Дозирование
 Скачать 5.11 Mb.
|
|
Г л а в а 3 ПИТАТЕЛИ Для формирования непрерывного потока зернистого материала в весовых дозаторах непрерывного действия наиболее часто применяются следующие типы питателей: ленточный; шнековый; спиральный; секторный; вибрационный. На наш взгляд, хорошие перспективы промышленного использования имеют трубчатые питатели. Рассмотрим более подробно указанные типы питателей объемного принципа действия. 3.1. ЛЕНТОЧНЫЕ ПИТАТЕЛИ Ленточные питатели чаще всего используются в ленточных весовых дозаторах. На рисунке 3.1 дана типовая схема ленточного питателя объемного принципа действия. Питатель состоит из бункера 1 с задвижкой 2 и ленточного транспортера 3 с приводом 4. Объемная производительность может регулироваться, как положением задвижки 2, так и скоростью движения ленты 3. Точность подачи зависит от характера истечения зернистого материала из бункера 1 на ленту транспортера 3. В свою очередь, характер истечения или высыпания зернистого материала из бункера зависит от формы и размеров бункера 1 и выпускного отверстия в задвижке 2, скорости движения ленты транспортера 3, вибрации этой ленты и т.д. Одна из проблем ленточного питателя заключается в том, что наблюдается неравномерное истечение зернистого материала из бункера. В частности, в зоне А, которая прилегает к передней стенке бункера, материал практически не движется. Для устранения этого нежелательного эффекта применяют различные конструктивные приемы. На рисунке 3.2 показана схема истечения зернистого материала из бункера. Рис. 3.1. Схема ленточного питателя 1 2 3 4 А Рис. 3.2. Схема истечения материала из бункера и профили скоростей Прежде всего, предложено устанавливать ленточный транспортер под некоторым углом θ к горизонтали. Нижний край бункера наклонен относительно ленты транспортера на угол φ. Боковые стенки бункера наклонены к оси под углами λ таким образом, что бункер расширяется по направлению к разгрузочному отверстию (рис. 3.2, б). В зоне сдвига (зона I) материал из бункера попадает на ленту. Поскольку лента постоянно движется, в этой зоне происходит сдвиг одних слоев материала относительно других слоев. Такая ситуация наблюдается вплоть до разгрузочного отверстия. В зоне II материал свободно движется вместе с лентой. Массовую производительность питателя можно рассчитать следующим образом: v н e y B Q ρ = , (3.1) где ρ н – насыпная плотность зернистого материала в зоне II; В – ширина разгрузочного отверстия; v – скорость движения ленты. Следует отметить, что ρ н меньше, чем насыпная плотность материала в зоне I, поскольку отсутствует давление материала, находящегося в бункере. В работе [1] высоту слоя на ленте предлагают рассчитывать по следующей формуле: ) / ( ) 2 / ) 1 (( н ρ ρ + = e e C y y , (3.2) где С е – параметр, характеризующий распределение скорости зернистого материала на выходе из бункера. Оптимальное значение угла λ рассчитывается по формуле: } 5 , 0 ] / ) 1 /( 1 [ )] / 1 /( 2 /{[ ) 2 / ( tg − − − − = λ H y C y y L B e e e . (3.3) y o y e y I II а) λ θ φ б) L Зависимость оптимального значения угла λ от соотношения L/B показана на рис. 3.3. Следует отметить, что приведенная зависимость для расчета массовой производительности ленточного питателя может быть использована только для предварительных расчетов. Окончательно вопрос о зависимости производительности от скорости движения ленты и размеров разгрузочного отверстия решается при тарировке ленточного питателя. Рис. 3.3. Зависимость оптимального значения угла λ от L/B Компания Vibra Screw Inc [2] выпускает ленточные питатели двух типов: LBB Belt Feeder; HD Volumetric Belt Feeder. Питатель LBB представляет собой бункер с нижней разгрузкой, снабженный вибрирующей насадкой и установленный над ленточным транспортером. Прецизионный шибер, снабженный микрометрическим винтом, позволяет изменять производительность в 20 раз при постоянной скорости ленты и постоянных параметрах вибратора. За счет шибера и изменений параметров вибрации насадки производительность питателя может изменяться в 100 раз. Предусмотрен также вариант изменения скорости движения ленты. Питатель HD (Heave Duty belt feeders) предназначен для работы в тяжелых условиях. Он может работать с различными типами бункеров. Выпускаются пять моделей с производительностью 70, 400, 1200, 1400 и 4800 футов кубических в час. На рисунке 3.4. представлен один из ленточных питателей. 3.2. ШНЕКОВЫЕ И СПИРАЛЬНЫЕ ПИТАТЕЛИ При дозировании плохо сыпучих материалов наиболее часто используются шнековые и спиральные питатели. На рисунке 3.5 показана базовая конструкция шнекового питателя. Питатель состоит из бункера 1, шнека 2 и привода 3. Равномерность непрерывной подачи зернистых материалов зависит от многих факторов: форма и размеры бункера; размеры отдельных частей шнека и их соотношения; скорость и равномерность вращения шнека; физико-механические характеристики дозируемого материала. Объемную производительность шнекового или спирального питателя можно рассчитать по следующей формуле [3]: ) ( 2 in 2 out R R P V V − π η = . (3.4) Таким образом, объемную эффективность шнековых питателей можно оценить коэффициентом η V : ) ( / 2 in 2 out R R P V V − π = η , (3.5) где V – реальный объем материала, высыпающийся из дозатора за один оборот шнека; R out , R in – соответственно наружный и внутренний радиусы шнека; Р – шаг витка. λ, град 6 5 4 3 2 1 2 4 6 8 L/B Рис. 3.4. Ленточный питатель типа HD Рис. 3.5. Схема шнекового питателя Рис. 3.6. Шнеки с увеличивающимся шагом или диаметром При работе шнековых и спиральных питателей наблюдается неравномерное движение зернистого материала в бункере, что отрицательно сказывается на постоянстве производительности. В частности, при использовании шнека с постоянным диаметром и постоянным шагом витков (рис. 3.5) в зоне А материал практически неподвижен, т.е. образуется застойная зона. Застойную зону можно уменьшить или совсем устранить за счет изменения конструкции шнека [4]. Некоторые конструкции шнеков представлены на рис. 3.6, 3.7. В частности, на рис. 3.6, а показан шнек с увеличивающимся шагом витков. Данное решение позволяет исключить застойную зону, но скорость движения материала в бункере не одинаковая. Такая же ситуация наблюдается при использовании шнека с увеличивающимся диаметром (рис. 3.6, б). Более эффективное решение заключается в сочетании двух предыдущих решений (рис. 3.7, а) или в комбинации шнека и спирали (рис. 3.7, б). В этих случаях удается организовать равномерное движение зернистого материала по всей ширине бункера. Следует особо отметить, что при изменении размеров или геометрии шнека изменяется коэффициент объемной эффективности, и это необходимо учитывать при расчетах. 1 3 2 I б) а) Рис. 3.7. Шнеки с изменяющейся формой Одной из ведущих компаний по производству шнековых питателей является K-TRON SODER [5]. В таблице 3.1 представлена информация о производительности некоторых моделей одно- и двухшнековых питателей, выпускаемых данной компанией. Таблица 3.1 Минимальная производительность Максимальная производительность Модель dm 3 /hr ft 3 /hr dm 3 /hr ft 3 /hr KQx4 0,12 0,002 313 6,49 S60 0,12 0,004 15 800 580 S100 10 0,4 900 318 S500 45 1,6 45 300 1585 Т60 13 0,45 7200 250 KT20 0,03 0,001 200 7,1 T35 1,2 0,04 2041 72,1 MT12 0,04 0,0014 4,0 0,14 BSP-100 2 0,07 400 14 BSP-135 22 0,8 4400 155 BSP-150-S 34 1,2 6700 237 BSP-150-P 46 1,6 9000 318 а) б) а) б) Рис. 3.8. Шнековые питатели: а – стандартный вариант; б – вариант с повышенной точностью На рисунке 3.8 представлены два шнековых питателя, которые выпускает компания Vibra Screw Inc [6]. Максимальная производительность в разных моделях зависит от диаметра шнека. В таблице 3.2 представлена информация о производительности (Q, м 3 /ч) питателей компании Vibra Screw Inc в зависимости от диаметра шнека (D, мм). Таблица 3.2 D 6 10 13 16 19 25 38 51 76 102 Q 0,001 0,003 0,007 0,01 0,03 0,1 0,2 0,6 2,0 6,0 а) б) в) г) д) е) Рис. 3.9. Спиральные питатели компании Vibra Screw Inc. Данная компания выпускает также спиральные питатели, представленные на рис. 3.9. В таблице 3.3 представлена информация о максимальной производительности (футы кубические в час) в зависимости от угловой скорости вращения спирали (с –1 ). В группе винтовых питателей следует отметить питатель винтовой ПВ-200 [7], отличающийся применением трехскоростного двигателя, позволяющего использовать данный питатель в качестве "грубого" дозатора. При подаче постоянного материала подбирается опытным путем время работы питателя на разных режимах, т.е. дозирование происходит по времени. Кроме того, для облегчения движения материала шнек выполнен двухзаходным. Производительность – 4,2,1 л/с, длина транспортирования – 860 мм, диаметр шнека – 200 мм. Применяется в установках по производству сухих строительных смесей. Реверсивный шнековый питатель ПРШ-0,25 [8] предназначен для реверсивного транспортирования сыпучих материалов крупностью не более 2 мм. Состоит из корпуса с патрубком загрузки и двумя патрубками разгрузки, внутри которого расположен шнек, приводимый во вращение двигателем. Материал, поступающий в патрубок загрузки, в зависимости от направления вращения шнека, подается в тот или иной патрубок разгрузки. Основные характеристики питателя представлены в табл. 3.4. Таблица 3.3 МОДЕЛЬ BDFM Производительность, футы кубические в час Минимальная производительность Диапазон изменения скорости Размер 10:1 30:1 50:1 Максимальная производительнос ть BDFM-A/2 0,003 0,001 0,0006 0,03 BDFM-B/2 0,0075 0,0025 0,0015 0,075 BDFM-C/2 0,045 0,015 0,009 0,45 BDFM-D/2 0,12 0,04 0,024 1,2 BDFM-E/2 0,30 0,10 0,06 3,0 3.4. Техническая характеристика питателя ПРШ-0,25 Наименование Значение Производительность, м 3 /ч 25 Длина тpанспоpтиpования, мм 0,97/1,47 Диаметр шнека, м 0,25 Шаг шнека, м 0,2 Частота вращения шнека, об/мин 60 Редуктор 24-80-25-56-1-2-У2 ТУ2-056-218-83 Мощность двигателя, кВт 2,2 Габаритные размеры (L × B × H), мм 3083 × 732 × 437 Масса, кг 205 3.3. СЕКТОРНЫЕ ПИТАТЕЛИ В технической литературе можно встретить разные названия данного типа питателей: питатели с валом; секторные питатели; барабанные питатели; вращающийся клапан (rotary valve) и другие. Схемы некоторых конструкций представлены на рис. 3.10. Рис. 3.10. Схемы секторных питателей: а – цилиндрический; б – ячеистый; в – лопастной; г – с граненым барабаном; 1 – приемно-питающее устройство; 2 – барабан; 3 – выпускное устройство; 4 – задвижка Рис. 3.11. Секторные питатели При расчете объемной производительности секторных питателей, как и шнековых, необходимо знать коэффициент объемной эффективности η V. . Значение данного коэффициента зависит от геометрических и режимных параметров питателя, а также от физико-механических свойств дозируемого материала. При расчетах необходимо учитывать, что время пребывания каждой ячейки в загрузочной зоне должно быть больше чем время, которое необходимо частице для падения на дно ячейки. Таким образом, существует достаточно жесткая зависимость между скоростью вращения ротора, шириной зоны загрузки и глубиной ячейки. Иногда для достижения равномерного и полного заполнения ячеек уменьшают их глубину (рис. 3.10). На рисунке 3.11 представлены некоторые промышленные секторные питатели [9]. 3.4. ВИБРАЦИОННЫЕ ПИТАТЕЛИ Вибрационные питатели имеют меньшую металлоемкость, а их удельные энергозатраты практически не зависят от производительности. Конструкция вибрационных питателей проста и надежна, отличается небольшими габаритами и отсутствием вращающихся частей. Базовая схема вибрационного питателя показана на рис. 3.12. Питатель состоит из бункера 1, лотка 2, вибратора 3, задвижки 4 и основания 5. При вибрации лотка 2 сыпучий материал из бункера 1 вытекает на этот лоток и выгружается из питателя в виде непрерывного потока. Производительность регулируется частотой, амплитудой и направлением вибрации, а также геометрическими размерами лотка 2 и положением задвижки 4. Существуют различные модификации вибрационных питателей, которые позволяют повысить точность дозирования и учесть специфические особенности сыпучего материала. Рис. 3.12. Вибрационный питатель Рис. 3.13. Схема вибрационного питателя На рисунке 3.13 показана схема вибрационного дозатора, у которого лоток 2 выполнен в виде круглой пластины [10]. Сыпучий материал, высыпаясь из бункера 1, образует конус на пластине 2. Если пластина 2 совершает колебания, то материал высыпается из бункера непрерывным потоком. При неподвижной пластине 2 высыпание не происходит, поскольку расстояние между бункером и пластиной выбирается таким, чтобы угол наклона образующей конуса к горизонту был меньше угла естественного откоса. Колебания пластины осуществляются за счет вибратора 3. Для дозирования материалов с разными углами естественного откоса используется подвижная манжета 4. Для расширения диапазона регулирования производительности дозатора между выходным отверстием и пластиной 2 устанавливают ряд колец, соединенных с этой пластиной. В данном случае при выключенном вибраторе образуется ряд усеченных конусов из сыпучего материала [11]. Расстояния между кольцами выбираются из условий, описанных выше. Основным недостатком вибрационных дозаторов является сравнительно небольшой диапазон регулирования производительности при обеспечении требуемой точности. Рис. 3.14. Вибрационный лотковый питатель Laborette 24 Немецкая фирма FRITCH GmbH [12] предлагает лотковый питатель "Laborette 24", представленный на рис. 3.14. В результате вибрации желоба, изготовленного из нержавеющей высококачественной стали, сыпучие вещества равномерно транспортируются из воронки до свободного конца желоба. Производительность может индивидуально регулироваться с помощью отделенного от прибора устройства управления путем изменения амплитуды вибрации. С помощью микропроцессорной электронной системы электромагнит контролирует амплитуду вибрации, обеспечивая тем самым равномерную подачу даже минимальных количеств материала. 1 2 5 4 3 Питатель вибрационный ПВ-0,15 [13] предназначен для равномерной подачи с регулируемой производительностью нелипких сыпучих материалов для установки под бункерами на горизонтальных участках материалопроводов в качестве загрузочных устройств дозаторов, мельниц, сит и других технологических аппаратов. Рабочий орган представляет собой трубу круглого сечения, снабженную загрузочным патрубком. Рама предназначена для крепления двигателя и упругих связей. Торсионы предназначены для работы в качестве упругих связей и представляют собой трубы. Двигатель работает в колебательно-вращательном режиме. Колебания передаются рабочему органу через рессоры. Тяги обеспечивают упругую подвеску питателя к бункеру. Регулирование производительности осуществляется путем изменения напряжения питания двигателя с помощью пульта управления. Питатели типа ПВ рекомендуются для применения на предприятиях химической, металлургической, пищевой и других отраслей промышленности. Преимуществами вибрационных питателей типа ПВ являются возможность плавного регулирования производительности, доступность комплектующих изделий (в качестве вибровозбудителя применен стандартный асинхронный электродвигатель), мгновенное прекращение подачи материала при выключении вибровозбудителя. Основные технические характеристики представлены в табл. 3.5. 3.5. Технические характеристики ПВ-0,15 Значение Показатели 1 2 Производительность (по песку крупностью 0,5…2 мм), м 3 /ч 0,5…6 Внутренний диаметр рабочего органа, мм 150 Длина транспортирования, мм 800 Диаметр разгрузочного патрубка, мм 100 160 Привод – вибратор электромеханический ИВ-127Н 0,12 кВт; 2,5 кН Частота колебаний, Гц 12…25 Материал грузонесущего органа – сталь углеродистая Габаритные размеры (L × B × H), мм 1063 × 360 × 676 Масса, кг 51 51,5 Рис. 3.15. Схема питателя вибрационного бункерного 3.6. Технические характеристики питателя ПВБ-2,4/2 Наименование Значение Ширина короба, мм 2410 Длина короба, мм 2055 Площадь обезвоживающего сита, м 2 2,88 Производительность, м 3 /ч, не менее (при угле наклона днища короба 7…10°) 445 Вынуждающая сила, кН (кгс) 78,9(8043) Вибратор (2 шт.) Мощность двигателя, кВт 7,05 Длина, мм 2610 Ширина, мм 2580 Габаритные размеры (без учета подвесок) Высота, мм 1516 Масса, кг 3270 Питатель вибрационный бункерный ПВБ-2,4/2 [14], схема которого показана на рис. 3.15, предназначен для разгрузки из бункера и обезвоживания сыпучих, не склонных к налипанию материалов крупностью не более 20 мм и насыпным весом не более 2 т/м 3 при температуре окружающей среды от 273 до 313 К (от 0 до 40 °С). Основные технические характеристики данного питателя представлены в табл. 3.6. |