Дозаторы для подачи зернистых материалов в зону высокого давления Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 669.213.3

ДОЗАТОРЫ ДЛЯ ПОДАЧИ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЗОНУ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

1 11 9 1

© В.П. Кольцов1, В.В. Елшин2, Нгуен Ван Хоан3

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведены конструктивные варианты исполнения дозаторов для загрузки и разгрузки рабочих зон аппаратов с высоким давлением различных, в том числе и зернистых материалов. Эффективность предложенных схем обусловлена широким использованием эластичных оболочечных констукций, что позволило исключить использование в конструкциях дозаторов пар трения скольжения. Ил. 6. Библиогр. 2 назв.

Ключевые слова: металлургия; давление; дозаторы; эластичный тор; простота; надёжность.

HOPPERS FOR FEEDING GRANULAR SUBSTANCES IN HIGH-PRESSURE ZONE V.P. Koltsov, V.V. Elshin, Nguyen Van Hoan

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article presents design variants of hoppers for charging and discharging granular and other substances into active areas of high pressure devices. The efficiency of the proposed circuits is conditioned by the wide use of elastic shell structures. The last allows to eliminate sliding friction pairs from hopper designs. 6 figures. 2 sources.

Key words: metallurgy; pressure; hoppers; elastic torus; simplicity; reliability.

1Кольцов Владимир Петрович, доктор технических наук, профессор кафедры оборудования и автоматизации в машиностроении, тел.: (3952) 405150, e-mail: kolcov.@istu.edu

Koltsov Vladimir, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Machinery and Automation of Mechanical Engineering, tel.: (3952) 405150, e-mail: kolcov.@Istu.edu

2Ёлшин Виктор Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры автоматизации производственных процессов, декан заочно-вечернего факультета, тел.: (3952) 405180, e-mail: dean_zvf@istu.edu

Elshin Victor, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Automation of Technological Processes, Dean of the Correspondence and Extramural Faculty, tel.: (3952) 405180, e-mail: dean_zvf@istu.edu 3Нгуен Ван Хоан, аспирант, тел.: +79247018668, e-mail: nguyenhoanirk@yahoo.com Nguyen Van Hoan, Postgraduate, tel.: +79247018668, E-mail: nguyenhoanirk@yahoo.com

38

ВЕСТНИК ИрГТУ №5 (76) 2013

Механика и машиностроение

В настоящее время в металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности широко применяют дозаторы для подачи различных материалов в рабочие камеры машин и аппаратов.

В процессе эксплуатации дозаторы работают в самых различных условиях: это и высокие температуры, значительные давления, разнообразные рабочие среды и т.п. Поэтому и требования, предъявляемые к дозаторам, разнообразны. Это надёжность, прочноть, долговечность, низкая стоимость, взрывобезопасность и многое другое.

Имеющийся опыт проектирования и эксплуатации дозаторов говорит о том, что практически из всех видов устройств для подачи зернистых материалов наиболее сложными в проектировании, изготовлении и эксплуатации являются дозаторы для загрузки и выгрузки аппаратов высокого давления. Зачастую невозможно подобрать из существующих устройств вариант, удовлетворяющий заданным требованиям технологического процесса из-за сложности конструкции или необеспечения надёжности работы.

Развитие нано и химических технологий в области создания новых эластичных материалов существенно расширяет возможности конструкторов-

проектировщиков по созданию новых машин и механизмов на базе широкого использования эластичных оболочечных конструкций, имеющих повышенные или новые эксплуатационные свойства. Особое место среди таких конструкций занимают тороидальные (выворачивающиеся) оболочки. Перемещение тороида под действием внутренних или внешних сил происходит в осевом направлении путём выворачивания или наволакивания оболочки по жёсткой или эластичной опорной поверхности. За счёт преобразования работы давления сжатого газа в натяжение замыкающей оболочки стало возможным осуществление продольного перемещения, захват и удержание грузов. При этом скорость движения центральной части тора относительно его периферии при выворачивании имеет вдвое большую величину [1].

Выворачивающаяся (наволакивающаяся) эластичная тороидная часть за счёт избыточного давления в оболочке или сил тяжести перемещается в осевом направлении путём выворачивания внутренней или наволакивания внешней части тороида.

К настоящему времени в различных отраслях промышленности уже создано достаточно много схем и конструкций, в которых широко используются эластичные элементы. Ниже приведены новые варианты дозатора в области металлургии благородных металлов для подачи зернистых материалов в зону высокого давления с применением эластичного тора, наполненного газом или жидкостью под давлением [2].

На рис. 1 и 2 изображён первый вариант дозатора для подачи зернистых материалов в зону высокого давления. На рис. 1 показан дозатор в положении за-груки зернистого материала, а на рис. 2 - в положении разгрузки его в рабочую камеру. Конструктивно дозатор представляет следующее. Из бункера 1 в камеру 2 с высоким давлением контейнером 3 перемещается рабочая среда 4. Контейнер 3 - это заглушенный пу-

стотелый вертикально установленный цилиндр, на боковой поверхности которого вверху и внизу прорезаны отверстия: верхние отверстия 5 служат для загрузки рабочей среды 4, а нижние, отверстия 6, - для разгрузки контейнера 3. Контейнер 3 установлен в цилиндрическом корпусе 7 устройства с возможностью осевого перемещения в деформированном в радиальном направлении торе 8, который выполнен из эластичного материала и наполнен жидкостью или газом. Привод 9 сообщает контейнеру 3 с помощью штока 10 возвратно-поступательное движение. Дно 11 контейнера 3 для улучшения разгрузки выполнено в виде конуса.

Рис. 1. Дозатор в положении загрузки цилиндрического контейнера

Рис. 2. Дозатор в пложении цилиндрического контейнера в рабочую зону

Показанное устройство работает следующим образом. При перемещении контейнера 3 в верхнее положение отверстия 5 открыты, и рабочая среда 4 под собственным весом заполняет контейнер 3 (см. рис. 1). После заполнения контейнера 3 привод 9 с помощью штока 10 начинает перемещать контейнер 3 в нижнее положение. При работе привода скорость и

Механика и машиностроение

пройденный путь контейнера 3 в два раза превышает скорость движения и путь тора 8. Поэтому при перемещении контейнера 3 в нижнее положение верхние отверстия 5 герметично закрываются тором 8, после чего при дальнейшем смещении контейнера в нижнее положение открываются нижние отверстия 6 и рабочая среда 4 высыпается в камеру 2 (см. рис. 2). После окончания разгрузки контейнер 3 перемещается в верхнее положение и цикл повторяется.

На рис. 3 и 4 показан второй вариант дозатора. На них также показан дозатор в положении загруки зернистого материала (рис. 3) и в положении разгрузки его в рабочую камеру (рис. 4). Из бункера 1 в рабочую камеру 2 контейнером 3 также как и в первом варианте перемещается рабочая среда 4. Контейнер 3 представляет собой условную цилиндрическую ёмкость, образованную направляющими 5 и конусными шайбами 6, размещёнными на штоке 7 привода 8. Контейнер 3 установлен и герметизируется в корпусе 9 устройства с помощью деформированного в радиальном направлении тора 10. Привод 8 сообщает штоку 7 возвратно-поступательное движение, необходимое для работы устройства.

Рис. 4. Дозатор в с тарельчатыми шайбами в положении разгрузки в рабочую зону

Рис. 3. Дозатор с тарельчатыми шайбами в положении загрузки контейнера

Во втором варианте устройство работает следующим образом. При перемещении штока 7 в верхнее положение рабочая среда 4 в бункере 1 заполняет свободное пространство между направляющими 5 и конусными шайбами 6 (см. рис. 3). С началом движения в положение разгрузки (вниз) пространство между шайбами 5 последовательно от нижних шайб 6 герметично замыкается деформированным тором 10 по наружному контуру шайб 6. При дальнейшем движении шайбы 6 выходят за пределы тора 10 и рабочая среда 4 высыпается в бункер 2. В нижнем положении штока 7 процесс разгрузки заканчивается (рис. 4). Затем шток 7 приводом 8 возвращается в исходное верхнее положение и цикл загрузки рабочей камеры повторяется.

На рис. 5 и 6 показан третий вариант дозатора для подачи зернистых материалов в зону высокого давления с промежуточной зоной, которая может понадобится для выравнивания или установления необходимого давления в загружаемом или выгружаемом материале.

В третьем случае так же, как и в предыдущих вариантах, из бункера 1 в рабочую камеру 2 контейнером 3 перемещается рабочая среда 4. Контейнер 3 представляет собой условную цилиндрическую ёмкость, образованную конусными шайбами 5, размещёнными на штоке 6 привода 7, ограниченную направляющими 8. Контейнер 3 установлен и герметизируется в корпусе 9 устройства с помощью двух деформированных в радиальном направлении торов 10. Торы 10 установлены на расстоянии друг от друга с образованием между ними промежуточной зоны. Через патрубок 11 в промежуточной зоне может создаваться необходимое давление. Привод 7 сообщает штоку 6 возвратно-поступательное движение, требуемое для работы устройства.

Устройство работает следующим образом. При перемещении штока 6 в верхнее положение (см. рис. 5) рабочая среда 4 в бункере 1 заполняет свободное пространство между направляющими 8 и шайбами 5. С началом движения в положение разгрузки (вниз) пространство между шайбами 5 последовательно от нижних шайб 5 герметично замыкается деформированным тором 10 по наружному контуру шайб 5. При дальнейшем движении шайбы 5 выходят за пределы тора 10 и рабочая среда 4 высыпается в промежуточную зону между торами. Рабочая среда, находящаяся в промежуточной зоне, синхронно со средой из бункера 1 перемещается в рабочую камеру 2, где высыпается под собственным весом вниз в рабочую зону. В нижнем положении штока 6 процесс разгрузки заканчивается (см. рис. 6). Затем шток 6 приводом 7 воз-

Рис. 5. Дозатор с промежуточной зоной в положении разгрузки

Рис. 6. Дозатор с промежуточной зоной в положении загрузки

вращается в исходное верхнее положение и цикл загрузки рабочей камеры повторяется.

Таким образом, все вышеописанные варианты дозатора для подачи зернистых материалов в зону высокого давления с применением эластичного тора, наполненного газом или жидкостью под давлением, обеспечивают повышение надёжности работы за счёт упрощения конструкции и исключения из конструкции дозаторов пар трения скольжения. Отсутствие пар трения скольжения исключает абразивный износ деталей в подвижных соединениях. Использование эла-

стичных торов позволяет существенно упростить конструкцию, обеспечить герметизацию, уменьшить габариты дозатора. Такие устройства при разумном использовании обладают высокой мобильностью, простотой эксплуатации, ремонта, монтажа и демонтажа, особенно в экстремальных условиях. Простота конструкции предлагаемых решений позволяет в разы снизить себестоимость устройства.

Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства РФ в рамках постановления № 218 (проект № 2.625.31.0075).

Механика и машиностроение

Библиографический список

1. В.Н. Шихирин, В.Ф. Ионова, О.В. Шальнев, В.И. Котлярен- загрузки и выгрузки камер высокого давления (варианты) / ко. Эластичные механизмы и конструкции. Иркутск: Изд-во В.П. Кольцов, В.В. Ёлшин, Ван Хоан Нгуен; опубл. ИрГТУ, 2006, 287 с. 10.01.2013. Бюл. № 1.

2. Патент РФ № 2471543, МПК кл. В0и3/02. Устройство