Смеситель для сыпучих материалов

 

Изобретение относится к приготовлению смесей из сыпучих материалов с использованием вибрации. Цель изобретения - повышение качества смеси и производительности процесса перемешивания. Смеситель содержит станину, контейнер, опирающийся на первые упругие элементы и вторые упругие элементы, первый электромагнит с первым якорем, второй электромагнит со вторым якорем, загрузочные патрубки и разгрузочный патрубок. Контейнер по высоте снабжен горизонтально расположенными дисками, при этом нечетные диски выполнены с периферийной сеткой, четные диски - с центральной сеткой. Смеситель снабжен системой управления. Компоненты смеси при вибрации контейнера совершают сложное пространственное перемещение и перемешиваются между собой. Система управления вырабатывает две последовательности импульсов, поступающих на первый и второй электромагниты, при этом соотношение частот следования импульсов, поступающих на электромагниты, составляет 2:3. Система управления выполняет и вторую функцию: поддерживает резонансный режим колебаний контейнера 2 в направлениях установки первого и второго электромагнитов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (51)5 В 01 F 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4756617/26 (22) 03,11.89 (46) 15.04.92. Бюл. N 14 (71) Воронежский инженерно-строительный институт (72) Л, Г. Гольденберг (53) 66.012-52(088.8) (56) Патент США

¹ 44661100554466, кл. В 01 F 11/00, 1987. (54) СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к приготовлению смесей из сыпучих материалов с использованием вибрации. Цель изобретения — повышение качества смеси и производительности процесса перемешивания. Смеситель содержит станину, контейнер, опирающийся на первые упругие элементы и вторые упругие элементы, первый электромагнит с первым якорем, второй электроИзобретение относится к приготовлению смесей из сыпучих материалов с использованием вибрации и может применяться в химической, пищевой, огнеупорной и других отраслях промышленности.

Известен смеситель для сыпучих материалов, содержащий станину, контейнер, вибровозбудитель, датчик вибрации и систему управления.

B известном смесителе благодаря системе управления колебания контейнера при изменении массы материала, находящегося в контейнере, осуществляются в резонансном режиме. Это позволяет интенсифицировать процесс перемешивания за счет

„„ЫЛ„„1726000 А1 магнит со вторым якорем, загрузочные патрубки и разгрузочный патрубок. Контейнер по высоте снабжен горизонтально расположенными дисками, при этом нечетные диски выполнены с периферийной сеткой, четные диски — с центральной сеткой. Смеситель снабжен системой управления. Компоненты смеси при вибрации контейнера совершают .сложное пространственное перемещение и перемешиваются между собой. Система управления вырабатывает две последовательности импульсов, поступающих на первый и второй электромагниты, при этом соотношение частот следования импульсов, поступающих на электромагниты, составляет 2:3.

Система управления выполняет и вторую функцию: поддерживает резонансный режим колебаний контейнера 2 в направлениях установки первого и второго электромагнитов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. повышенных значений параметров вибрации (виброперемещений, виброускорений).

Недостатком известного смесителя является невозможность существенного и одновременного повышения качества смеси и производительности процесса перемешивания. Недостаток обусловлен тем, что в известном смесителе компоненты смеси, загруженные в контейнер, на протяжении всего времени перемешивания находятся в нижней зоне контейнера. Это приводит к . тому, что при вибрации происходятуплотнение перемешиваемого материала и его агрегирование (окомкование), что отрицательно влияет на процесс перемешивания. В уплотненной смеси не создаются сложные траек1726000

25

55 тории движения отдельных частиц и незначительным является путь смешения. Увеличение продолжительности процесса перемешивания повышает качество смеси, однако при этом снижается производительность.

Цель изобретения — повышение качества смеси и производительности процесса перемешивания.

Указанная цель достигается тем, что смеситель для сыпучих материалов, содержащий станину, контейнер, первый вибровозбудитель, датчик вибрации и систему управления, вход которой соединен с датчиком вибрации, а первый выход — с первым вибровозбудителем, снабжен вторым вибровозбудителем, контейнер по высоте снабжен горизонтально расположенными дисками, при этом второй вибровозбудитель расположен перпендикулярно первому вибровозбудителю, нечетные диски выполнены с периферийной сеткой, четные — с центральной сеткой, второй выход системы управления соединен с вторым вибровозбудителем, в состав системы управления введены экстремальный регулятор, интегратор, электродвигатель с двумя наборами равноудаленных один от другого секторов, закрепленных на его валу, два ключевых элемента и два усилителя мощности, причем вход системы управления через экстремальный регулятор и интегратор соединен с электродвигателем, первый и второй наборы секторов установлены с возможностью перемещения относительно первого и второго ключевых элементов, выходы которых через первый и второй усилители мощности соединены соответственно с первым и вторым выходами системы управления, диаметр d центральной сетки и ширина h периферийной сетки удовлетворяют соотношению б= И, 2 а количество N> секторов первого набора и количество Nz секторов второго набора удовлетворяют соотношению

М1 2

Nz 3

Указанная цель достигается также тем, что первый и второй вибровозбудители выполнены в виде электромагнита, установленного на станине, якоря, установленного на контейнере, и упругих элементов, установленных между контейнером и станиной.

Указанная цель достигается также тем, что первый и второй вибровозбудители установлены горизонтально.

Указанная цель достигается также тем, что первый сектор первого набора и первый сектор второго набора установлены на валу электродвигателя с нулевым угловым сдвигом.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 — сечение А — А на фиг.1; на фиг.3 — сечение Б-Б на фиг,1; на фиг.4 показана траектория движения контейнера, Смеситель (фиг,1 — 3) содержит станину

1, контейнер 2, первый вибровозбудитель, включающий первые электромагнит 3, якорь 4 и упругие элементы 5, второй вибровозбудитель, включающий вторые электромагнит 6, якорь 7 и упругие элементы 8, датчик 9 вибрации и систему 10 управления.

Электромагниты 3 и 6 установлены горизонтально и закреплены на станине 1, якоря 4 и 7 — на контейнере 2, а упругие элементы 5 и 8 установлены между контейнером и станиной.

В контейнере 2 расположены горизонтальные диски, снабженные сеткой, причем нечетные диски 11 снабжены периферийной сеткой, а четные диски 12 — центральной сеткой. На контейнере 2 установлены загрузочные патрубки 13 и разгрузочный патрубок 14.

Система 10 управления содержит экстремальный регулятор 15, интегратор 16, электродвигатель 17, первый набор секторов 18, второй набор секторов 19, первый ключевой элемент 20, второй ключевой элемент 21, первый усилитель 22 мощности и второй усилитель 23 мощности. Первый и второй наборы секторов 18 и 19 закреплены на валу электродвигателя 17, секторы в каждом наборе равноудалены друг от друга и установлены с возможностью перемещения относительно первого и второго ключевых элементов 20 и 21.

На фиг.1 обозначены; d — диаметр центральной сетки, h — ширина периферийной сетки.

Смеситель для сыпучих материалов работает следующим образом. перед загрузкой смесителя систему 10 управления подключают к источнику питания (не показан), на выходе первого усилителя 22 мощности и выходе второго усилителя 23 мощности при этом появляются последовательности однополярных прямоугольных импульсов напряжения, которые поступают соответственно на первый 3 и второй 6 электромагниты. Возникают импульсы тягового усилия, которые периодически притягивают первый якорь 4 к первому электромагниту 3 и второй якорь

7 к второму электромагниту 6. Поскольку якоря 4 и 7 жестко соединены с контейнером 2 и установлены перпендикулярно один

1726000

55 (2) 50 другому, движение контейнера происходит по траектории, характер которой определяется соотношением частот следования импульсов, поступающих на электромагниты 3 и 6, и фазовым сдвигом между последовательностями импульсов, поступающих на электромагниты 3 и 6.

Экспериментальная проверка показывает, что процесс перемешивания сыпучих материалов протекает наиболее эффективно (с максимально возможными в данных условиях производительностью и коэффициентом однородности смеси), когда соотношение частот следования импульсов, поступающих на электромагниты 3 и 6, составляет 2:3, а фазовый сдвиг между последовател ьностями импул ьсов, поступающих на электромагниты 3 и 6, равен нулю. При этих условиях траектория движения контейнера 2 имеет вид, показанный на фиг.4, т,е. отображается сложной кривой, расположенной в горизонтальной плоскости.

В перемещающийся контейнер 2 через загрузочные патрубки 13 подают компоненты смеси, которые ссыпаются на первый нечетный диск 11. Благодаря сложной траектории движения контейнера компоненты смеси перемешиваются на поверхности диска 11, а образующаяся смесь распределяется по этой поверхности. На периферии диска 11 расположена сетка, отверстия в которой выполонены так, чтобы образующаяся смесь просыпалась через них отдельными потоками. Смесь с поверхности диска 11 ссыпается через отверстия в сетке и попадает на первый четный диск 12, периферийная часть которого выполнена, сплошной, т.е. отдельные потоки материала объединяются в общий поток. Благодаря сложной траектории движения контейнера 2 компоненты смеси дополнительно перемешиваются на поверхности первого четного диска 12. Первый четный диск 12 снабжен центральной сеткой, через которую просыпается материал, распределенный на поверхности первого четного диска 12, т,е. вновь происходит разделение материала на отдельные потоки. В дальнейшем, при движении материала в сторону разгрузочного патрубка 14 отдельные потоки образующейся смеси объединяются в общий поток, который вновь разделяется на отдельные потоки, и т.д. Готовая смесь удаляется через разгрузочный патрубок 14.

Повышение производительности процесса перемешивания и качества (однородности) смеси юбеспечивается в смесителе благодаря совокупности эффектов, обусловленных его конструкцией, Повышение производительности достигается за счет того, что перемешивание осуществляется во всем объеме контейнера 2 (количество дисков выбирается таким, чтобы максимально использовался заданный объем контейнера).

Повышение качества (однородности) смеси достигается за счет нескольких факторов. Поскольку материал в контейнере под действием гравитационных сил перемещается сверху вниз, а под действием вибрации — по поверхности дисков, создается одновременное продольное и поперечное перемещение материала, способствующее равномерному распределению компонентов смеси в ее объеме. Повышению качества смеси способствуют также сложная траектория движения контейнера и чередование дисков с периферийной и центральной сетками.

Эти факторы увеличивают расстояние, которое проходят частицы компонентов смеси в процессе ее образования, что является одним из существенных условий образования однородной смеси. Периодическое разделение материала на отдельные потоки уменьшает вероятность его окомкования.

На производительность процесса перемешивания и качество смеси влияние оказывают также соотношения геометрических размеров центральной и периферийной сеток. Экспериментальная проверка показывает, что оптимальными являются соотношения размеров, вытекающие из условий:

d =dBH

s> = sz (1) где d — диаметр центральной сетки;

dB — внутренний диаметр периферийной сетки;

s> — площадь центральной сетки;

sz — площадь периферийной сетки.

С учетом первого соотношения в (1) равенство площадей центральной и периферийной сеток представляется в виде л Д л d+2h л

4 4 4 где h — ширина перифериной сетки.

Из (2) следует, что

d= h

2 1 (3)

На производительность и качество процесса перемешивания влияет также величина смещения контейнера 2 относительно его нейтрального положения при движении контейнера по результирующей траектории (фиг.4),.в частности, с повышением величины смещения характер движения частиц образующейся смеси дополнительно усложняется.

1726000

20 (5) 25

N< 2 (4) Nz 3

Поскольку траектория движения контейнера 2 (фиг.4) определяется суммой его движений в направлениях установки первого и BTopolo электромагнитов 3 и 6, то для повышения величины смещения контейнера относительно его нейтрального положения необходимо увеличивать амплитуду колебаний контейнера в указанных направлениях. В смесителе увеличение амплитуды колебаний достигается за счет автоматического поиска и поддержания резонансного режима колебаний контейнера 2 в направлениях установки первого и второго электромагнитов 3 и 6. При этом конструктивные особенности смесителя приводят к специфическим техническим решениям системы управления.

Первой особенностью системы управления является то, что для получения оптимальной траектории движения контейнера (фиг,4) в системе управления установлено устройство, позволяющее получить две последовательности импульсов напряжения, частоты следования которых удовлетворяют соотношению 2:3.

Устройство содержит электродвигатель

17, на валу которого закреплены первый 18 и второй 19 наборы секторов, установленных с возможностью перемещения относительно первого и второго ключевых элементов 20 и 21, а также первый и второй усилители 22 и 23 мощности. Секторы закреплены на валу электродвигателя так, что первый сектор первого набора и первый сектор второго набора установлены с нулевым угловым сдвигом. Количество N> секторов в первом наборе и количество Nz секторов во втором наборе удовлетворяют соотношению

При вращении вала электродвигателя

17 секторы 18 попадают в зону расположения первого ключевого элемента 20, а секторы 19 — в зону расположения второго ключевого элемента 21, При этом ключевые элементы срабатывают и на их выходе появляются импульсы напряжения. Поскольку секторы равноудалены один от другого, то при вращении вала электродвигателя на выходе ключевых элементов

20 и 21 формируются две последовательности прямоугольных импульсов напряжения, частоты следования которых удовлетворяют соотношению 2:3. Поскольку первый сектор первого набора и первый сектор второго набора установлены

55 с нулевым угловым сдвигом, то фазовый сдвиг между последовательностями импульсов равен нулю.

Через первый и второй усилители 22 и

23 мощности импульсы поступают на электромагниты 3 и 6, создавая оптимальную траекторию движения контейнера 2.

Второй особенностью системы управления является то, что при сохранении оптимальной траектории движения контейнера

2, т.е. при сохранении соотношения частот следования импульсов, поступающих на первый и второй электромагниты 3 и 6, равного 2:3, она автоматически поддерживает резонансный режим колебаний контейнера

2 в направлениях установки электромагнитовЗи6.

Необходимость использования автоматики для поддержания резонансного режима колебаний контейнера 2 обусловлена тем, что частота собственных колебаний контейнера 2 где с — жесткость упругих элементов;

m — суммарная масса контейнера 2 и находящегося в нем материала, в процессе работы смесителя изменяется.

Изменение частоты собственных колебаний контейнера происходит из-за влияния неконтролируемых возмущений, пирводящих к тому, что масса находящегося в контейнере материала изменяется во времени.

Основными возмущениями, приводящими к изменению массы находящегося в контейнере материала, являются изменение гранулометрического состава компонентов смеси, изменение влажности компонентов, колебания расхода поступающего материала и т.д. При появлении этих возмущений условия прохождения материала (образующей смеси) через отверстия в дисках, расположенных по высоте контейнера, изменяются, и соответственно изменяется масса материала, находящегося в контейнере 2.

Резонансный режим колебаний контейнера 2 необходимо поддерживать как в направлении установки первого электромагнита 3, так и в направлении установки второго электромагнита 6. Однако конструктивные особенности смесителя упрощают эту задачу.

Первая особенность смесителя состоит в том, что изменение массы материала, находящегося в контейнере, одинаковым образом влияет на изменение частоты

1726000

10 собственных колебаний контейнера как в направлении установки первого электромагнита 3, так и в направлении установки второго электромагнита 6..3то непосредственно следует. из того, что первый и второй электромагниты приводят в колебательное движение один и тот же контейнер 2. Вторая особенность смесителя состоит в том. что жесткость с> упругих элементов 5, смонтированных в направлении установки первого электромагнита, и жесткость cz упругих элементов 8, смонтированных в направлении

10 установки второго электромагнита 6, выбра. ны так, что удовлетворяют соотношению с> 4 (6)

15 сг 9

Из (5) и (6) следует, что при:фикси- . рованной массе контейнера 2 частоты. собственных колебаний контейнера в направлениях установки первого и второго..20 электромагнитов 3 и 6 будут удовлетворять соотношению г с) 2

3 (7) т.е. находятся в таком же соотношении, квк 25 и частоты следования импульсов, поступающих на электромагниты 3 и 6 из системы 10 управления.

Первая и вторая особенности смесителя, взятые в их совокупности, упрощают задачу поддержания резонансного режима колебаний контейнера 2 в направлениях установки первого и второго эелктромагнитов

3 и 6. Из рассмотренных особенностей следует, что аппаратурные затраты необходи-. мы только для поддержания резонансного режима в направлении установки одного электромагнита, например первого. Резонансный режим в направлении второго электромагнита будет поддерживаться без дополнительных аппаратурных затрат.

Для поиска и поддержания резонансного режима колебаний контейнера 2 в направлении установки первого электромагнита 3 используют датчик 9 вибрации, экстремальный регулятор 15 и интегратор

16 (фиг.1), Выходной сигнал датчика 9 вибрации поступает на экстремальный регулятор 15.

На выходе экстремального регулятора 15 формируется сигнал постоянного уровня, знак которого зависит от того, в.какой области — дорезонансной или зарезонансной— находится колебательная система. Для выхода на резонансный режим путем его по- 55 иска выходное напряжение экстремального. регулятора интегратором 16 преобразуется . в линейно изменяющееся напряжение, которое либо увеличивает (если система находится в дорезонансной области), либо уменьшает (если система находится в зарезонансной области) частоту следования импульсов, поступающим... на первый электромагнит.3.

Преобразование выходного напряжения интегратора 16 в частоту следования импульсов осуществляется за счет того, что выходное напряжение интегратора поступает на электродвигатель.17, частота вращения вала которого пропорциональна подведенному к электродвигателю напряжению.

Изменение частоты вращения вала электродвигателя 17 приводит к изменению частоты следования импульсов, поступающих на электромагниты 3 и 6, причем частота следования импульсов увеличиватся или уменьшается в соответствии с увеличением или уменьшением напряжения на выходе интегратора 16, т.е. в соответствии со знаком сигнала на выходе экстремального регулятора 15. Колебательная система переходит из дорезонансного режима в зарезонансный и обратно через резонансный режим, т.е. колебания происходят на частотах, находящихся в окрестности экстремума.

С достаточной для практики точностью такие колебания, принципиально необходимые для поиска и поддержания экстремума, обеспечивают получение максимально возможных в данных условиях (т.е. при имеющейся загрузке контейнера, при имеющемся демпфировании колебаний образующейся смесью) амплитуд виброперемещений контейнера 2.

Повышение амплитуды колебаний контейнера 2 в направлениях установки электромагнитов 3 и 6 приводит к тому, что результирующая траектория движения контейнера 2 будет характеризоваться его максимальными смещениям и относительно нейтрального положения, что способствует достижению цели изобретения.

Датчик 9 вибрацйи выполнен в виде устройства, оценивающего уровень вибрации контейнера по величине мощности, потребляемой одним из вибровозбудителей.

Экспериментальная проверка показывает, что предлагаемый Смеситель (при заданном объеме контейнера) позволяет на

70 — 85 повысить производительность процесса перемешивания сыпучих материалов по сравнению с производительностью, достигаемой в известных смесителях, в частности в смесителе по схеме прототипа. При этом одновременно на -35 45 снижается коэффициент неоднородности смеси. Приведенные результаты получены при приготовлении смесей, используемых в

1726000

12 огнеупорной, химической и пищевой отраслях промышленности.

Формула изобретения

1. Смеситель для сыпучих материалов, содержащий станину, контейнер, первый вибровозбудитель, датчик вибрации и систему управления, вход которой соединен с датчиком вибрации, а первый выход- с первым вибровозбудителем, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества смеси и производительности процесса перемешивания, он снабжен вторым вибровозбудителем, контейнер по высоте снабжен горизонтально расположенными дисками, при этом второй вибровозбудитель расположен перпендикулярно первому вибровозбудителю, нечетные диски выполнены с периферийной сеткой,.четные диски — с центральной сеткой, второй выход системы соединен с вторым вибровозбудителем, в состав системы управления введены экстремальный регулятор, интегратор, электродвигатель с двумя наборами равноудаленных друг от друга секторов, закрепленных на его валу, два ключевых элемента и два усилителя мощности, причем вход системы управления через экстремальный регулятор и интегратор соединен с электродвигателем, первый и второй наборы секторов установлены с возможностью перемещения относительно первого и второго ключевых элементов, выходы которых через первый и второй усилители мощности соединены соответственно с первым и вто5 рым выходами системы управления, диаметр d центральной сетки и ширина h периферийной сетки удовлетворяют соотношению

d= h, 2

10 а количество N i секторов первого набора и количество Nz. . секторов второго набора удовлетворяют соотношению N >/Nz = 2/3.

15 2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что первый и второй вибровозбудители выполнены в виде электромагнита, установленного на станине, якоря, установленного на контейнере, и упругих элементов, 20 установленных между контейнером и станиной.

3. Смеситель по пп.1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что первый и второй вибровозбудители установлены горизонтально.

25 4, Смеситель по п.1, отличающийся тем, что первый сектор первого. набора и первый сектор второго набора установлены на валу электродвигателя с нулевым угловым м сдвигом.

Составитель Л. Гольденберг

Редактор А. Маковская Техред М,Моргентал Корректор Н. Ревская

Заказ 1223 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101