.

Она решается за счет того, что загрузочное устройство, содержащее конический корпус с разгрузочным отверстием и расположенный под ним цилиндрический перепускной канал, согласно предлагаемому техническому решению, снабжено установленным на выходе цилиндрического перепускного канала соосно с ним конически сходящимся насадком, диаметр выпускного отверстия которого составляет 0,5-0,8 диаметра разгрузочного отверстия конического корпуса, при этом оба указанных отверстия оборудованы затворами, а высоту Н цилиндрического перепускного канала определяют из выражения



где D - диаметр разгрузочного отверстия конического корпуса, см;

d - диаметр выпускного отверстия конически сходящегося насадка, см;

- угол конуса указанного насадка, град.

Такое выполнение устройства позволяет сформировать на выходе из него либо прямолинейный поток сыпучего материала с поперечным сечением, равным сечению выпускного отверстия конически сходящегося насадка, либо поток, конически расходящийся от этого отверстия.

Поток той или другой геометрии формируется в зависимости от начальных условий, при которых инициируется истечение сыпучего материала.

В случае, если сыпучий материал подается в конический корпус устройства при открытом разгрузочном отверстии (режим "а"), он заполняет полости конически сходящегося насадка и цилиндрического перепускного канала, и в этих условиях последующее открытие выпускного отверстия указанного насадка приводит к нормальному истечению сыпучего материала прямолинейным потоком (независимо от диаметра d выпускного отверстия и высоты Н цилиндрического перепускного канала). При этом, поскольку площадь поперечного сечения потока составляет, как правило, лишь незначительную часть подлежащей загрузке площади, формируемый массив сыпучего материала развивается в виде конической насыпи. Известные деформационные процессы, реализующиеся в такой насыпи, и скатывание к ее основанию более крупных частиц обусловливают низкую плотность массива и сегрегацию материала в нем.

Если же сыпучий материал подается в конический корпус устройства при перекрытом затвором разгрузочном отверстии (режим "б"), то при последующем открытии затвора прямолинейный поток истекающего из этого корпуса сыпучего материала после ускорения в цилиндрическом перепускном канале и взаимодействия с конически сходящимся насадком трансформируется при выходе из выпускного отверстия последнего в конически расходящийся поток. Работа устройства в таком режиме возможна лишь при равенстве расхода сыпучего материала через выпускное отверстие указанного насадка его расходу через большее по размеру разгрузочное отверстие конического корпуса. Это условие выполняется при высоте Н перепускного канала. которую определяют из выражения



где D - диаметр разгрузочного отверстия конического корпуса, см;

d - диаметр выпускного отверстия конически сходящегося насадка, см;

- угол конуса указанного насадка, град.

Кроме того, как показали анализ процессов взаимодействия потока частиц сыпучего материала с конически сходящимся насадком и проведенные исследования, для обеспечения равномерного углового распределения частиц сыпучего материала в расходящемся потоке, а следовательно, и их равномерного распределения по площади загрузки, необходимо соблюдение определенного соотношения диаметров указанных выпускного и разгрузочного отверстий, а именно - диаметр первого должен составлять 0,50,8 диаметра второго.

Равномерное распределение частиц сыпучего материала по площади загрузки обеспечивает, как известно, формирование массива высокой плотности, материал в котором не подвержен сегрегации.

Таким образом, предлагаемое загрузочное устройство позволяет формировать массив сыпучего материала не только рыхлой, неоднородной структуры - при работе в режиме "а", но и плотной, однородной структуры - при работе в режиме "б", что расширяет функциональные возможности его применения.

Сущность технического решения иллюстрируется примерами конкретного исполнения и чертежами, где на:

фиг.1 изображено устройство перед работой в режиме "а";

фиг.2 - то же, при работе в режиме "а";

фиг.3 изображено устройство перед работой в режиме "б";

фиг.4 - то же, при работе в режиме "б".

Загрузочное устройство (фиг.1) содержит конический корпус 1 (далее корпус 1) с разгрузочным отверстием 2 и расположенный под ним цилиндрический перепускной канал 3 (далее перепускной канал 3). На выходе последнего соосно с ним установлен конически сходящийся насадок 4 (далее насадок 4), диаметр выпускного отверстия 5 которого меньше диаметра разгрузочного отверстия 2 и составляет 0,50,8 от величины последнего. Отверстия 2 и 5 оборудованы затворами 6 и 7 соответственно.

Высоту Н перепускного канала 3 определяют из выражения



где D - диаметр разгрузочного отверстия корпуса 1, см;

d - диаметр выпускного отверстия насадка 4, см;

- угол конуса указанного насадка 4, градус.

Устройство может работать в двух режимах:

а) с истечением сыпучего материала прямолинейным потоком;

б) с истечением сыпучего материала конически расходящимся потоком.

Работа устройства в режиме "а" осуществляется следующим образом.

Перекрывают затвором 7 выпускное отверстие 5 и при открытом затворе 6 подают в корпус 1 устройства сыпучий материал (фиг.1). Последний, пройдя через разгрузочное отверстие 2, последовательно заполняет полости насадка 4 и перепускного канала 3, а посло этого - полость корпуса 1. Затем открывают затвор 7 (фиг.2), инициируя этим гравитационное истечение сыпучего материала через выпускное отверстие 5. Истечение в этих условиях развивается по известной схеме: в слое сыпучего материала над отверстием 5 формируется динамический свод высотой порядка диаметра этого отверстия, с контура которого последовательно выпадают частицы сыпучего материала и под собственным весом движутся вниз по вертикальным траекториям. В результате на выходе устройства формируется прямолинейный поток частиц сыпучего материала с поперечным сечением, равным сечению выпускного отверстия 5.

Расход сыпучего материала из системы "насадок - перепускной канал" через выпускное отверстие 5 непрерывно восполняется его поступлением сверху через большее по размеру разгрузочное отверстие 2. Поэтому работа устройства в режиме "а" будет продолжаться до тех пор, пока не иссякнет сыпучий материал в корпусе 1, и более того, пока высота слоя сыпучего материала над выпускным отверстием 5 не станет меньше диаметра последнего.

Работа устройства в режиме "б" осуществляется следующим образом.

Перекрывают затвором 6 разгрузочное отверстие 2 и при открытом затворе 7 подают в корпус 1 устройства сыпучий материал (фиг.3). Последний заполняет только полость корпуса 1, отделенные же от него затвором 6 насадок 4 и перепускной канал 5 остаются порожними. Затем открывают затвор 6, инициируя этим гравитационное истечение сыпучего материала через разгрузочное отверстие 2 в перепускной канал 3 (фиг.4).

В перепускном канале 5 из поступающих сюда сверху и свободно падающих вниз частиц сыпучего материала формируется прямолинейный поток с поперечным сечением, равным сечению разгрузочного отверстия 2. Скорости частиц сыпучего материала в потоке растут с увеличением расстояния между ними и отверстием 2 по известному закону. Параллельно с ростом скоростей последовательно вовлекаемых в движение частиц сыпучего материала растут и промежутки между ними, т.е. снижается плотность потока.

По прохождении перепускного канала 3 головная часть потока с набранной вертикальной скоростью, зависящей от высоты Н этого канала, и соответствующей плотностью распределения частиц в ней входит в насадок 4. После косого удара о его коническую поверхность частицы сыпучего материала отражаются от нее и отклоняются к оси потока. Двигаясь теперь по встречным направлениям, часть этих частиц на пути к выпускному отверстию 5 соударяется друг с другом и с попадающими в створ этого отверстия 5 осевыми частицами, другие претерпевают повторные удары о коническую поверхность насадка 4, третьи беспрепятственно достигают выпускного отверстия 5. В результате такого стохастического процесса силового взаимодействия с насадком 4 и между собой частицы сыпучего материала входят в выпускное отверстие 5 со скоростями, направление которых меняется в широком угловом интервале, несколько выходящим (в силу упругого характера ударов) за пределы угла конуса насадка 4. Поэтому и с выходом из этого отверстия 5 они разлетаются и рассеиваются в том же угловом интервале. И таким образом на выходе устройства формируется конически расходящийся от выпускного отверстия 5 поток указанных частиц с углом расширения, близким углу конуса насадка 4.

Высоту Н перепускного канала 3, при которой обеспечивается работа устройства в данном режиме, определяют из выражения



где D - диаметр разгрузочного отверстия корпуса 1, см;

d - диаметр выпускного отверстия насадка 4, см;

- угол конуса указанного насадка 4, град.

При высоте Н менее указанной скорости частиц в сечении выпускного отверстия 5 оказываются недостаточными для обеспечения расхода сыпучего материала через него, равного его расходу через большее по размеру разгрузочное отверстие 2. В результате полость над отверстием 5 наполняется сыпучим материалом и устройство переключается на работу в режиме "а". С увеличением же высоты Н перепускного канала 3 сверх минимально допустимой растут скорости вылета частиц сыпучего материала из выпускного отверстия 5 и, следовательно, возрастает горизонтальная дальность их полета, и значит, площадь загрузки.

Из анализа процессов взаимодействия частиц сыпучего материала на выходе устройства и результатов исследований следует, что угловое распределение частиц сыпучего материала в расходящемся потоке зависит от соотношения диаметров выпускного 5 и разгрузочного 2 отверстий. Равномерное угловое распределение указанных частиц в таком потоке, а значит, и их равномерное распределение по площади загрузки обеспечивается при отношении этих диаметров d/D, равном 0,50,8. При значениях этого отношения, больших указанного, возрастает плотность центральной части потока, при меньших - периферийной.

Устройство может не только работать в одном или другом из рассмотренных режимов, но и легко переключаться с одного режима работы на другой. Для переключения с режима "а" на режим "б" достаточно закрыть затвор 6 и после истечения сыпучего материала из перепускного канала 3 и насадка 4 вновь открыть его. Для переключения же с режима "б" на режим "а" достаточно закрыть затвор 7 и после заполнения поступающим сверху сыпучим материалом полости над ним на высоту не менее диаметра выпускного отверстия 5 вновь открыть его.

Как показывают испытания, плотность массива сыпучего материала, сформированного при работе устройства в режиме "б", на 15-20% выше, чем в сформированном при работе в режиме "а", и приближается к значениям, которые достигаются при механическом уплотнении таких материалов. Кроме того, при работе в режиме "б" не имеет места сегрегация сыпучего материала, благодаря чему формируется массив однородной структуры.