способ нормирования расхода порошкового материала в транспортной магистрали и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ нормирования расхода порошкового материала в транспортной магистрали, включающий вибрацию порошкового материала в изолированной от атмосферы засыпной емкости, формирование взвеси из порошкового материала и транспортирующего газа в этой емкости и подачу взвеси в транспортную магистраль, отличающийся тем, что взвесь формируют аэрацией порошкового материала транспортирующим газом в выделенном просыпной сеткой объеме нижней части засыпной емкости и подают в транспортную магистраль через жиклер, расход порошкового материала регулируют изменением давления транспортирующего газа в засыпной емкости или заменой на жиклер с другой площадью проходного сечения, а прекращают процесс подачи взвеси в транспортную магистраль сбросом давления транспортирующего газа из засыпной емкости в транспортную магистраль.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вибрацию осуществляют с изменяемой частотой и/или амплитудой.

3. Устройство для реализации способа по п.1, включающее вертикальный корпус с конической нижней частью, образующий засыпную емкость с засыпным и выпускным отверстиями и патрубком для подвода газа, регулятор давления транспортирующего газа, транспортную магистраль, соединенную с выпускным отверстием, второй патрубок для подачи газа в зону аэрации порошкового материала, отличающееся тем, что устройство включает канал с запорным клапаном, соединяющий патрубок для подвода газа с транспортной магистралью, просыпную сетку, образующую зону аэрации порошкового материала в нижней части засыпной емкости с выпускным отверстием, корпус с отверстиями, отделяющий зону аэрации от верхней части засыпной емкости с засыпным отверстием, вибратор, расположенный в его нижней части, и подвижный узел крепления верхней части корпуса.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что регулятор давления выполнен в виде последовательно соединенных редуктора и запорного клапана.

5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что выпускное отверстие оснащено жиклером.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что вибратор выполнен в виде кольцевого коллектора с внутренним каналом и размещенным внутри него шариком, с тангенциальным каналом для подачи сжатого газа и с выпускным каналом сброса сжатого газа.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что засыпное отверстие выполнено в виде штуцера.

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что подвижный узел крепления выполнен в виде карданной передачи.

9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что подвижный узел крепления выполнен в виде пружинной растяжки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области создания систем нормирования расхода пневматически транспортируемых порошковых материалов различной сыпучести в зону потребления при различных давлениях окружающей среды. Оно может быть использовано в различных отраслях производства, где необходимо подавать порошковый материал с необходимым расходом и составом, например, в машиностроительной, металлургической, домостроительной, мукомольной отраслях промышленности, в частности, в устройствах нанесения покрытий из порошковых материалов различного химического и гранулометрического состава. Кроме того, устройство может эксплуатироваться в условиях повышенной взрыво- и пожароопасности.

Известен способ импульсного дозирования порошка, описанный в источнике информации “Способ импульсного дозирования порошка и устройство для его осуществления” /Патент РФ №2044575, В 05 В 7/20/, включающий циклическую подачу транспортирующего газа в изолированное от атмосферы дозирующее устройство, формирование газопорошковой взвеси и подачу этой взвеси в ствол детонационной установки, подачу транспортирующего газа к напыляемому порошку осуществляют из ограниченного объема высокого давления, заполнение которого ведут со скоростью, равной частоте появления искры поджига, в качестве транспортирующего газа используют продукты горения детонирующей смеси, давление транспортирующего газа в ограниченном объеме высокого давления фиксируют в пределах 0,01-0,6 МПа.

К недостаткам известного способа следует отнести ограниченное использование способа и устройства ввиду импульсной с небольшими расходами подачи порошкового материала в зону потребления, использование только хорошо сыпучих порошковых материалов, отсутствие регулирования и контроля просыпаемого материала в бункер подачи порошка к потребителю, использование продуктов сгорания в качестве транспортирующего газа приводит к химическому взаимодействию его с частицами материала порошка и невозможности использования во взрывоопасных помещениях, необходимость регулирования путем предварительного подбора технологического режима, неэффективное использование порошкового материала после остановки устройства.

Известен способ пневматического транспортирования сыпучих материалов, выбранный в качестве прототипа и описанный в авторском свидетельстве СССР 515702, B 65 G 53/04, характеризующийся тем, что при формировании взвеси из порошкового материала и транспортирующего газа в изолированной от атмосферы засыпной емкости порошковый материал в засыпной емкости подвергают вибрации и взвесь подают в транспортную магистраль.

К основному недостатку известного способа следует отнести то, что данный способ не применим к металлическим порошкам с гранулометрическим составом меньше 63 мкм, т.к. невозможно течение газа между частицами порошка в засыпной емкости во всем объеме из-за уплотнения порошка под давлением.

Известен “Бункер-дозатор для сыпучих материалов”, описанный в патенте РФ №2044680, B 65 D 88/72, содержащий вертикальный корпус с конической нижней частью и выпускным отверстием, коллектор с отверстиями и подводящий воздух патрубок, многосекционный лопастный ротор, кожух, образующий с корпусом ресивер, и регулятор, установленный на подводящем патрубке, запорный клапан, дополнительный клапан, соединяющий коллектор с ресивером, при этом коллектор представляет собой соединенные между собой верхний и нижний трубопроводы, а запорные клапаны соединены между собой через полость ресивера.

К недостаткам известного устройства следует отнести достаточную сложность конструкции и габаритные размеры, отсутствие регулировки расхода порошкового материала, необходимость применения хорошо сыпучих порошковых материалов, уменьшение расхода порошка по мере опорожнения внутренней полости дозатора ввиду падения давления в ресивере, невозможность прекращения подачи порошка в любом временном интервале, необходимость полного опорожнения дозатора.

Известна пневмотранспортная установка, выбранная в качестве прототипа и описанная в авторском свидетельстве СССР 498238, B 65 G 53/04, включающая "вертикальный корпус с конической нижней частью, образующий засыпную емкость с засыпным и выпускным отверстиями и патрубком для подвода газа, регулятор давления транспортирующего газа, транспортную магистраль, соединенную с выпускным отверстием, второй патрубок для подачи газа в зону аэрации порошкового материала.

К основному недостатку известного устройства следует отнести то, что данное устройство не применимо для транспортировки мелкодисперсных, подверженных комкованию и слеживанию порошков, в частности металлических порошков с гранулометрическим составом меньше 63 мкм. Проведенные эксперименты показали, что использование известного устройства приводит к образованию свища в порошке.

Решаемая изобретением техническая задача заключалась в создании способа нормирования расхода порошкового материала при его непрерывной подаче в транспортную магистраль, который бы практически не зависел от сыпучести порошкового материала, в частности его гранулометрического состава и химической активности, который позволял бы контролировать гранулометрический состав порошкового материала, который можно было бы использовать в пожаро- и взрывоопасных помещениях и который позволял бы практически мгновенно прерывать подачу порошкового материала в транспортную магистраль, а также в создании устройства, реализующего способ.

Сущность изобретения состоит в следующем. Предложен способ нормирования расхода порошкового материала в транспортной магистрали, включающий вибрацию порошкового материала в изолированной от атмосферы засыпной емкости, формирование взвеси из порошкового материала и транспортирующего газа в этой емкости и подачу взвеси в транспортную магистраль. Отличительной особенностью способа нормирования расхода является то, что взвесь формируют аэрацией порошкового материала транспортирующим газом в выделенном просыпной сеткой объеме нижней части засыпной емкости и подают в транспортную магистраль через жиклер, расход порошкового материала регулируют изменением давления транспортирующего газа в засыпной емкости или заменой на жиклер с другой площадью проходного сечения, а прекращают процесс подачи взвеси в транспортную магистраль сбросом давления транспортирующего газа из засыпной емкости в транспортную магистраль.

Дополнительно предлагается вибрацию осуществлять с изменяемой частотой и/или амплитудой.

Вибрация порошкового материала позволяет улучшить процесс образования газопорошковой взвеси, а наличие возможности смены жиклеров с различными проходными сечениями и возможности изменения давления транспортирующего газа в засыпной емкости позволяет регулировать расход порошкового материала.

При этом аэрация в нижней части засыпной емкости, содержащей отверстие подачи порошкового материала в транспортную магистраль, и вибрация с изменяемой частотой и амплитудой в зависимости от сыпучести и гранулометрического состава порошка позволяют улучшить процесс образования газопорошковой взвеси и ее прохождение через жиклер. Сброс давления транспортирующего газа из засыпной емкости в транспортную магистраль позволяет практически мгновенно уравновешивать давление в засыпной емкости и транспортной магистрали, тем самым прекращая подачу порошкового материала из засыпной емкости в транспортную магистраль.

Проведенные эксперименты показали, что аэрация мелкодисперсного металлического порошкового материала происходит только в объеме зоны аэрации, расположенной под просыпной сеткой, а не во всем объеме засыпной емкости.

Технический результат от реализации способа заключается в создании технологической возможности непрерывной подачи порошков различных материалов, гранулометрического состава, сыпучести и комковатости с необходимым постоянным расходом порошкового материала, быстрым (практически мгновенным) прекращением подачи порошкового материала в транспортную магистраль независимо от опорожнения засыпной емкости, давления газа окружающей среды и в широком диапазоне изменения производительности устройства, реализующего способ. Это позволяет практически мгновенно прекратить подачу порошкового материала “потребителю” через транспортную магистраль, как только “потребитель” получит положенное ему количество (т.е. отведенную ему норму) порошкового материала.

Кроме того, способ позволяет контролировать максимальное значение гранулометрического состава порошкового материала с помощью выбора размеров ячеек просыпной сетки.

Предложено также устройство для реализации способа нормирования расхода порошкового материала в транспортной магистрали, включающее вертикальный корпус с конической нижней частью, образующий засыпную емкость с засыпным и выпускным отверстиями и патрубком для подвода газа, регулятор давления транспортирующего газа, транспортную магистраль, соединенную с выпускным отверстием, второй патрубок для подачи газа в зону аэрации порошкового материала. Отличительные признаки устройства состоят в том, что оно включает канал с запорным клапаном, соединяющий патрубок для подвода газа с транспортной магистралью, просыпную сетку, образующую зону аэрации порошкового материала в нижней части засыпной емкости с выпускным отверстием, корпус с отверстиями, отделяющий зону аэрации от верхней части засыпной емкости с засыпным отверстием, вибратор, распложенный в его нижней части, и подвижный узел крепления верхней части корпуса.

В частности, регулятор давления может быть выполнен в виде последовательно соединенных редуктора и запорного клапана.

В частности, выпускное отверстие может быть оснащено жиклером. В частности, вибратор может быть выполнен в виде кольцевого коллектора с внутренним каналом с шариком внутри, с тангенциальным каналом для подачи сжатого газа и с выпускным каналом сброса сжатого газа.

В частности, засыпное отверстие может быть выполнено в виде штуцера.

В частности, узел крепления может быть выполнен в виде карданной передачи или пружинной растяжки.

Эксперименты показали, что работа способа и реализующего его устройства возможна лишь при условии обязательного совместного наличия патрубка подачи газа в зону аэрации, вмонтированного в перфорированный корпус, сетки просыпа порошка и вибрации засыпной емкости.

В отсутствии патрубка подачи газа в зону аэрации, вмонтированного в перфорированный корпус при заполнении засыпной емкости металлическим порошковым материалом с гранулометрическим составом менее 63 мкм и подаче в нее давления, вся масса металлического порошка давит на его нижний слой, вызывая его прессование. В этом случае при вибрации засыпной емкости не происходит смещение частиц относительно друг друга и течение газа между ними, что приводит к невозможности просыпа порошкового материала через ячейки сетки.

В отсутствии сетки просыпа порошка при подаче давления и вибрации засыпной емкости уплотненный порошок через отверстия перфорированного корпуса просыпается в зону аэрации и заполняет ее полностью. Текущий по патрубку газ не в состоянии аэрировать тяжелые металлические частицы в уплотненном слое в объеме зоны аэрации. Перепад давления между патрубком подачи газа в зону аэрации и транспортной магистралью приводит к образованию сквозного свища в спрессованном объеме порошкового материала, по которому газ, как по каналу, истекает в транспортную магистраль, практически не увлекая за собой частицы порошка.

В отсутствии вибрации засыпной емкости при подаче давления засыпанный в емкость металлический порошок не просыпается через ячейки сетки в зону аэрации, т.к. давление над порошком в засыпной емкости и под сеткой одинаковы и течение взвеси порошка в газе отсутствует.

Канал со вторым запорным клапаном, соединяющий патрубок для подвода газа с транспортной магистралью, позволяет практически мгновенно уравновешивать давление в засыпной емкости и транспортной магистрали, тем самым прекращая подачу порошкового материала из засыпной емкости в транспортную магистраль.

Второй патрубок подачи газа в зону аэрации порошкового материала обеспечивает выравнивание давлений над поверхностным слоем порошкового материала в засыпной емкости питателя и в зоне выпускного отверстия, обеспечивая постоянное течение газа по мере опорожнения емкости питателя, позволяет формировать газопорошковую взвесь и ее подачу в транспортную магистраль через выпускное отверстие, автоматически поддерживать постоянный расход газопорошковой взвеси.

Кроме того, жиклеры с различными проходными сечениями в совокупности с регулятором давления в патрубке для подвода газа позволяют регулировать величину расхода порошкового материала.

Выполнение вибратора в виде кольцевого коллектора с внутренним каналом с шариком внутри, с тангенциальным каналом для подачи сжатого газа и с выпускным каналом сброса сжатого газа делает его надежным и простым в изготовлении и обслуживании, безопасным с точки зрения искрообразования, что позволяет использовать его в пожаро- и взрывоопасных помещениях, в широком диапазоне изменять частоту и амплитуду вибраций.

Технический результат от реализации заявляемого устройства заключается в создании технологической возможности непрерывной подачи порошков различных материалов, гранулометрического состава, сыпучести и комковатости с необходимым постоянным расходом порошкового материала, быстрым (практически мгновенным) прекращением подачи порошкового материала в транспортную магистраль независимо от опорожнения засыпной емкости, давления газа окружающей среды и в широком диапазоне изменения производительности устройства. Это позволяет практически мгновенно прекратить подачу порошкового материала “потребителю” через транспортную магистраль, как только “потребитель” получит положенное ему количество (т.е. отведенную ему норму) порошкового материала.

Кроме того, устройство позволяет контролировать максимальное значение гранулометрического состава порошкового материала.

Отсутствие открытых трущихся поверхностей позволяет использовать устройство во взрыво- и пожароопасных помещениях.

Осуществление предлагаемого способа и работа осуществляющего его устройства поясняется фиг.1, 2, где на фиг.1 представлена общая пневматическая схема устройства, а на фиг.2 - питатель порошковых материалов.

Описываемое устройство (фиг.1) содержит источник давления сжатого газа 1 с запорным клапаном 2, редуктор 3, запорный клапан 4, редуктор 5, вентиль 6 регулирования расхода транспортирующего газа, засыпную емкость 7 питателя порошковых материалов с подвижным узлом крепления 8, вибратор 9, клапан 10 сброса остаточного давления в транспортирующую магистраль 11 взвеси порошковых частиц в газе.

Представленная на фиг.2 засыпная емкость 7 питателя порошковых материалов содержит цилиндрический корпус 12, переходящий в конус, и соединенный с ним вибратор 9. Корпус 12 содержит засыпной штуцер 13, патрубок 14 подачи транспортирующего сжатого газа, патрубок 15 подачи сжатого газа в зону 16 аэрации порошка, перфорированный корпус 17 с отверстиями 18, сетку 19 просыпа порошкового материала, жиклер 20, канал 21 сброса остаточного давления. Вибратор 9 выполнен в виде кольцевого коллектора с внутренним каналом 22, тангенциальным каналом 23 для подачи сжатого газа, выпускным каналом 24 сброса сжатого газа и шарика 25.

Изобретение работает следующим образом.

В засыпную емкость 7 питателя через засыпной штуцер 13 засыпается необходимое количество порошкового материала с гранулометрическим составом, соответствующим размеру ячеек сетки 19. Газ из источника давления 1 при открытом запорном клапане 2 и 4 поступает на редуктор 3, где происходит понижение его давления до необходимого значения. Газ с пониженным до необходимого значения давлением по тангенциальному каналу 23 поступает в полость внутреннего канала 22 кольцевого коллектора вибратора 9. Под действием напора газа, истекающего из тангенциального канала 23, шарик 25 начинает перемещаться по внутреннему каналу 22 кольцевого коллектора 9. Избыточное давление газа внутреннего канала 22 сбрасывается через выпускной канал 24, создавая постоянное течение газа по внутреннему каналу 22, перемещая шарик 25 с постоянной окружной скоростью. При достижении необходимых параметров вибрации /частоты и амплитуды/ нижней части засыпной емкости 7 питателя порошковый материал просыпается через ячейки сетки 19 в зону 16 аэрации порошка. При этом сжатый газ с пониженным до заданного значения давлением редуктором 5 при открытом вентиле 6 регулирования расхода и закрытом клапане 10 сброса остаточного давления поступает по патрубку 14 в засыпную емкость 7 питателя, создавая избыточное давление. Под действием избыточного давления газ по патрубку 15 поступает в зону аэрации 16 порошкового материала, дополнительно способствуя созданию взвеси частиц порошкового материала в газе в ограниченном объеме зоны аэрации 16, а также уравновешивая давление над порошковым материалом и в зоне аэрации, создавая тем самым постоянный перепад давления между входом и выходом жиклера вне зависимости от количества порошка в засыпной емкости 7. Приготовленная таким образом взвесь через проходное сечение жиклера 20 поступает в транспортирующую магистраль 11 к потребителю порошкового материала. Регулирование расхода порошкового материала производится вентилем 6 регулирования расхода транспортирующего газа, заменой жиклера 20 другого проходного сечения, перепуском давления из засыпной емкости 7 питателя в транспортирующую магистраль 11. Для прекращения подачи порошкового материала потребителю закрывают клапан 4, прекращая вибрацию дозатора 7, открывают клапан 10 сброса остаточного давления в транспортирующую магистраль 11, запирая течение взвеси через жиклер 20, закрывают вентиль 6 регулирования расхода транспортирующего газа, прекращая подачу сжатого газа в засыпную емкость 7 питателя. В этом случае течение взвеси частиц в газе по транспортирующей магистрали 11 прекращается.

Использование сжатых газов или их смесей в качестве рабочего тела для транспортирования порошкового материала и осуществления вибрации устройства с различными частотами и амплитудами позволяет подавать газопорошковую взвесь в зону с давлением, отличным от давления окружающей среды, и использовать порошки различной плотности, химического состава, сыпучести и порошки, склонные к комкованию.

Подача струи газа в зону аэрации ограниченного объема позволяет получать взвесь частиц в газе необходимой концентрации и транспортировать частицы порошкового материала к потребителю газовым потоком.

Использование сеток просыпа с различными ячейками позволяет транспортировать потребителю частицы определенного гранулометрического состава, регулировать количество просыпаемого порошка, задерживать посторонние механические включения в порошковом материале, просеивать при вибрации порошки, склонные к слеживанию и комкованию.

Использование жиклеров различного проходного сечения позволяет в широком диапазоне изменять расход газопорошковой взвеси и гранулометрический состав порошковых материалов.

Изменение давления транспортирующего газа в зоне аэрации при фиксированном проходном сечении жиклера позволяет достаточно точно изменять расход газопорошковой взвеси от минимума до максимума в соответствии с проходным сечением жиклера и гранулометрическим составом порошка.

Запирание подачи газопорошковой взвеси в транспортную магистраль путем сброса давления из засыпной емкости по каналу сброса давления позволяет достаточно быстро прекратить подачу порошкового материала и избежать течения газопорошковой взвеси к потребителю при прекращении подачи сжатого газа в дозатор, тем самым устранить нежелательный эффект импульса последействия, т.е. бесполезной затраты порошкового материала.

Выполнение вибратора в виде кольца с каналом для движения внутри него шарика позволяет нижней части устройства, где расположена просыпная сетка и зона аэрации, совершать круговые движения с определенной частотой и амплитудой, зависящей от скорости течения газа в кольцевом канале вибратора и массы шарика.

Наличие канала подачи газа под давлением в зону аэрации, ограниченную сеткой просыпа, боковой поверхностью зоны аэрации и жиклером, позволяет обеспечить постоянный перепад давлений между поверхностью порошкового материала и зоной аэрации по мере уноса порошкового материала, обеспечить постоянное течение газа по каналу, получить газопорошковую взвесь различной концентрации при изменении перепада давления подаваемого по этому каналу газа, обеспечивая автоматическое нормирование расхода газопорошковой взвеси. Применение сменных сеток с различной величиной ячеек обеспечивает регулирование скорости просыпа порошкового материала, гранулометрический состав частиц порошка, отсев посторонних включений, улучшение процесса аэрации.

Применение перфорированного корпуса обеспечивает осевое крепление и размещение на необходимом расстоянии от жиклера патрубка подачи газа в зону аэрации, непрерывное заполнение порошковым материалом перфорированного участка корпуса над поверхностью просыпной сетки.

Наличие сменных жиклеров обеспечивает течение газопорошковой взвеси различного расхода, концентрации, гранулометрического состава.

Использование канала со вторым запорным клапаном для запирания подачи газопорошковой взвеси позволяет достаточно быстро уравновесить давление транспортирующего газа в засыпной емкости питателя и транспортной магистрали, прекратив подачу порошкового материала потребителю.

Подвижный узел крепления обеспечивает свободное круговое движение нижней части корпуса с необходимой частотой и амплитудой.

Пример реализации изобретения.

Рассмотрим частный случай подачи порошкового материала в камеру смешения с давлением 0,8 МПа устройства для нанесения покрытия. Устанавливаем жиклер с проходным сечением 1,0 мм и сетку просыпа в засыпную емкость объемом 5 л с размером ячеек, соответствующих гранулометрическому составу порошкового материала, например алюминия, со средним размером частиц менее 63 мкм. Засыпаем необходимое для напыления количество порошкового материала в засыпную емкость. Подаем в вибратор сжатый газ, например воздух, с давлением 0,15 МПа. При достижении постоянной круговой скорости стальным шариком в кольцевом канале частота вибрации устройства составит около 30 Гц. Подаем в засыпную емкость сжатый газ с давлением 0,83 МПа, что составит по перепаду давления 0,03 МПа. Расход порошкового материала составит 0,6 г/с. Для увеличения или уменьшения расхода порошкового материала /алюминия/ перепад давления подачи сжатого газа между засыпной емкостью и камерой смешения напыляющего устройства меняем от 0,01 до 0,05 МПа, что будет соответствовать изменению расхода от 0,05 до 0,8 г/с. Для прекращения подачи порошка прекращаем подачу газа в вибратор и засыпную емкость, открываем канал сброса остаточного давления и сбрасываем газ из засыпной емкости через транспортирующую магистраль в камеру смешения, прекратив тем самым подачу газопорошковой взвеси в напыляющее устройство.