пневмокамерный насос для транспортировки порошкообразных и мелкозернистых материалов

Формула изобретения

1. Пневмокамерный насос, содержащий камеру (1) с загрузочным клапаном (7) для подачи материала и клапаном (9) выпуска воздуха, трубопровод сжатого воздуха с клапаном (10) для подачи сжатого воздуха в камеру (1) и трубопровод (8) для транспортировки материала, отличающийся тем, что он включает компенсационную трубу (5) с открытым концом и изогнутым концом, расположенным вблизи входа в транспортный трубопровод, при этом на изогнутом конце размещены сопло (3) и рассеиватель (4) для формирования турбулентной струи из пылевоздушной смеси перед входом в транспортный трубопровод, и аэрационное устройство (2), которое размещено на выходе трубопровода сжатого воздуха для обеспечения противоточного теплообмена между сжатым воздухом и материалом, находящимся между аэрационным устройством и открытым концом компенсационной трубы (5).

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что стенка аэрационного устройства (2), которая обращена к открытому концу компенсационной трубы (5), выполнена полунепроницаемой для обеспечения прохождения сжатого воздуха через материал, находящийся в камере (1).

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что на транспортном трубопроводе (8) размещен дроссель (6), обеспечивающий стабильную работу насоса при резких перепадах давления в трубопроводе сжатого воздуха.

4. Насос по п.3, отличающийся тем, что дроссель прикреплен к транспортному трубопроводу под острым углом, который обращен в сторону аэрационного устройства.

5. Насос по п.1, отличающийся тем, что длина 1 прямолинейного участка компенсационной трубы (5) удовлетворяет соотношению h_м<1<Н, где h _м - высота расположения уровня загрузки цементом камеры, Н - высота камеры насоса.

6. Насос по п.1, отличающийся тем, что сопло (3) выполнено в виде конического сопла, имеющего прямоугольную рамку, обеспечивающую ограничение подъема рассеивателя (4).

7. Насос по п.6, отличающийся тем, что на прямоугольной рамке установлен регулировочный винт, определяющий величину кольцевого зазора в конструкции сопло-рассеиватель.

8. Насос по п.1, отличающийся тем, что рассеиватель выполнен в виде шара, снабженного канавками на поверхности для создания оптимальной турбулентной струи пылевоздушной смеси.

9. Насос по п.1, отличающийся тем, что минимальное давление, при котором обеспечивается подъем рассеивателя, составляет 0,5 атм.

10. Насос по п.1, отличающийся тем, что диапазон давления, при котором обеспечивается закрытие клапана (10) подачи сжатого воздуха, составляет 0,8-1,8 атм.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к пневмокамерному насосу для транспортировки порошкообразных и мелкозернистых материалов, который может быть применен в производстве строительных материалов, черной и цветной металлургии, энергетической, химической и других отраслях для транспортировки цемента, порошкообразного угля, золы, формовочных смесей, колосниковой пыли доменных печей, различных концентратов и т.п.

Известны пневматические насосы, в которых транспортируемый материал загружается в верхнюю часть камеры, и сжатый воздух также подается в верхнюю часть камеры. Разгрузка камеры таких пневмокамерных насосов осуществляется неэффективно из-за рассеивания тепловой энергии в самом транспортном трубопроводе, что приводит к формированию противодавления, которое препятствует разгрузке пневмокамерного насоса (см., например, справочник "Пневмотранспортное оборудование" под редакцией М.П.Калинушкина и др., Л.: Машиностроение, Ленинградское отд., 1986).

Наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому результату является пневматический насос ТА-28, разработанный ВНИИ стройдормашем совместно с Красногорским заводом цементного машиностроения. Известный насос содержит камеру с загрузочным клапаном для подачи транспортируемого материала и клапаном выпуска воздуха, трубопровод сжатого воздуха с клапаном для подачи сжатого воздуха в камеру и трубопровод для транспортировки материала (см. указанный справочник, страницы 129-130, рис. 6-4).

Недостатком известного пневмокамерного насоса является увеличение противодавления в трубопроводе при смешении транспортируемого материала и транспортирующего агента (сжатого воздуха) из-за интенсивного теплообмена между материалом, например, цементом, имеющим температуру порядка 140°С, и воздухом, имеющим температуру порядка 20°С, что приводит к увеличению температуры сжатого воздуха внутри транспортного трубопровода. Это затрудняет разгрузку камеры известного насоса, в результате требуется подвод дополнительной механической работы в виде большего количества транспортирующего агента (большего расхода сжатого воздуха).

В основу изобретения поставлена задача создать пневмокамерный насос, который позволял бы снизить удельный расход (количество кубических метров транспортирующего агента в пересчете на нормальные условия, отнесенное к тонне материала) на транспортировку порошкообразных и мелкозернистых материалов.

Поставленная задача решается тем, что пневмокамерный насос содержит камеру с загрузочным клапаном для подачи материала и клапаном выпуска воздуха, трубопровод сжатого воздуха с клапаном для подачи сжатого воздуха в камеру и трубопровод для транспортировки материала, при этом насос включает компенсационную трубу с открытым концом и изогнутым концом, расположенным вблизи входа в транспортный трубопровод, причем на изогнутом конце размещено сопло и рассеиватель для формирования турбулентной струи из пылевоздушной смеси перед входом в транспортный трубопровод, и аэрационное устройство, которое размещено на выходе трубопровода сжатого воздуха для обеспечения противоточного конвективного теплообмена между сжатым воздухом и материалом, находящимся между аэрационным устройством и открытым концом компенсационной трубы.

Согласно изобретению, стенка аэрационного устройства, которая обращена к открытому концу компенсационной трубы, выполнена полунепроницаемой для обеспечения прохождения сжатого воздуха через материал, находящийся в камере.

Для обеспечения стабильной работы насоса при резких перепадах давления в трубопроводе сжатого воздуха на транспортном трубопроводе размещен дроссель. Причем дроссель присоединен к транспортному трубопроводу под острым углом, который обращен в сторону аэрационного устройства.

Предпочтительно, чтобы длина прямолинейного участка компенсационной трубы удовлетворяла соотношению h_м<l<Н, где h_м - высота расположения уровня загрузки материалом камеры, Н - высота камеры насоса.

Для обеспечения ограничения подъема рассеивателя сопло выполнено в виде конического сопла, имеющего прямоугольную рамку. При этом на прямоугольной рамке установлен регулировочный винт, определяющий величину кольцевого зазора в конструкции сопло-рассеиватель. Рассеиватель выполнен в виде шара, снабженного канавками на поверхности для создания оптимальной турбулентной струи пылевоздушной смеси.

Минимальное давление, при котором обеспечивается подъем рассеивателя составляет 0,5 атм. Диапазон давления, при котором обеспечивается закрытие клапана подачи сжатого воздуха, составляет 0,8-1,8 атм.

На чертеже изображена пневматическая схема насоса согласно изобретению.

Пневмокамерный насос включает камеру 1, аэрационное устройство 2, сопло 3 с установленным в нем рассеивателем 4, обеспечивающим формирование турбулентной струи из пылевоздушной смеси перед входом в транспортный трубопровод, компенсационную трубу 5, присоединенную к соплу 3, трубопровод 8 для транспортировки материала и трубопровод сжатого воздуха (транспортирующего агента) с клапаном 10. Камера 1 имеет загрузочный клапан 7 для подачи транспортируемого материала в нее и клапан 9 выпуска воздуха.

Компенсационная труба 5 включает прямолинейный участок, диаметр и длина l которого рассчитываются по имеющимся параметрам транспортных трубопроводов, и изогнутый конец, присоединенный к прямолинейному участку посредством сварки, диаметр которого соответствует диаметру сопла-завихрителя. Длина l прямолинейного участка компенсационной трубы 5 обычно превышает уровень загрузки материалом камеры насоса, т.е. h_м<l<Н, где h _м - высота расположения уровня загрузки камеры материалом, Н - высота камеры насоса.

На транспортном трубопроводе размещен дроссель 6, который установлен посредством сварки и предназначен для стабильной работы насоса при резких перепадах давления в трубопроводе сжатого воздуха, т.е. дроссель является стабилизирующим элементом насоса. Дроссель установлен на транспортном трубопроводе под острым углом, обращенным в сторону аэрационного устройства.

Аэрационное устройство 2 размещено на выходе трубопровода сжатого воздуха для обеспечения противоточного конвективного теплообмена между сжатым воздухом и материалом, находящимся между аэрационным устройством и открытым концом компенсационной трубы. Стенка аэрационного устройства 2, обращенная к открытому концу компенсационной трубы 5, выполнена полунепроницаемой для обеспечения прохождения сжатого воздуха только через материал, находящийся в камере 1. Сжатый воздух продавливается через эту полупроницаемую стенку аэрационного устройства 2, обеспечивая перепад давления между давлением, создаваемым в верхней части камеры, и давлением транспортирующего агента, подаваемого по трубопроводу сжатого воздуха, при этом Р_к<Р_м, где Р_к - давление в верхней части камеры над слоем материала. При этом происходит псевдоожижение слоя материала над аэрационным устройством 2 и обеспечивается противоточный конвективный теплообмен между транспортирующим агентом и материалом непосредственно в объеме камеры насоса, а не в транспортном трубопроводе, как это происходит в известных пневмокамерных насосах. Такой прирост тепловой энергии транспортирующего агента используется для производства механической работы на ввод материала в транспортный трубопровод через компенсационную трубу непосредственно в объеме камеры насоса, который пространственно изолирован от транспортного трубопровода.

Для формирования аэродинамической структуры струи из пылевоздушной смеси на изогнутом конце компенсационной трубы перед входом в транспортный трубопровод размещено сопло и рассеиватель, при этом сопло выполнено в виде конического сопла, имеющее прямоугольную рамку, которая обеспечивает ограничение подъема рассеивателя. Рассеиватель представляет собой шар, снабженный канавками на его поверхности для создания оптимальной турбулентной струи пылевоздушной смеси. Минимальное давление, при котором обеспечивается подъем шара-рассеивателя - 0,5 атм.

На прямоугольной рамке установлен регулировочный винт, который определяет величину кольцевого зазора в конструкции сопло-рассеиватель. Кольцевой зазор определяет эффективное проходное сечение указанной конструкции. Рассеиватель обеспечивает создание зоны рециркуляции пылевоздушной смеси за ним, где происходит ее дальнейшее насыщение транспортируемым материалом до оптимальных значений перед входом в транспортный трубопровод.

Заявленный пневмокамерный насос может рассматриваться также как тепловой насос, поскольку в процессе транспортировки материала аккумулированная в нем внутренняя тепловая энергия передается непосредственно транспортирующему агенту в камере насоса.

Пневмокамерный насос работает следующим образом.

Порошкообразный или мелкозернистый материал подается в камеру 1 через загрузочный клапан 7, загрузочный клапан 7 открыт, клапан 9 выпуска воздуха открыт, а клапан 10 в трубопроводе сжатого воздуха закрыт. При заполнении камеры 1 материалом до заданного уровня указатель уровня (не показан) выдает сигнал на закрытие клапана 9 выпуска воздуха и загрузочного клапана 7. Включается подача сжатого воздуха в камеру 1, т.е. по трубопроводу сжатого воздуха при открытом клапане 10 нагнетается воздух в аэрационное устройство 2. Через полупроницаемую стенку аэрационного устройства 2, обращенную к открытому концу компенсационной трубы 5, сжатый воздух попадает в камеру 1 и продавливается через материал в верхнюю часть камеры 1, при этом воздух отбирает тепловую энергию у материала. Дальнейшее нарастание давления в камере 1 обеспечивает подъем шара-рассеивателя 4 в завихрителе 3, при этом пылевоздушная смесь из верхней части камеры проходит по компенсационной трубе 5 к в конструкцию сопло-завихритель - шар-рассеиватель. Сопло-завихритель 3 формирует турбулентную струю пылевоздушной смеси, направляет ее на шар-рассеиватель 4 и далее в транспортный трубопровод 8. По мере разгрузки камеры 1 насоса от материала давление падает до определенного значения, на которое настроено пневмореле. При срабатывании пневмореле клапан 10 трубопровода сжатого воздуха закрыт, клапан 9 выпуска воздуха открыт, с задержкой во времени открывается загрузочный клапан 7. Цикл загрузки камеры повторяется.

При разгрузке камеры дроссель 6 создает эжекционный эффект, необходимый для улучшения характеристик пылевоздушной смеси в транспортном трубопроводе 8.

Таким образом, если температура загружаемого материала в камеру 1 значительно отличается от начальной температуры сжатого воздуха, происходит интенсивный теплообмен между материалом и транспортирующим агентом (сжатым воздухом) непосредственно в камере насоса, при этом необходимо отметить, что теплообмен идет непрерывно в процессе разгрузки насоса. В результате этого издержки на транспортировку порошкообразных и мелкозернистых материалов у заявленного пневмокамерного насоса значительно ниже, чем у известных пневмокамерных насосов.