RU2478011C1

RU2478011C1 - Vortex classifier of powder materials

Info

Publication number: RU2478011C1
Application number: RU2011139263/03A
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич Емельянов; Николай Сергеевич Кобелев; Татьяна Васильевна Алябьева; Олег Алексеевич Овчаренко; Виталий Анатольевич Жмакин
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-03-27

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to classifiers of disperse materials and may be used in construction, metallurgy, chemical industry, etc. Proposed classifier comprises cylindrical flow-through swirling chamber with classified powder material discharge annular slots, swirler with powder material feed channels and coarse fraction discharge channels, swirler, valves and control unit with cold and hot flow temperature sensors. Every coarse fraction discharge channel is composed of divergent nozzle from bimetallic material. Note here that divergent nozzle inner surface has curved grooves extending from nozzle inlet to its outlet. One of classified material discharge channels and one of coarse fraction discharge channels are connected with thermoelectric generator composed of housing with hot compressed air flow through channel to carry classified material and cold compressed air through channel to carry coarse fractions. Besides it includes a set of differential thermocouples with their hot end located in hot compressed air channel and their cold ends located in cold compressed air channel.

EFFECT: higher efficiency, power saving.

2 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам для классификации дисперсных материалов и может быть использовано в строительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности.The invention relates to apparatus for classifying dispersed materials and can be used in the construction, metallurgical, chemical and other industries.

Известен вихревой классификатор порошковых материалов (см. а.с. 1687305, МКИ В07В 04/08, 1991, БИ №40), включающий цилиндрическую прямоточную вихревую камеру с каналами вывода классифицируемого материала в виде кольцевых щелей, закручивающий аппарат с каналами ввода порошкового материала и каналами вывода крупной фракции, завихритель, клапаны и блок управления с датчиками температуры холодного и горячего потоков.Known vortex classifier of powder materials (see AS 1687305, MKI V07V 04/08, 1991, BI No. 40), including a cylindrical straight-through vortex chamber with output channels of classified material in the form of annular slots, a swirling apparatus with input channels of powder material and coarse fraction output channels, swirl, valves and control unit with temperature sensors for cold and hot flows.

Недостатком данного устройства является невысокая эксплуатационная надежность работы, обусловленная изменяющимися температурно-влажностными параметрами горячего потока сжатого воздуха, когда он, являясь транспортирующим агентом, выбрасывается из канала вывода крупной фракции в окружающую среду, имеющую более низкую температуру.The disadvantage of this device is the low operational reliability due to the changing temperature and humidity parameters of the hot stream of compressed air, when it, as a transporting agent, is ejected from the channel for outputting a large fraction into the environment having a lower temperature.

Известен вихревой классификатор порошковых материалов (см. патент РФ 2189282 МПК B07B 04/08, B04C 3/06, 2002), включающий цилиндрическую прямоточную вихревую камеру с каналами вывода классифицируемого материала в виде кольцевых щелей, закручивающий аппарат с каналами ввода порошкового материала и каналами вывода крупной фракции, завихритель, клапаны и блок управления с датчиками температуры холодного и горячего потоков, каждый из каналов вывода крупной фракции выполнен в виде расширяющегося сопла из биметаллического материала, при этом на внутренней поверхности расширяющегося сопла выполнены криволинейные канавки, продольно расположенные от его входного до выходного отверстийKnown vortex classifier of powder materials (see RF patent 2189282 IPC B07B 04/08, B04C 3/06, 2002), including a cylindrical straight-through vortex chamber with output channels of classified material in the form of annular slots, a swirling apparatus with input channels of powder material and output channels coarse fraction, swirl, valves and control unit with temperature sensors for cold and hot flows, each of the channels of the output of the coarse fraction is made in the form of an expanding nozzle of bimetallic material, while on the inside divergent nozzle surface formed curved grooves longitudinally extending from its input to output openings

Недостатком данного устройства является высокая энергоемкость, особенно при длительной эксплуатации, обусловленная энергозатратами не только на вихревую закрутку и пневмотранспортировку порошковых материалов, но и необходимостью дополнительных энергозатрат на электрическое питание клапанов и блока управления.The disadvantage of this device is its high energy consumption, especially during long-term operation, due to energy consumption not only for swirling and pneumatic transportation of powder materials, but also the need for additional energy consumption for electric power supply to the valves and the control unit.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергоемкости вихревой классификации порошковых материалов путем использования температурного перепада между горячим и холодным потоками сжатого воздуха, являющегося транспортирующим агентом, как источника электрической энергии для термоэлектрического генератора, выполненного в виде корпуса с двумя проходными каналами и комплектом дифференциальных термопар, «горячие» концы которых расположены в проходном канале для горячего потока сжатого воздуха, а их «холодные» концы расположены в проходном канале для холодного потока сжатого воздуха.The technical task of the invention is to reduce the energy intensity of the vortex classification of powder materials by using the temperature difference between the hot and cold streams of compressed air, which is a transporting agent, as a source of electrical energy for a thermoelectric generator, made in the form of a housing with two passage channels and a set of differential thermocouples, "hot "The ends of which are located in the passage channel for a hot stream of compressed air, and their" cold " the ends are located in the passage for a cold stream of compressed air.

Технический результат достигается тем, что вихревой классификатор порошковых материалов, включающий цилиндрическую прямоточную вихревую камеру с каналами вывода классифицируемого материала в виде кольцевых щелей, закручивающий аппарат с каналами ввода порошкового материала и каналами вывода крупной фракции, завихритель, клапаны и блок управления с датчиками температуры холодного и горячего потоков, каждый из каналов вывода крупной фракции выполнен в виде расширяющегося сопла из биметаллического материала, при этом на внутренней поверхности расширяющегося сопла выполнены криволинейные канавки, продольно расположенные от его входного до выходного отверстий, причем один из клапанов вывода классифицируемого материала в виде кольцевой щели и один из каналов вывода крупной фракции в виде расширяющегося сопла из биметалла с продольно расположенными канавками на внутренней поверхности соединены с термоэлектрическим генератором, выполненным в виде корпуса с проходным каналом для горячего потока сжатого воздуха, транспортирующего классифицируемый материал, и проходным каналом для холодного потока сжатого воздуха, транспортирующего крупные фракции, а также комплектом дифференциальных термопар, «горячие» концы которых расположены в проходном канале для горячего потока сжатого воздуха, а их «холодные» концы расположены в проходном канале для холодного потока сжатого воздуха.The technical result is achieved by the fact that the vortex classifier of powder materials, including a cylindrical straight-through vortex chamber with output channels of classified material in the form of annular slots, a swirling apparatus with input channels of powder material and output channels of coarse fractions, a swirler, valves, and a control unit with cold and hot flows, each of the channels of the output of a large fraction is made in the form of an expanding nozzle of bimetallic material, while on the inner the surfaces of the expanding nozzle are made of curved grooves longitudinally located from its inlet to the outlet, moreover, one of the outlet valves of the classified material in the form of an annular gap and one of the outlet channels of a large fraction in the form of an expanding nozzle from bimetal with longitudinally located grooves on the inner surface are connected to a thermoelectric a generator made in the form of a housing with a passage channel for a hot stream of compressed air transporting classified material, and a passage a channel for a cold stream of compressed air transporting large fractions, as well as a set of differential thermocouples, the “hot” ends of which are located in the passage channel for a hot stream of compressed air, and their “cold” ends are located in the passage channel for a cold stream of compressed air.

На фиг.1 представлена схема вихревого классификатора порошковых материалов, на фиг.2 - развертка расширяющегося сопла с криволинейными канавками на внутренней боковой поверхности.Figure 1 presents a diagram of a vortex classifier of powder materials, figure 2 - scan expanding nozzle with curved grooves on the inner side surface.

Вихревой классификатор порошковых материалов содержит цилиндрическую прямоточную вихревую камеру 1 с каналами вывода 2 классифицируемого материала в виде кольцевых щелей, закручивающего аппарата 3 с каналами вывода 4 порошкового материала и каналами вывода 5 крупной фракции, клапаны управления 6 и 7, установленные соответственно на каналах 8 и 9 ввода закрученного воздушного потока и ввода незакрученного воздушного потока, завихритель 10, соединенный с клапанами управления 6, датчики температуры 11 горячего потока, укрепленные на выходе из каналов вывода 2 классифицируемого материала, и датчики температуры 12 холодного потока, укрепленные на выходе каналов вывода 5 крупной фракции, при этом датчики температуры 11 и 12 через блок управления 13 электрически связаны с клапанами управления 6 и 7. Каналы вывода 5 крупной фракции выполнены каждый в виде расширяющегося сопла 5 из биметаллического материала, на внутренней поверхности которого выполнены криволинейные канавки 14, продольно расположенные от его входного 15 до выходного 16 отверстия канала 5 вывода крупной фракции.The vortex classifier of powder materials contains a cylindrical straight-through vortex chamber 1 with output channels 2 of classified material in the form of annular slots, a swirling apparatus 3 with output channels 4 of powder material and output channels 5 of a large fraction, control valves 6 and 7 installed on channels 8 and 9, respectively the input of the swirling air flow and the input of the untwisted air flow, the swirler 10 connected to the control valves 6, the temperature sensors 11 of the hot flow, mounted at the exit of output channels 2 of the classified material, and temperature sensors 12 cold flow, mounted on the output of the output channels 5 of the large fraction, the temperature sensors 11 and 12 through the control unit 13 are electrically connected to the control valves 6 and 7. The output channels 5 of the large fraction are made each in the form of an expanding nozzle 5 of bimetallic material, on the inner surface of which curvilinear grooves 14 are made, longitudinally spaced from its inlet 15 to the outlet 16 of the opening of the coarse fraction outlet channel 5.

Канал вывода 2 классифицируемого материала в виде кольцевой щели соединен с входом 17 проходного канала 18 для горячего потока сжатого воздуха корпуса 19 термоэлектрического генератора 20 через фильтр 21 со сборников загрязнений 22 для последующего выброса очищенного горячего потока сжатого воздуха в окружающую среду через выход 23. Канал вывода 5 крупной фракции соединен с входом 24 проходного канала 25 для холодного потока сжатого воздуха корпуса 19 термоэлектрического генератора 20 через фильтр 26 со сборником загрязнений 27 для последующего выброса очищенного холодного потока сжатого воздуха в окружающую среду через выход 28.The output channel 2 of the classified material in the form of an annular gap is connected to the input 17 of the passage channel 18 for the hot compressed air stream of the housing 19 of the thermoelectric generator 20 through the filter 21 from the pollution collectors 22 for subsequent discharge of the purified hot compressed air stream into the environment through the outlet 23. The output channel 5 of a large fraction is connected to the inlet 24 of the passage channel 25 for a cold stream of compressed air of the housing 19 of the thermoelectric generator 20 through a filter 26 with a contaminant collector 27 for subsequent dew purified cold compressed air stream into the environment through the outlet 28.

В проходном канале 18 для горячего потока сжатого воздуха расположены «горячие» концы 29 комплекта дифференциальных термопар 30, а в проходном канале 25 для холодного потока сжатого воздуха расположены «холодные» концы 31 комплекта дифференциальных термопар 30.In the passage channel 18 for the hot stream of compressed air are the "hot" ends 29 of the set of differential thermocouples 30, and in the passage channel 25 for the cold stream of compressed air are the "cold" ends 31 of the set of differential thermocouples 30.

Вихревой классификатор порошковых материалов работает следующим образом.Vortex classifier of powder materials works as follows.

Известно, что при термодинамическом расслоении сжатого воздуха разность температур между горячим и холодным потоками достигает 100°С и более (см., например, Меркулов, А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1979. 386 с.). Горячий поток сжатого воздуха из канала вывода 2 классифицируемого материала поступает в фильтр 21, где очищается от твердых загрязнений порошкового материала, которые накапливаются в сборнике загрязнений с последующим удалением вручную или автоматически (на фиг.1 не показано), и далее через вход 17 перемещается в проходной канал 18 для горячего потока сжатого воздуха корпуса 19 термоэлектрического генератора 20. Здесь горячий поток сжатого воздуха контактирует с расположенными «горячими» концами 29 комплекта дифференциальных термопар 30. Одновременно холодный поток сжатого воздуха из канала вывода 5 крупной фракции поступает в фильтр 26, где очищается от загрязнений, которые накапливаются в сборнике загрязнений 27 с последующим удалением вручную или автоматически, и далее направляется в проходной канал 25 для холодного потока сжатого воздуха через вход 24 для контакта с «холодными» концами 31 комплекта дифференциальных термопар 30. Выполнение элементов комплекта дифференциальных термопар 30, например, из хромель-копеля позволяет получить термоЭДС до 6,96 мВ (см., например, Иванова, Т.М. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984. 230 с.). В результате термоэлектрический генератор 20 обеспечивает напряжение от 12 до 36 В (см., например, Технические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник / под. общ. ред. В.М.Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1980. 560 с.), что вполне достаточно для блока управления 13, электрически связанного с клапанами 6 и 7, следовательно, наблюдаемый температурный перепад между горячим и холодным потоками термодинамически расслоенного сжатого воздуха в завихрителе 10 является источником электрической энергии посредством термоэлектрического генератора 20 для систем автоматического контроля технологического процесса классификации порошкового материала.It is known that with thermodynamic separation of compressed air, the temperature difference between hot and cold flows reaches 100 ° C or more (see, for example, Merkulov, A.P. Vortex effect and its application in technology. M .: Mashinostroenie, 1979. 386 p. .). The hot stream of compressed air from the outlet channel 2 of the classified material enters the filter 21, where it is cleaned of solid contaminants of the powder material that accumulate in the contaminant collector, followed by manual or automatic removal (not shown in Fig. 1), and then moves through the inlet 17 to passage channel 18 for the hot stream of compressed air of the housing 19 of the thermoelectric generator 20. Here, the hot stream of compressed air is in contact with the located "hot" ends 29 of the set of differential thermocouples 30. One The cold stream of compressed air from the coarse fraction outlet channel 5 is then fed to a filter 26, where it is cleaned of impurities that accumulate in the pollution collector 27 and then removed manually or automatically, and then sent to the inlet channel 25 for a cold stream of compressed air through the inlet 24 contact with the "cold" ends 31 of the set of differential thermocouples 30. The implementation of the elements of the set of differential thermocouples 30, for example, from chromel-copel allows to obtain thermoEMF up to 6.96 mV (see, for example, Ivanova, T.M. Thermotechnical measurements and devices. M .: Energoatomizdat, 1984. 230 p.). As a result, the thermoelectric generator 20 provides a voltage from 12 to 36 V (see, for example, Technical fundamentals of heat engineering. Thermotechnical experiment. Handbook / under the general editorship of V.M. Zorin. M: Energoatomizdat, 1980. 560 p.) which is quite enough for the control unit 13, electrically connected to the valves 6 and 7, therefore, the observed temperature difference between the hot and cold flows of thermodynamically separated compressed air in the swirl 10 is a source of electrical energy by means of a thermoelectric generator torus 20 for automatic control systems for the technological process of classification of powder material.

Сжатый воздух через клапаны управления 6 при их открытии по каналу ввода 8 поступает в завихритель 10 закручивающего аппарата 3, куда одновременно транспортируется классифицируемый материал по каналу ввода 4. В результате вихревого эффекта происходит термодинамическое расслоение порошково-газовой смеси на горячий периферийный поток сжатого воздуха и порошка, перемещающегося к каналам вывода 2. Значение температуры горячего потока фиксируется датчиками температуры 11. Сигнал от датчиков температуры 11 поступает в блок управления 13, который преобразует данный сигнал и подает соответствующую команду на клапаны управления 6, обеспечивая дальнейшее поступление сжатого воздуха заданных параметров в завихритель 10. Холодный центральный поток сжатого воздуха термически расслаиваемой порошково-газовой смеси транспортирует крупные фракции классифицируемого материала к каналам вывода 5, при этом величина температуры холодного потока фиксируется датчиками температуры 12. Сигнал от датчиков температуры 12 поступает в блок управления 13, который преобразует данный сигнал и подает команду на клапан управления 7, обеспечивая работу его в заданном режиме.Compressed air through the control valves 6 when they are opened through the inlet channel 8 enters the swirler 10 of the swirling apparatus 3, where the classified material is transported along the inlet channel 4. As a result of the vortex effect, the thermodynamic separation of the powder-gas mixture into a hot peripheral stream of compressed air and powder moving to the output channels 2. The temperature value of the hot stream is recorded by the temperature sensors 11. The signal from the temperature sensors 11 enters the control unit 13, which converts this signal and sends the appropriate command to the control valves 6, providing a further supply of compressed air of the given parameters to the swirler 10. The cold central stream of compressed air of the thermally exfoliating powder-gas mixture transports large fractions of the classified material to the output channels 5, while the temperature of the cold stream fixed by temperature sensors 12. The signal from the temperature sensors 12 enters the control unit 13, which converts this signal and feeds to Mandu control valve 7, ensuring its operation in a given mode.

Крупные фракции порошкового материала, перемещаясь под воздействием холодного потока сжатого воздуха, с температурой ниже, чем температура воздушной среды, окружающей классификатор, от входного отверстия 15 к выходному отверстию 16, являются «ядрами конденсации» паров влаги, находящейся в воздухе. В результате микрокаплеобразования (иногда переходящего в тумано- и инееобразование) крупные фракции уже в полости канала вывода 5 интенсивно слипаются, нарушая технологический процесс классификации. При этом наибольшее лавинообразование слипающихся крупных фракций наблюдается вблизи внутренней поверхности канала вывода 5 крупной фракции, т.е. в пограничном слое, где имеет место ламинарное течение потока с образованием «застойных» зон, резко увеличивающих аэродинамическое сопротивление данного элемента классификатора. При выполнении канала вывода 5 в виде расширяющегося сопла осуществляется ускорение выхода крупной фракции с уменьшением вероятности столкновения и последующего слипания классифицируемого материала.Large fractions of the powder material, moving under the influence of a cold stream of compressed air, with a temperature lower than the temperature of the air surrounding the classifier, from the inlet 15 to the outlet 16, are the "nuclei of condensation" of moisture vapor in the air. As a result of microdroplet formation (sometimes turning into fog and frost formation), large fractions already intensively stick together in the cavity of output channel 5, disrupting the classification process. Moreover, the greatest avalanche formation of coalescing coarse fractions is observed near the inner surface of the outlet channel 5 of the coarse fraction, i.e. in the boundary layer, where a laminar flow takes place with the formation of “stagnant” zones, which sharply increase the aerodynamic drag of this element of the classifier. When performing output channel 5 in the form of an expanding nozzle, the exit of a large fraction is accelerated with a decrease in the probability of collision and subsequent adhesion of the classified material.

Т.к. сечение канала 5 крупной фракции возрастает от входа к выходу, то это дает возможность крупным фракциям разлетаться. А наличие криволинейных каналов 14 на внутренней поверхности расширяющегося сопла 5 способствует устранению «застойных» зон, т.е. переходу из ламинарного течения потока непосредственно у стенки канала в турбулентное. Т.к. холодный поток, транспортирующий крупные фракции, имеет температуру ниже температуры окружающий классификатор среды, то канал 5, подвергаясь различному температурному воздействию на внутренней и внешней поверхности, создает резонансные с движущимся потоком волнообразные колебания, приводящие в конечном итоге к возрастанию аэродинамического сопротивления классификатора. Поэтому предлагается выполнить канал 5 крупной фракции биметаллическим (см., например, Биметаллы. Дмитриев А.Н. и др. Пермь, 1991, - 416 с.), что для данного температурного перепада практически устраняет волнообразное колебание внутренней поверхности и, соответственно, условия для увеличения аэродинамического сопротивления.Because the cross section of channel 5 of a large fraction increases from entrance to exit, this allows large fractions to fly apart. And the presence of curved channels 14 on the inner surface of the expanding nozzle 5 helps to eliminate "stagnant" zones, i.e. transition from the laminar flow directly at the channel wall to turbulent. Because Since the cold stream transporting large fractions has a temperature lower than the temperature that surrounds the classifier of the medium, then channel 5, subjected to various temperature effects on the inner and outer surfaces, creates wave-like oscillations resonant with the moving stream, leading ultimately to an increase in the aerodynamic drag of the classifier. Therefore, it is proposed to make channel 5 of a large fraction bimetallic (see, for example, Bimetals. Dmitriev AN and other Perm, 1991, 416 pp.), Which for a given temperature drop practically eliminates the wave-like oscillation of the inner surface and, accordingly, the conditions to increase aerodynamic drag.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что соединение канала вывода классифицируемого материала в виде кольцевой щели и канала вывода крупной фракции в виде расширяющегося сопла из биметалла, соответственно, с проходным каналом для горячего и холодного потоков в корпусе термоэлектрического генератора позволяет использовать температурный перепад термодинамически расслоенного сжатого воздуха как источник электрической энергии для питания систем автоматизации процесса классификации порошковых материалов, что в целом снижает энергозатраты на производство готового продукта.The originality of the proposed technical solution lies in the fact that the connection of the outlet channel of the classified material in the form of an annular gap and the outlet channel of a large fraction in the form of an expanding nozzle from bimetal, respectively, with a passage channel for hot and cold flows in the case of a thermoelectric generator, allows the use of a temperature difference of thermodynamically stratified of compressed air as a source of electrical energy for power supply systems for the automation of the process of classification of powder mothers fishing, which generally reduces the energy used to produce the finished product.

Claims

Vortex classifier of powder materials, including a cylindrical straight-through vortex chamber with output channels of classified material in the form of ring slots, a swirling apparatus with input channels of powder material and output channels of coarse fractions, a swirler, valves and a control unit with temperature sensors for cold and hot flows, each channel the output of the large fraction is made in the form of an expanding nozzle of bimetallic material, while on the inner surface of the expanding nozzle made to trivial grooves, longitudinally located from its inlet to the outlet, characterized in that one of the outlet valves of the classified material in the form of an annular gap and one of the outlet channels of a large fraction in the form of an expanding nozzle from bimetal with longitudinally located grooves on the inner surface are connected to a thermoelectric generator made in the form of a housing with a passage channel for a hot stream of compressed air transporting classified material, and a passage channel for cold eye compressed air conveying coarse fractions, as well as with a set of differential thermocouples, "hot" ends of which are located in the through passage for flow of hot compressed air, and their "cold" ends disposed in the through passage for cold compressed air stream.