Состояние вопроса об устройствах подачи зернистых материалов в зону высокого давления

Состояние вопроса об устройствах подачи зернистых материалов в зону высокого давления

Нгуен Ван Хоан, М.А. Бондаренко

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет

Раскрыто и описано понятие дозатора, дана классификация и распределение дозаторов по различным функциональным особенностям. Был проведен анализ существующих аналогов устройств подачи материала и выявлены основные недостатки в уже известных конструкциях. В заключение работы были предложены идеи, полученные в ходе анализа основных недостатков уже известных устройств. Новые предложенные идеи помогут разработать конструкцию устройства для подачи материала в зону высокого давления, которое обеспечит надежную, бесперебойную работу промышленной установки.

Дозатор – устройство для подачи жидких и сыпучих материалов в рабочие камеры различных машин и аппаратов. Дозатором в промышленности называют устройство, позволяющее отмерять для технологических нужд определенное, заранее заданное количество материала.

Дозаторы широко применяют в энергетике, обогащении, металлургической, химической, пищевой, фармацевтической и отраслях промышленности, при производстве строительных материалов и т.д.

Одно- и многокомпонентные дозаторы обеспечивают выдачу дозы одного или нескольких продуктов одному или разным потребителям.

Дозаторы соотношения изменяют количество компонентов в заданном соотношении с изменяющимся количеством других дозируемых компонентов.

Программные дозаторы дозируют вещества в заданной временной или логической последовательности.

По точности дозирования объемные дозаторы сыпучих материалов, например инертных заполнителей, уступают весовым. Это связано с вариативностью гранулометрического состава, способов и степени интенсивности загрузки, степени самоуплотнения материалов и т.п. Применение объемных дозаторов в данном случае желательно только для одного вида заполнителей, желательно одного и того же происхождения (одного карьера, одного производителя и т.д.).

По принципу подачи материала подающие устройства жидких и сыпучих материалов можно разделить на непрерывные и дискретные дозаторы.

Принцип непрерывной подачи метериала позволяет добиться более точного дозирования и более равномерного смешивания компонентов и поэтому представляется более предпочтительным. К сожалению, серьезным недостатком непрерывных дозаторов – конвейерных и шнековых – является их громоздкость, наличие механического привода и движущихся частей.

Сложный механизм невозможно эксплуатировать при высоких температурах или в агрессивной среде, а абразивный характер материала серьезно уменьшает срок службы дозатора и делает более дорогой его эксплуатацию. Дискретные дозаторы хотя и являются менее прецизионными, однако имеют гораздо более простую конструкцию, проще обслуживаются и надежно работают при высоких температурах и в агрессивных средах.

В зависимости от требований технологического процесса применяют однокомпонентные дозаторы для порционного и непрерывного дозирования одного материала или многокомпонентные дозаторы для порционного и непрерывного дозирования нескольких сыпучих материалов или жидкостей.

Регулирование подачи в дозаторах может обеспечиваться изменением частоты вращения рабочего органа, длины или объема мерной емкости рабочего органа, количества мерных емкостей, длительности дозирования, поперечного сечения слоя материала, скорости движения материалоносителя, смещением противовеса, положением уровнемера и комбинированием нескольких методов.

Дозаторы любого типа должны удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать выдачу заданного количества материала (дозы) с отклонением от заданной точности дозирования не выше допустимого. Кроме того, дозирующие устройства должны иметь возможность регулирования дозы в заданных пределах и взятия проб для контроля точности дозирования и производительности. Рабочая зона дозатора должна быть легкодоступна для очистки его от остатков материала. Конструкция рабочих органов должна учитывать физико-механические свойства дозируемого материала.

Следовательно, существующие типы дозатора, которые могут подавать и дозировать жидкий и сыпучий материал в рабочие камеры являются очень разнообразными. Применение дозаторов позволяет экономично расходовать сырьё, сократить потери материалов, расширить поточное производство, исключить многие трудоёмкие процессы, а также улучшить условия труда.

Ниже авторы представили ряд устройств для подачи сыпучих и жидких материалов в рабочие камеры, найденные по источникам патентной информации:

1. Патент Российской Федерации «Устройство отбора и подачи сыпучих материалов». Для подачи сыпучих материалов в рабочие камеры автор применяет дозатор в виде шнековых механизмов. Целью этого изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик шнековых механизмов отбора и подачи сыпучих материалов путем расширения области их возможного использования, упрощения процесса их переналадки и ремонта [1]. Цель достигается тем, что шнековое устройство выполнено в виде отдельного механизма, включающего гибкий шнековый рукав с узлами разъемного крепления к бункеру и приемнику, при этом узел крепления к бункеру выполнен в виде отрезка жесткой трубы с вырезом сверху и продольной боковой шпонкой, а узел крепления к приемнику выполнен в виде отрезка жесткой трубы с наружными шлицами.

Недостатком устройства, с учетом замечания, является жесткое неразъемное крепление шнековых механизмов к бункеру и приемнику, не позволяющее использовать их в сочетании с другим бункером или другим приемником, что сужает область их использования, затрудняет ремонт и переналадку и ограничивает эксплуатационных характеристики устройства в целом [1].

2. Патент Российской Федерации «Аппарат для обработки зернистого материала жидкостью». В патенте описан дозатор в виде цилиндра с камерой, установленный в цилиндрическом отверстии корпуса камеры с возможностью осевого перемещения на кольцевых эластичных уплотнениях, размещенных на цилиндрическом корпусе дозатора и в отверстии корпуса рабочей камеры и имеющих возможность качения (перекатывания) при движении дозатора. Для исключения непроизводительных потерь времени, обеспечения идентичности вакуумных условий используют различные устройства для сыпучих материалов в рабочий объем без нарушения вакуума. Все эти устройства можно разделить на три группы:

1) магазинно – бункерные,

2) шлюзовые;

3) комбинированные.

Рис. 1

На рис.1 показано магазинно-бункерное устройство 1 с загруженными в них материалами или изделиями 2, которые применяют в установках периодического действия и размещают непостредственно в рабочей камере установки 4. Загрузку и выгрузку магазинов и бункеров выполняют после разгерметизации камеры. Из устройств 1 изделия 2 периодически поступают на рабочую позицию 3 для проведения технологических процессов. После обработки изделия транспортируются в приемный магазин 5 или бункер [7].

Применение таких устройств практически не усложняет конструкцию вакуумных систем и позволяет предварительно прогревать материалы для их обезгаживания в процессе первоначальной откачки рабочей камеры. Основной недостаток магазинно-бункерных устройств – их ограниченная вместимость.

Шлюзовые загрузочные устройства представляют собой совокупность средств герметизации, транспортирования и откачки, обеспечивающих подачу сыпучих материалов из области с атмосферным давлением в рабочую вакуумную камеру и обратно без напуска газов в рабочие камеры.

Шлюзовые загрузочные устройства с одной шлюзовой загрузочно-выгрузочной камерой показаны на рис. 2. При закрытом откачном патрубке с клапаном 6 шлюзовую камеру 2 заполняют воздухом до атмосферного давления, а затем открывают крышку 1 и вводят в шлюзовую камеру изделие 7, после чего крышку закрывают. Далее, через клапан 6 откачивают воздух из шлюзовой камеры до давления, равного или близкого к давлению в рабочей камере 4. Затем открывают затвор 3 и через его проходное отверстие транспортируют изделие в рабочую камеру на позицию обработки 5. Обработанное изделие выгружают из рабочей камеры в обратной последовательности [7].

Рис. 2

Недостаток таких устройств – частые повреждения уплотнителей из-за постоянного трения и попадания твердых частиц.

Комбинированные загрузочные системы – это сочетание шлюзовых и магазинно-бункерных устройств.

Эти устройства имеют следующие недостатки: материал дозируется с помощью съемного расходного бункера, что приводит к нарушению вакуума и усложняет систему вакуумных уплотнений, при работе устройства возможны попадания частиц материала в на поверхность вакуумных уплотнений.

Таким образом, общими признаками предлагаемых настоящих устройств является невысокая надежность при загрузке и выгрузке материала в зону высокого давления. Одним и путей решения устранения выявленных недостатков является изменение конструкции дозатора. Новая конструкция должна учитывать недостатки предшествующих. Для обеспечения непрерывности процесса загрузки и выгрузки необходимо автоматизировать работу дозатора и сделать ее управляемой. Дозатор непрерывного действия должен выпускает материал из емкости с заданной постоянной производительностью, независимо от изменения объемной массы, влажности и других характеристик материала.

Обеспечить герметичность установки можно благодаря использованию новейших современных конструкции из эластичных оболочных материалов. Применение эластичных оболочек во многом будет упрощать конструкцию дозатора, а так же обеспечивать герметичность конструкции.

Дозирование материала очень важно на производствах, ведь от точности дозирования зависит конечный результат и качество изготавливаемой продукции. Широкое применение автоматизированных дозаторов в промышленности дает возможность сделать непрерывным процесс подачи материала, это позволяет в разы увеличить производительность технологических процессов. Использование дозаторов возможно как полностью самостоятельных агрегатов, так и в совокупности с другими устройствами, решающими задачу сложного многокомпонентного дозирования в различных технологических процессах.

Список литературы

1. Пат. № 382329, Российская Федерация. Устройство загрузки и выгрузки камер высокого давления / Л.Ф. Верещагин, А.П. Новиков, М.С. Пивоваров, И.П. Коломиец, Ю.А. Марсель, Ю.М. Хитров, В.В. Гвоздев, К.Х. Бибаев, Ю.С. Сафонов, А.Д. Максимов, А.А. Дмитриева, Н.И. Ласская, В.В. Ручкина, Ф.П. Каляев. Опубл. 10.04.2000.

2. Пат. № 2090473, Российская Федерация. Устройство отбора и подачи сыпучих материалов / М.Н.Романов, Н.И. Романов. Опубл. 20.09.1997.

3. Пат. № 2048887, Российская Федерация. Устройство для обработки зернистого материала текучей средой / В.В. Шишкин. Опубл. 27.11.1995.

4. Пат. № 2117255, Российская Федерация. Загрузочно-дозировочное устройство вакуумных установок / И.Л. Андриасян. Опубл.10.08.1998.

5. Пат. № 2206382, Российская Федерация, Устройство для контейнерного шлюзования разнообразных веществ в зоны высщкого давления / Л.Н. Максимов. Опубл. 20.06.2003.

6. Дозирование литейных материалов / Врублевский В.И. [и др.]. Киев: Наукова думка, 1973, 191 с.

7. Вакуумная техника / Фролов Е.С. [и др.]. М.: Машиностроение, 1992. 480 с.

8. Ведищев С.М. Совершенствование процесса дозирования кормов // С.М. Ведищев, А.В. Прохоров: материалы Х научной конференции. Тамбов: Изд-во Тамб. ГТУ, 2005. С. 175 – 176.

9. Видинеев Ю.Д. Автоматическое непрерывное дозирование сыпучих материалов 2-е изд.