Gravimetrische Ausgleichseinrichtung für Schüttglter
Die Erfindung bezieht sich auf eine gravimetrische Ausgleichseinrichtung für Schüttgüter.
Derartige Einrichtungen werden für Schüttgüter gebraucht zum Ausgleich des Durchflusses bestimmter Materialien, welche von einer Mehrzahl von Zuflussrohren in einen gemeinsamen Behälter münden.
Beim Mischen von Schüttgütern ist es in gewissen Fällen wichtig, dass ein Zufluss aus einer Mehrzahl von Zufuhrleitungen vorgenommen werden kann, wobei ein bestimmtes, gewünschtes Mischungsverhältnis mit einer guten Genauigkeit beibehalten werden soll. Ein typisches Beispiel zum Mischen ist im U. S. Patent Nr. 3 106 385 erwähnt. Hier wird das Mischen von Schüttgütern, insbesondere Pulver oder Körnern in gravimetrischem Fluss über einzelne Rohrleitungen durchgeführt, deren Einlass an verschiedenen Stellen eines Sammelbehälters liegt.
Der Abfluss aus diesen Rohren wird hernach wieder zusammengeführt, so dass die Schüttgüter zu einer gemeinsamen Masse vereinigt werden, welche entweder in einem Kreislaufprozess zur Erreichung einer innigeren Mischung erneut vermischt, oder direkt abgeführt wird wenn der Vermischungsgrad dem vorgesehenen Zweck genügt.
Mit der Erfindung soll das umständliche und zeitraubende Einregulieren des Durchflusses von Schüttgütern vereinfacht werden, namentlich im Zusammenhang mit einem System, wie es im U. S. Patent Nr. 3 106 385 beschrieben ist.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen im wesentlichen vertikalen konischen Sammler mit kreisförmiger Querschnittsform, eine Mehrzahl von gleich grossen Material-Zufuhrrohren, welche im Oberteil des Sammlers endigen, wobei diese Rohre bezüglich der Horizontalebene mindestens über eine Länge - vom Sammler stromaufwärts gemessen-, die etwa dem dreifachen Zufuhr-Rohrdurchmesser entspricht, gleiche Neigung haben, bzw.
zueinander parallel verlaufen, die Ausflussenden der Rohre vom Zentrum des Trichters radial distanziert und gleichmässig verteilt angeordnet sind, während im Sammler-Unterteil eine konzentrisch angeordnete, gemeinsame Auslassöffnung vorhanden ist und im Sammler-Innern ein konzentrisch angeordnetes Durchfluss-Drosselorgan vorgesehen ist, welches zwischen den Auslassöffnungen der Zufuhrrohre und der Auslassöffnung angeordnet ist, wobei zwischen der Sammierwandung und dem Drosselorgan ein gleichmässig verteilter Spalt gebildet ist, dessen maximale Breite weniger als 50 o/o des minimalen Radius des Sammlers in demjenigen Bereich beträgt, in welchem das Drosselorgan angeordnet ist, und die gesamte Spalt-Fläche grösser ist als die Fläche der gemeinsamen Auslassöffnung, aber kleiner als die Gesamt-Innenfläche der Zuflussrohre,
und das Drosselorgan in einem Bereich angeordnet ist, welcher in Längsrichtung von den Ausflussenden der Zufuhrrohre mindestens um den dreifachen Rohrdurchmesser vertikal distanziert und von der gemeinsamen Ablassöffnung mindestens um eine vertikale Länge entfernt ist, die etwa der dreifachen Spaltbreite entspricht.
Eine derartige Einrichtung hat den Vorteil, dass die Ventile, welche bisher benötigt wurden, wegfallen, wenn die Anlage einmal eingestellt ist und zudem die Flusscharakteristik der Mischungskomponenten in weiten Grenzen variieren können. Ferner ist die Einrichtung kompakt und kann leicht in bestehende Installationen wie auch in Neu anlagen eingebaut werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer bevorzugten Einrichtung, wobei zur besseren Darstellung lediglich ein einziges Zufuhrleitungs-Paar dargestellt ist,
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Einrichtung gemäss Fig. 1,
Fig. 3 ist eine Ansicht mit teilweisem Schnitt durch eine Ausführungsvariante,
Fig. 4 ist eine Ansicht mit teilweisem Schnitt durch eine weitere Ausführungsvariante.
Gemäss den Fig. 1 und 2 ist je eine bevorzugte Ausführungsvariante dargestellt, die zum Einbauen in eine Anlage vorgesehen ist, in welcher Schüttgüter, also feste Körper in loser Schüttung in gravimetrischem Fluss durch neun Zufuhrrohre 10 zugeführt werden. Alle neun Zufuhrrohre 10 haben gleichen Durchmesser, beispielsweise 71 mm, die das Material von verschiedenen Orten und allenfalls verschiedenen Höhen heranführen, wie dies als Beispiel im U. S. Patent Nr. 3 106 385 dargestellt ist. Das zu naischende Material kann beispielsweise unregelmässig geformte Polyäthylen Kuben mit etwa 3 mm Seitenlänge enthalten. Dieses Material hat einen kritischen Abrntschwinkel von etwa 380.
Unter kritischem Abrutschwinkel wird derjenige Winkel verstanden, bei welchem das Material sich nicht mehr an der Wandung ansetzt, sondern unter seinem Eigengewicht abrutscht. Um einen kontinuierlichen gravimetrischen Fluss durch die Zuflussleitung 10 sicherzustellen, werden diese in einem Winkel von 60 zur Horizontalen gemessen eingeführt. Diese Neigung wird - von der Eintrittsstelle in den Sammler stromaufwärts gemessen - über eine Länge von mindestens dem 3fachen des Rohrdurchmessers beibehalten, im vorliegenden Fall über mindestens 300 mm. Unter dieser Voraussetzung ist der Abfluss der Schüttgüter im wesentlichen unabhängig von der Wandreibung und ferner stören sich auch die gegenseitigen Ströme nicht. Die Enden der Zufuhrrohre 10 sind radial vom Zentrum des Sammlers 11 entfernt und in kranzweiser Anordnung gleichmässig verteilt angeordnet.
Die Zufuhrrohre sind dabei um gleiche Winkel voneinander entfernt. Als Beispiel sei ein Mittelkreis von 152 mm Radius angenommen, auf welchem die Achsen der Zufuhrrohre 10 in gleichmässigen Abständen liegen. Die Neigung der Zufuhrrohre 10 bezüglich der Längsachse des Sammlers hat stets die gleiche Orientierung, d. h. alle gegen die Achse gerichtet oder alle von der Achse entfernt mit im wesentlichen gleichen Neigungswinkeln. Die Anordnung von entsprechenden Punkten der Zufuhrrohre 10 ist symmetrisch bezüglich der Längsachse des Sammlers 11, wobei die Zufuhrrohre 10 sowohl durch die Seitenwände eintreten könnten als auch durch den Deckel, wobei die letztere Ausführungsart bevorzugt ist.
Die Einrichtung gemäss den Fig. 1 und 2 ist mit einem Trichter 11 a versehen, der beispielsweise 457 mm Aussendurchmesser und 102 mm Höhe hat. Dieser Trichter steht mit einem Flansch 15 in Verbindung, mit welchem er an einer Scheibe 16 festgemacht ist. In dieser Scheibe endigen die Zufuhrrohre 10. Der sich nach unten verjüngende Trichter 1 1b ist beispielsweise 330 mm lang und mündet in ein einziges Auslassrohr 18 ein. Zum Zweck der Selbstreinigung ist es erwünscht, dass die Wände des Trichters 1 1b stärker geneigt sind, als dem kritischen Abrutschwinkel des Schüttgutes entspricht. Der zur Horizontalen gemessene Winkel beträgt hier etwa 600. Das Auslassrohr 18 hat eine lichte Weite von etwa 76 mm.
Im Innern des Trichters befindet sich eine Drosseleinrichtung 20, mit welcher der Durchfluss gedrosselt wird. Diese Drosseleinrichtung gestattet ein völliges Verschliessen des Durchflussspaltes, falls dies notwendig ist, beispielsweise für Reparaturzwecke oder bei Sinderun- gen im Zuleitungssystem. Da verschiedene Materialien sehr unterschiedliche Flusscharakteristiken haben, ist es wünschbar, die Drosseleinrichtung verstellbar zu machen, was durch deren Vertikalbewegung erfolgt, wodurch sich der optimale Spalt für ein jeweils durchfliessendes Material einstellen lässt.
Die Drosseleinrichtung 20 ist als Konus oder Kegel ausgebildet, der sich nach oben verjüngt und an der Basis einen Durchmesser von beispielsweise 254 mm hat. Der Zentriwinkel dieses Konus beträgt 900 und wird vorzugsweise aus einem Metallblech gebogen. Dieser Konus wird im Innern des Trichters 11 konzentrisch befestigt, wobei der Abstand in der obersten Endlage gemessen von der Peripherie der Drosseleinrichtung zu den Auslassenden der Zufuhrrohre mindestens das 3fache des Durchmessers der Zufuhrrohre 10 beträgt, und wobei in der untersten Endlage des Konus diese mindestens das 3fache des maximalen radialen Spaltes zwischen der Peripherie der Drosseleinrichtung 20 und der Wandung des Trichters oberhalb des Auslassrohres 18 beträgt.
Die obere Endlage A der Drosseleinrichtung 20 beträgt 228 mm, gemessen von der Unterseite der Scheibe 16, während die untere Endlage B 165 mm oberhalb der Öffnung des Auslassrohres 18 endigt und die Verstellbarkeit zwischen dem Trichter 11 und der Drosseleinrichtung 20 etwa 27 mm beträgt. Die Drosseleinrichtung kann jedoch in Axialrichtung über eine wesentlich grössere Distanz bewegt werden, nämlich über etwa 127 mm, gemessen von der unteren Endlage, in welcher der Konus auf der Trichterwandung aufliegt bis zu einer Stelle, welche etwa 76 mm oberhalb der oberen Endlage A liegt, was vorteilhaft ist für die nachfolgend beschriebenen Zwecke. Zur Einstellung von Hand ist die Drosseleinrichtung 20 durch eine Stange 21 gehalten, welche entlang ihrer vertikalen Ausdehnung festklemmbar ist.
Die Stange 21 wird von einem Kragen 22 gehalten und ist mit Hilfe einer Arretierschraube 23 verschiebbar bzw. relativ zur Scheibe 16 feststellbar. Die Stange 21 ist in einem Winkel von 900 abgebogen und dient als Handgriff 21 a, welcher zwischen zwei benachbarten Zuluhriohren hindurchragt. Die Spaltbreite kann je nach der Lage der Drosseleinrichtung 20 verändert werden, wobei die grösste Spaltbreite in der oberen Endlage A erreicht wird. Es ist auch möglich, der unteren Kante der Drosseleinrichtung eine unregelmässige Form zu geben, wie dies nachfolgend in Fig. 3 dargestellt und beschrieben ist. Die einzige Bedingung ist, dass die Öffnungsfläche regelmässig geformt ist, in dem Sinne, dass Ausschnitte oder dgl. sich in regelmässiger Folge über den ganzen Umfang der Drosseleinrichtung erstrekken.
Die Schüttgüter fliessen dann relativ sanft durch die Einrichtung, unabhängig von der Form des Spaltes, vorausgesetzt, dass der Spalt eine solche minimale Grösse hat, dass die Brückenbildung verhindert wird. Es wurde festgestellt, dass die Grenze für die Brückenbildung für Polyäthylen-Kuben von 3,2 mm Seitenlänge bei etwa 13 mm liegt. Es ist eine maximale Spaltbreite von weniger als 50 O/o des minimalen Radius des Trichters 11 im Bereich, in welchem die Drosseleinrichtung liegt, vorgesehen, d. h. in einer Höhe, bei welcher das untere Ende des Kegels 20 der Trichterwand 1 1b gegenüberliegt, und die Totalspaltfläche, in der radialen Ebene des Sammlers, zusammengenommen grösser als die Fläche des Auslassrohres 18 ist, jedoch weniger als die gesamte Fläche der lichten Zufuhrrohre 10 beträgt.
Das folgende Verhältnis ist typisch: z der Rohre 10 = 63; Spalt = 23 bis 43, Öffnung 18 = 7.
Der Betrieb der Einrichtung erfolgt im wesentlichen in zwei Stufen. In der ersten Stufe wird vom Ausflussende der Zufuhrrohre 10 ein im wesentlichen gleicher Fluss dem oberen Teil des Trichters 11 zugeführt, wodurch ein Gleichgewichtszustand in der Passage über der vertikalen Distanz, welche dreimal den Rohrdurchmesser 10 übersteigt, angestrebt wird, wobei angenommen wird, dass eine Durchflussrate unabhängig von den individuellen Aufgabestellen bei den verschiedenen Rohren 10 vorhanden ist. Kurz nach dem Start wird der Bereich oberhalb der Drosseleinrichtung 20 mit Schüttgut angefüllt, worauf der Betrieb aufgenommen werden kann. Auch nach dem Aufhören eines Durchflusses von Schüttgütern durch die Einrichtung ist der obere Bereich lla des Trichters bei den Ausflussenden der Zufuhrrohre 10 frei von Schüttgut.
Im wesentlichen tritt somit im oberen Bereich des Trichters, also oberhalb der Drosseleinrichtung 20 eine Ansammlung des Schüttgutes bei im wesentlichen gleicher Zufuhrrate der verschiedenen Zufuhrrohre 10 ein.
In der zweiten Stufe erfolgt eine Drosselung des Durchflusses durch die Drosseleinrichtung 20. Diese Drosselung erfolgt im wesentlichen im Spalt zwischen der Drosseleinrichtung und der Trichterinnenwand, durch welchen Spalt das Schüttgut in freiem Fall abfliesst und gegen das Auslassrohr 18 strömt. Der Sammler ist dabei unterhalb der Drosseleinrichtung 20 stets mit Schüttgut gefüllt, ausgenommen im Bereich direkt unterhalb des Kegels.
Es erfolgt somit ein ausgleichender Durchfluss des Schüttgutes im peripheralen Spalt zwischen der Drosseleinrichtung und dem Trichter, wobei der Abfluss in ständigem Fluss durch das Auslassrohr 18 erfolgt. Zum Ausgleich des Durchflusses ist es notwendig, dass die ausfliessenden Materialströme gleichmässig auf das Drosselorgan auftreffen. Durch eine kreisförmige Ausbildung des Trichters im Horizontalschnitt kann eine gute Durchflussregelung erreicht werden, wobei eine grosse Zahl von Drosselformen verwendbar sind, inkl. konische und zylindrisch geformte Körper, welche infolge ihres selbstreinigenden Effektes bevorzugt sind.
Ferner sind Ausschnitte in Form von sphärischen oder Überschneidungen von mehreren Formen denkbar.
Das Auslassrohr 18 mündet beispielsweise in ein pneumatisches Transportsystem (nicht dargestellt), welches mit einem Trägergas (oder Vakuum) arbeitet zur Transportierung der Mischung in einen Kreislauf, wenn dies gewünscht ist, oder zu weiteren Verarbeitungsstellen, wenn die Mischung für diesen weiteren Verarbeitungsprozess ausreichend ist. Es ist wesentlich, dass das Auslassrohr 18 eine Grösse hat, welche das Transportsystem nicht behindert. Ferner können Steuerorgane zur Überwachung des Flusses vorhanden sein.
Es kommt vor, dass in den Schüttgütern oberhalb der Drosseleinrichtung abnormale Gebilde oder Klumpen entstehen, beispielsweise bei Polymeren oder dgl., und diese den Durchfluss durch den Spalt hemmen.
Diese können durch eine momentane Anhebung der Drosseleinrichtung bis zur oberen Endlage abgelassen werden. Eine derartige Operation wird vorzugsweise während eines Ablasses für Reparatur- oder Revisionszwecke durchgeführt, da die Ausgleichsfunktion der Drosseleinrichtung bei einem solchen Anheben aufgehoben ist.
Bei Versuchen in der Anordnung der Zufuhrrohre wurde festgestellt, dass der Einführungsort für diese Rohre von wesentlicher Bedeutung für den Betrieb ist.
Schon eine nur leicht exzentrische Anordnung der Scheibe 16 und der Zufuhrrohre 10 bewirkt eine fühlbare Verschlechterung des Flusses durch die Rohre 10, namentlich derjenigen Rohre, welche näher bei der Trichterwand endigen als diejenigen, die sich weiter weg von ihr befinden.
Dies bewirkt, dass die Anordnung der Zufuhrrohre von der radialen Distanz von der Sammlerachse abhängig ist. Dies wurde darin bestätigt, dass ein maximaler Durchfluss des Schüttgutes durch die Rohre 10 erreicht wurde, wenn sich die Zentren der Zufuhrrohre 10 in vertikaler Richtung erstreckten.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei welcher fünf vertikal angeordnete Zufuhrrohre 30 vorhanden sind, wobei in der Zeichnung jedoch nur zwei derselben eingezeichnet sind. Jedes dieser Rohre hat einen Innendurchmesser von 50,8 mm, die je um 72" zueinander versetzt liegen und ihre Mittellinien auf einem Kreis mit einem Radius von 127 mm liegen, dessen Achse mit der Achse des Sammlers übereinstimmt.
Der Trichter 31, in welchem die Zufuhrrohre 30 einmünden, hat einen oberen innern Durchmesser von 330 mm und ist um 600 gegen die Unterseite geneigt, welche einen Durchmesser von 50,8 mm aufweist und in ein Auslassrohr 32 ausmündet. Das Dämpfungsorgan 33 hat die Form eines Kegels, dessen Spitze nach oben zeigt. Der Kegel besteht aus einem nicht gelochten Metallblech mit einem Winkel von 60 , wobei das obere Kegelende 34 mit einer Gewindestange 35 verbunden ist. Die Anordnung dieses Kegels 33 ist koaxial zum Trichter 31. Die Gewindestange 35 ist mit einer Befestigungsmutter 36 am Deckel 37 festgemacht. Diese Einrichtung erlaubt eine Höhenverstellung der Dämp fungseinrichtigung relativ zum Trichter.
Der Basisdurchmesser des Kegels 33 beträgt etwa 152 mm und der Mantel ist an fünf Stellen mit Ausschnitten 40 versehen, welche eine keilförmige Form haben und deren Breite und Höhe je etwa 50,8 mm beträgt. Die unterste Endlage des Kegels ist durch die Linie a (Fig. 3) dargestellt, bei welcher das untere Kegelende in Kontakt mit der Innenfläche des Trichters 31 ist. Die Distanz zur oberen Öffnung des Abfuhrrohres 32 beträgt 94 mm. Die oberste Endlage des Kegels ist durch die Linie b gekennzeichnet und liegt 160 mm unterhalb der Aussenenden der Rohre 30, wodurch ein vertikaler Verstellbereich zur Regulierung des gewünschten Durchflusses von etwa 50,8 mm entsteht. Im Auslassrohr 32 befindet sich ein Schieber 42 oder eine Klappe zur Grobregulierung des Durchflusses.
Versuche mit der Einrichtung gemäss Fig. 3 haben gezeigt, dass ein guter Ausgleich erreichbar ist. Der Spalt ist infolge der Ausschnitte 40 unregelmässig, wenn der Kegel über die unterste Endlage angehoben wird.
Es ist jedoch notwendig, dass daneben der Spalt ringsherum eine gleichmässige Breite hat, um einen unregelmässigen Abfluss zu verhindern. Wenn einer der Ausschnitte 40 verstopft ist, entsteht sofort ein Verlust in der Ausgleichungswirkung.
Die Einrichtung gemäss Fig. 3 ist besonders dann vorteilhaft, wenn relativ grobkörnige Schüttgüter mit unregelmässiger Korngrösse zum Einsatz kommen, und zwar allein oder in Mischung mit feinen Partikeln.
Polymerblättchen mit einer durchschnittlichen Grösse von 12,7 X 12,7 X 3,2 mm konnten mit dieser Einrichtung gut durchgeschleust werden. Eine andere Situation, welche durch den mit Ausschnitten versehenen Dämpfungskegel erfolgreich gemeistert werden kann, besteht bei einer Neigung des Schüttgutes zu Klumpenbildung mehr oder weniger vorübergehender Natur. Diese können durch die Ausschnitte 40 hindurchgelangen, ohne eine Verstopfung zu bewirken und ohne den normalen Fluss wesentlich zu stören.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsvariante dargestellt, in welcher sich ein regulierbares Dämpfungsorgan und eine statische Dämpfung lediglich für den Flussausgleich befindet
Bei einer Ausführungsform sind vier vertikale Zufuhrrohre 46 vorhanden, die zueinander je einen gleich grossen Winkel und eine lichte Weite von 70 mm haben.
Die Mittellinie derselben befindet sich auf einem Kreis mit einem Radius von 92 mm, dessen Zentrum auf der Längsachse des Sammlers liegt. Diese Zufuhrrohre münden in einen gemeinsamen Sammler 47, der einen zylindrischen Teil 47a mit 254 mm Durchmesser und 305 mm Länge aufweist. Im Innern desselben liegt eine Drosseleinrichtung 48 in Form eines aufrechtstehenden Kegels aus ungelochtem Metallblech, dessen Zentriwinkel etwa 900 und dessen Basis 216 mm beträgt. Der Kegel ist durch eine Schraube 49 gehalten und lässt sich mit Hilfe derselben und einer Mutter 50 in der Höhe einstellen. Der in seiner Grösse nicht verstellbare Spalt zwischen der Basis des Kegels und der Wand des Zylinderteiles ist 19 mm breit. An den zylindrischen Teil schliesst sich ein trichterförmiger Teil 47b an, dessen Wände zur Vertikalen um 45" geneigt sind.
Dieser Trichter mündet in ein Auslassrohr 52 ein mit einem Innendurchmesser von 50,8 mm. Das Rohr 52 liegt koaxial zum Sammler und ist mit einem Ventil 53, beispielsweise einem Schieber oder einer Klappe versehen für den Unterbruch des Durchflusses. Bei dieser Ausführungsform ist das untere Ende des Kegels 48 in Vertikalrichtung um 210 mm entfernt von den Auslassenden der Rohre 46 und um 197 mm entfernt vom oberen Ende des Auslassrohres 52.
Ein Glasmodell der Ausführungsform gemäss Fig. 4 zeigt die Bildung von symmetrischen Grenzschichtströmen, wie dies in unterbrochenen Linien in Fig. 4 angedeutet ist, nachdem die Einrichtung während einer genügend langen Zeit im Betrieb ist und sich das Ventil 53 in der vollständig offenen Lage befindet, wobei sich ein Gleichgewichtszustand einstellt und man visuell bestätigt fand, dass der Flussausgleich erreicht wurde. Dies wurde ausserdem dadurch bestätigt, dass die Durchflussmenge pro Zeiteinheit des Schüttgutes durch alle vier Rohre gleichzeitig aufhörte, wenn kein neues Schüttgut nachgeliefert wurde.