Анализ работы шлюзового затвора в линиях пневмотранспортировки сыпучих материалов

Шлюзовой затвор в линиях обработки сыпучих материалов одновременно выполняет и роль дозатора барабанного типа непрерывного действия [I]. Так, в отделителе концентрированных кормов, а также в мельничном производстве по рисунку 1 шлюзовой затвор используется для вывода продукта, находящегося в бункерах под избыточным давлением воздуха в линии его дальнейшей обработки, находящиеся под вакуумом или атмосферным давлением в них.

В отделитель воздух под давлением со взвешенным в нём материалом поступает по трубопроводу 1 в камеру бункера 6.

В связи с резким уменьшением скорости в нём (до 0,2...0,8 м/сек) материал падает на дно камеры, откуда непрерывно выводится шлюзовым затвором 2 наружу. Затем освобождённый от основной массы материала, но ещё запыленный воздух поднимается вверх и попадает в циклон 5. Так как в циклоне воздух резко меняет своё направление, частицы материала под действием центробежной силы выпадают и скатываются по жёлобу ко второму шлюзовому затвору 3. После этого освобождённый от материала воздух с некоторым количеством мельчайших частиц пыли направляется в выходной патрубок 4.

Рис. 1. Отделитель концкормов:

• 1    - трубопровод;

• 2 , 3 - шлюзовой затвор;

• 4    — выходной патрубок;

• 5    — циклон;

• 6    - камера

Привод такого шлюзового затвора производится от электродвигателя с редуктором для снижения частоты вращения его ротора. Так как работает он, находясь между средами с различным давлением воздуха, то целесообразно использовать в них этот перепад давлений для пневмопривода их ротора, как в известных ротационных пневматических машинах. С этой целью ротор барабанного шлюзового затвора (или дозатора) должен быть закреплён в корпусе эксцентрично, как в ротационном пластинчатом вакуумном насосе [2]. Тогда шлюзовой затвор можно характеризовать как ротационную пневматическую машину с вращательным движением ведущего звена, работающую с использованием потенциальной энергии сжатого воздуха, принцип работы которой не отличается от работы поршневых двигателей. Как и в поршневом, в ней внешняя работа совершается за счёт изменения параметров состояния сжатого воздуха в рабочей камере. В общем цикле работы такого шлюзового затвора можно выделить главные рабочие процессы: наполнения, расширения и выталкивания воздуха и продукта из рабочей камеры.

Упрощённая схема барабанного шлюзового затвора с пневмоприводом представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема усовершенствованного барабанного шлюзового затвора для сыпучих материалов:

I - ротор; 2 - корпус; 3 и 4 - каналы подачи и вывода продукта; 5 и б - лопатки ротора

Он содержит ротор 1, размещённый эксцентрично в корпусе 2, имеющем нагнетательный канал 3 подачи продукта в шлюзовой затвор и вакуумированный канал 4 выгрузки (или дозированной подачи) этого продукта в линию его дальнейшей обработки. Ротор шлюзового затвора снабжён лопатками 5, б с возможностью перемещения в его пазах.

В дальнейшем введём следующие обозначения:

К и L - нагнетательный канал подачи продукта в затвор и вакуумированный канал вывода его из шлюзового затвора;

г и R - радиусы ротора и расточки корпуса под него;

/ - длина ротора;

• z - количество лопаток ротора;

• е - эксцентриситет по осям ротора и корпуса;

• у- угол между соседними лопатками;

Фі и ф2 - углы поворота соседних лопаток I и 2 относительно горизонтальной ОСИ ПО рисунку 2 (ф2 ф! У).

При работе шлюзового затвора на торцы выступающей из паза ротора лопатки 5 действует перепад давлений: избыточного или атмосферного над ней и вакуума под ней. Появляется сила, равная произведению абсолютных давлений по обе стороны лопатки 5 на площадь выступающей её части из паза ротора 1.

Под действием этой силы ротор приводится во вращение с частотой, ограниченной силами сопротивления трению лопаток и сыпучего материала о корпус и его крышки, в пазах и в подшипниках ротора. Образующиеся между соседними лопатками ячейки, проходя при вращении ротора над каналом 3, наполняются сыпучим материалом из бункера под действием силы тяжести его и напора. Далее порция сыпучего материала, заключённая в этой ячейке между лопатками, продвигается к патрубку L и ссыпается по каналу 4 выгрузки в линию дальнейшей его обработки. Лопатки же этой ячейки, двигаясь далее, постепенно утопают в пазы ротора, уменьшая зазор корпус-ротора практически до нуля, после чего они снова выходят из пазов ротора в зоне загрузки сыпучим материалом, и процесс работы шлюзового затвора повторяется с частотой вращения ротора.

Производительность шлюзового затвора на сыпучих материалах в условиях поддержания постоянной частоты вращения ротора будет:

(Э = 60-у/- Ғ-1-p-z-n. кг/ч,          (1)

где у/- коэффициент степени заполнения ячей ротора;

Ғ - площадь поперечного сечения ячейки ротора в зоне её заполнения 2 сыпучим материалом, м ;

р - плотность сыпучего материала, кг/м³.

По этой зависимости производительность шлюзового затвора при остальных постоянных величинах зависит только от вместимости ячейки между соседними лопатками ротора, в связи с чем формы канала 3 подачи материала и образующей корпуса в зоне загрузки материала должны быть оптимизированы по обеспечению максимальной вместимости этих ячей в зоне загрузки.

Мощность привода шлюзового затвора зависит от скорости v вращения его ротора и суммы сил сопротивления его вра щению Р и может быть определена по формуле

N - ----, кВт,          (2)

где к — коэффициент, учитывающий вид сыпучего материала, равный £=1 для мелкозернистых материалов и к =2 для кусковых, легко распадающихся на отдельные частицы материалов.

Окружная скорость ротора находится в функции частоты вращения zz:

v = —, м/с,          (3)

где D внутренний диаметр расточки корпуса под ротор, м.

По зависимостям (2) и (3) частота вращения ротора шлюзового затвора зависит от суммы сил сопротивления его вращению Р и при холостом ходе резко увеличивается, что обуславливает необходимость установки в пневмоприводе такого шлюзового затвора специального центробежного регулятора, управляющего перепадом давлений на лопатке ротора.

Выводы

• 1.    Привод шлюзового затвора может быть обеспечен за счёт эксцентричного расположения ротора и создания перепада давлений воздуха на его лопатках.

• 2.    Для стабилизации частоты вращения ротора шлюзового затвора необходима установка в нём центробежного регулятора, управляющего перепадом давлений воздуха на его лопатках в зависимости от подачи сыпучих материалов в затвор.