CS275749B6 - Compressed-air haulage system - Google Patents

Description

Vynález se týká pneumatického dopravního systému s jedním ventilátorem něho dmychadlem s jedním nebo více dopravními potrubími vzduchu s regulační jednotkou množství vzduchu.

Čím více se usiluje o vyšší stupeň automatizace nějakého průmyslového zařízení, tím závažnější je požadavek provozní spolehlivosti jeho jednotlivých částí. To není pouze všeobecná zkušenost průmyslového vývoje poslední doby, ale pevná součást povinností konstruktérů takovýchto zařízeni. Provozní spolehlivost se může zvýšit teoreticky přinejmenším dvěma způsoby. Jedním z nich je větší rozsah používání počítačové inteligence nejen v centrálním řízení, nýbrž zejména jako periferní inteligence u jednotlivých strojů a přístrojů.

Naznak řešení okruhu problémů tvořících základ vynálezu je popsán v německém patentovém spise 31 28 807· Základní problém je v souvislosti s mlýnskou pneumatikou již velmi dlouho znám. Na společný ventilátor nebo dmychadlo je zde připojeno více paralelních dopravních potrubí. Tím jsou množství vzduchu v jednotlivých dopravních potrubích navzájem na sobě závislá. Jakmile se např. v jediném dopravním potrubí nebo v jedné části dopravního potrubí množství dopravovaného materiálu zmenší, zvětší se v těchto potrubích v důsledku zmenšeného odporu těchto potrubí množství vzduchu. To je ale nevýhodné pro ostatní potrubí, ve kterých se zmenší množství vzduchu stejně jako jeho rychlost. Doprava produktů je v zatížených dopravních potrubích nestabilní a při horším nebo ostřejším dimenzování vzduchového systému se může dokonce produkt nahromadit a způsobit ucpání. Řešení podle německého patentového spisu č. 3'^! 28 807 usiluje o bezpečnější provoz, aniž by byl ventilátor dopravního systému dimenzovaný na nadbytečnou kapacitu. Proto je navrženo vytvořit pro každé dopravní potrubí zařízení na regulaci proudu vzduchu, detekční zařízení pro sledování průtoku vzduchu a detekčním zařízením řízený přestavitelný prvek pro příslušné zařízení na regulaci proudu vzduchu, aby se průtok vzduchu dopravním potrubím udržoval konstantní. Detekčním zařízením se zjištuje statický tlak nebo rozdíl tlaků v příslušném dopravním potrubí, který je v elektronickém řídícím ústrojí zpracován pro vytvoření řídících signálů pro příslušné prestavitelné prvky zařízení na regulaci proudu vzduchu, aby se množství vzduchu v každém dopravním okruhu udržovalo na přípustném minimu.

Použití statického tlaku v dopravním potrubí s materiály obsahujícími prach je však pro měřící techniku problematické. Existuje celá řada faktorů, které ruší přímou závislost množství vzduchu na statickém tlaku vzduchu. Jedním z hlavních chybových faktorů je příslušné specifické stavební dimenzování průtokových průřezů, tvarů, povrchů, atd. Dále jsou hodnoty tlaku silně zkreslovány nahodile usazeným prachem až do neupotřebitelnosti naměřených hodnot. Je-li statický tlak zjištován obvyklými měřícími přístroji tlaku, jsou odpovídající signály ve vzduchu, který obsahuje prach, po krátkém čase vlivem ucpání malých průřezů měřících trubek rovněž dostatečně silné.

Tak se ale ukázal požadavek přesné regulace a řízení množství vzduchu elektronickým počítačem jako iluzorní. Elektronika zde vede ke komplikacím a zesložitěni situací, které jsou samy o sobě jednoduché. Cíle, tj. zvýšení provozní spolehlivosti, se nedosáhne.

Druhý způsob uplatněný v poslední době u mnoha automatizovaných zařízení obchází problém jednoduše tak, že například každé dopravní potrubí je opatřeno vlastním dmychadlem. Bylo by myslitelné použít pro každé dopravní potrubí pro hrubou regulaci zcela jednoduchou škrtící klapku. Kvůli velmi vysokému počtu jednotlivých pneumatických dopravních tras ve mlýně nepřichází takové řešení vzhledem k vynaloženým nákladům v úvahu. Nehledě na to, staví použití velkého počtu ventilátorů, motorů atd. vzhledem k velkému zvýšení počtu jednotlivých prvků systému otázku provozní spolehlivosti znovu do popředí.

Ani zvětšení periferní inteligence ani odstranění jednoho společného sběrného systému pro více pneumatických dopravních vedení nepřineslo do dneška v praxi ještě uspokojivý výsledek. Pouze v podřadných případech může být použita nej starší a nejjednodušší koncepce přestavitelné regulační klapky uspořádané v každém dopravním vedení. Přitom je regulační klapka nastavena pomocí protizávaží v otevřené poloze, a podle síly proudu vzduchu se pohyCS 275 749 B6 buje do více či méně zavřené polohy. Je tomu tak na rozdíl od uzavírací klapky ventilačního zařízení, která je bez proudění vzduchu uzavřená a vlivem proudění vzduchu se pohybuje do otevřené polohy.

Jedna trochu zlepšená konstrukce pro regulaci množství vzduchu ve větracích zařízeních je popsána ve švýcarském patentovém spise č. 600 428. V tomto příkladu řešení jsou využity aerodynamické síly, které působí na rovinné plochy škrtící klapky, stejně jako nadměrný kroutící moment, a stejně jako přiměřený korekční signál předepsané velikosti proudu vzduchu pro příslušnou požadovanou rovnovážnou nebo otevřenou polohu škrtící klapky. Otázka citlivosti na prach zde rovněž není vyřešena.

Vynález si stanovil za úkol vyhnout se nevýhodám dosavadních řešení a dosáhnout zvýšení provozní spolehlivosti při nejmenší možné spotřebě vzduchu pro pneumatickou dopravu, obzvláště ale bez použití komplikovaných a na prach citlivých stavebních prvků.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje a vytčený úkol řeší pneumatický dopravní systém s ventilátorem nebo dmychadlem a jedním nebo více vzduchovými dopravními potrubími a rovněž regulační jednotkou množství vzduchu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že regulační jednotka vzduchu má otočně uložené vztlakové těleso vytvořené jako stavitelná škrtící klapka mezi otevřenou a uzavřenou polohou, která má tvar nosného profilu křídla letadla se silně zaoblenou náběžnou hranou a ostrou odtokovou hranou, přičemž vztlakové těleso je kinematicky spojeno s mechanickou otvírací zátěží, zatímco zavírací zátěž je vztlak.

Podle vynálezu je výhodné, je-li vztlakové těleso na sací straně vypuklé a na protilehlé tlakové straně je v podstatě rovinné.

Další výhodné provedení pneumatického dopravního systému podle vynálezu spočívá v tom, že mechanická otevírací zátěž je stavitelná a je tvořena pružinou nebo protizávažím.

Podle vynálezu je rovněž výhodné, je-li mezi náběžnou hranou i odtokovou hranou vztlakového tělesa v uzavřené poloze a vnitřní stěnou regulační jednotky vzduchová mezera.

Jedno z výhodných provedení vynálezu je charakteristické tím, že vztlakové těleso má na odtokové hraně vytvořen zářez.

Podle vynálezu je rovněž výhodné, že je vztlakové těleso uspořádáno v oblasti zúžení vytvořeného na vzduchovém potrubí. Vhodnou volbou profilů vztlakového tělesa se totiž dosáhne nejen konstantního udržování množství vzduchu, ale dokonce pozitivního účinku, pokud se například s přibývajícím odporem nastaví v jednotlivých dopravních potrubích o něco větší množství vzduchu, což představuje další výhodu se zřetelem na stabilitu pneumatické dopravy. Uspořádání vztlakového tělesa na způsob profilu křídla se silně zakřivenou náběžnou hranou a ostrou odtokovou hranou dovoluje získat obzvláště vhodný poměr mezi tlakem vzduchu a množstvím vzduchu tím, že například při nebezpečí zastavení pneumatické dopravy se ihned zvýší množství vzduchu. Další přednostní provedení zařízení se zářezem na ostré odtokové hraně vztlakového profilu dovoluje dosáhnout jak ve zcela otevřené poloze, tak i ve zcela uzavřené poloze zvýšení náběhové citlivosti, když tímto způsobem nastane nepatrná nerovnováha sil ve vztahu k bodu otáčení vztlakového tělesa, také když je bod otáčení uspořádán přibližně ve středu vztlakového tělesa.

Vztlakové těleso má v úplně otevřené poloze úhel náběhu s výhodou asi 20 stupňů a pro regulaci se pohybuje v rozmezí od 20° do 90°. Při 90° působí vztlakové těleso téměř jako uzavřená klapka, je tedy v příčné poloze k proudu vzduchu. Různé testy ukázaly, že otevřená poloha musí být omezena zarážkou. Pro jednoduchá použití může být zarážka pro otevřenou polohu umístěna na asi 10°, přednostně má hodnotu od asi '5° do 25°. Ve většině případů by však byla jako optimální zjištěna hodnota 20°, kdy již vznikají velmi silné vztlakové síly, takže ihned vznikne vysoká náběhová citlivost, což obzvláště při rozběhu zařízení, tedy při spuštění ventilace může být rozhodující.

Použití vztlakového tělesa jako škrtící klapky se zcela neočekávaně projevilo stabilním poměrem množství vzduchu k průběhu tlaku až do blízkosti konečného bodu téměř úplného příčného postavení vztlakového tělesa. To znamená pro vztlakové těleso použití právě v tom

CS 275 749 B6 rozsahu, který leží mino obvyklý rozsah použití profilu křídla. Toto v praxi ověřené chování se zakládá na tom, že se vztlakové těleso v uzavřeném trubkovém systému chová úplně .jinak, než stejný profil ve srovnatelných rychlostních poměrech u letadla ve volné atmosféře.

V následujícím textu bude vynález vysvětlen za pomoci několika příkladů konkrétního provedení s uvedením dalších podrobností. Příklady jsou znázorněny na výkresech, na kterých představují obr. 1 řez regulační jednotkou množství vzduchu pneumatického dopravního systému v otevřené poloze, obr. 2 regulační jednotku z obr. 1 v polouzavřené poloze, obr. 3 znázorňuje průběh měřící křivky, tj. závislosti tlaku na množství vzduchu a zvětšený profil z obr. 1 a 2 při regulaci, obr. 4 jednoduché uspořádání nové regulace množství vzduchu a obr. 5 schematickou regulaci celé pneumatické dopravy ve mlýně.

Podle obr. 1 je ve vzduchovém potrubí 1 vestavěna regulační jednotka 2 vzduchu, která sestává z trubkového kusu 3, vztlakového tělesa 4 a protizávaží 5· Trubkový kus 3 může mít průřez buď kruhový nebo např. obdélníkový. Vztlakové těleso 4 svírá s osou 6 trubkového kusu 3 ve zcela otevřené poloze úhel <£ nejméně 10 stupňů tak, že při proudění vzduchu ve směru šipky 7 vzniká v každém případě uzavírací síla S. Uzavírací síla S je přitom výslednou silou, která je součtem všech vztlakových sil působících na vztlakové těleso 4. Pouze symbolicky je k tomu uvnitř obalové křivky 8 znázorněno pro nosné křídlo běžné silové pole, s větším počtem jednotlivých vektorů síly. Skutečné hodnoty vektorů síly nebyly zjištěny. Není ale vyloučeno, že skutečný průběh sil je jiný, nikoli však výsledná uzavírací síla S.

V opačném smyslu k uzavírací síle S působí výslednice mezi uzavírací silou S a tíhou G protizávaží 5 přestavitelného ve ¹ směru dvojité šipky 9.

Když stoupá rychlost y₁ vzduchu na dvounásobnou rychlost y₂, zvýší se uzavírací síla S z hodnoty S₁ na vyšší hodnotu §₂. To má za následek uzavření trubkového kusu 3 asi na polovinu průřezu, což odpovídá úhlu 0. P.ychlost vzduchu se ale ve zbylém průřezu zvyšuje. Součet všech sil způsobuje opět novou rovnováhu, takže tlakový rozdíl mezi statickým vstupním tlakem p, před vztlakovým tělesem 4 a statickým vstupním tlakem g₂ před vztlakovým tělesem 4 v jiné poloze se ihned vyrovná, když tlaková diference vlivem nové, více uzavřené polohy vztlakového tělesa 4 způsobí, že se rychlosti v,, y₂ téměř vyrovnají (v, = v₂).

Tímto způsobem udržuje regulační jednotka 2 skutečnou rychlost vzduchu na přibližně konstantní hodnotě.

Zmíněné změny se dějí ve zlomku sekundy, takže ve vzduchovém systému nevznikají téměř žádné poruchy následkem tlakových změn v jednotlivých dopravních vzduchových potrubích !_·

To je obzvláště důležité také pro rozběh ventilátorů.

Na obr. 3 jo schematicky znázorněn průběh měřící křivky 10 na sací straně 11 vztlakového tělesa 4 jako poměr průběhu tlaku v Pa k množství vzduchu v np.min^-1. Přitom je charakteristické, že náběžná hrana 12 je silně zakřivená a odtoková hrana 13 jo ostrá. To dává pozoruhodnou tloušťku D profilu, která může být přibližně pětinou délky L profilu.

Spodní strana 14 vztlakového tělesa 4 může být lehce vydutá nebo rovná. Popsané tvarování má také tu přednost, že lehký prach nebo částice mouky na povrchu méně ulpívají.

Profil křídla zobrazený v horní' polovině obr. 3 má bod otáčení, popřípadě osu ££ otáčení, která leží přibližně ve středu profilu v odstupu a od jeho okrajů. Jako další zvláštnost má vztlakové těleso 4 na odtokové hraně 13 vybíhající do špičky vytvořený zářez 16, který pro vztlakové síly způsobuje nerovnováhu ve prospěch uzavírací síly v otevřené poloze. To umožňuje použít těžší protizávaží 5, které otevírací sílu zvětšuje. To má za následek, že se vztlakové těleso 4 snaží natočit z plně otevřené polohy odpovídající nastavení zarážky ]_8 ve směru uzavírání a ze zcela uzavřené polohy ihned natočit ve směru otevírání. Čerchovaná čára j_7 naznačuje, že vztlakové těleso 4 může být přizpůsobeno libovolnému tvaru trubky či kanálu, např. kulatému, oválnému, obdélníkovému atd.

CS 275 749 B6

Ve zvláštních případech, např. pro obzvlášt velké průřezy, je možno použít dvě nebo i více vztlakových těles 4 uspořádaných paralelně vedle sebe. Přesnost výsledků bude pak přitom zvýšena, když mezi každým vztlakovým tělesem 4 bude uspořádán vodicí plech, kterým se vytvoří proudění jako v samostatném kanálu.

Na obr. 4 je znázorněno praktické použití nové regulace vzduchu, která je na obrázku ještě jako testovací zařízení zdokonalena. Množství vzduchu vtékajícího do vzduchového potrubí se měří Venturiho trubicí 20. Dopravní tlak se může nastavit obvyklým škrtícím ventilem 2£ na libovolnou zvolenou hodnotu. Statický tlak se zjištuje tlakoměrem 22 umístěným před regulační jednotkou 2 vzduchu. Manometr 23 měří statický tlak za regulační jednotkou 2 vzduchu. Dále je ve vzduchovém potrubí 1 umístěn ještě druhý škrtící ventil 24 normálně nastavitelný. Pro simulování různých tlakových poměrů je mezi ventilátorem 26 a nastavitelným druhým Škrtícím ventilem 24 uspořádáno Šoupátko 25 vstupu vzduchu. Za ventilátorem 26 je umístěn tlumič 27 zvuku. V popsaném zkušebním uspořádání je možno dokázat provozní spolehlivost stejně jako účinnost při všech možných provozních podmínkách a proI vozních změnách.

Na obr. 5 je znázorněna regulace množství vzduchu pneumatické dopravy ve mlýně.

Potrubí 30 až 36 jsou pneumatickými dopravními potrubími produktů, s rozdílnými průřezy, jak je to v praxi obvyklé. Větší nebo menší tečkování znamená, že v určitém okamžiku je v příslušném dopravním potrubí dopravováno více, méně nebo žádný produkt. Kdyby například v obou největších dopravních potrubích 32 a 36 nebyl dopravován žádný produkt a množství vzduchu v jednotlivých dopravních větvích by nebylo regulováno, tak by se v těchto obou dopravních potrubích 32 a 36 rychlost vzduchu mohla extrémně zvětšit, což by zatížilo dopravní potrubí 30, 32, 33, 34, 35 malých průřezů tak, že by se doprava mohla vzhledem k nedostatečné rychlosti vzduchu úplně přerušit.

Při použití pneumatického dopravního systému s regulační jednotkou podle vynálezu se však v tomto případě uzavírá při momentálním výpadku dopravy produktu např. v dopravním potrubí 36 regulační jednotka 2 vzduchu až do minimální hodnoty, která stanovenému množství vzduchu odpovídá.

Ve shodě s obr. 1 a 2 je u všech dopravních potrubí znázorněna symbolicky příslušná poloha protizávaží odpovídající nastavení vztlakového tělesa 4.

Tímto způsobem se stabilizuje celý systém, takže se ve sběrném potrubí 37 nastaví přibližně konstantní množství vzduchu, zcela nezávisle na tom, ve kterém dopravním potrubí 30 až 36 se kolik produktu dopravuje. Z obr. 5 je dále zřejmé, že např. v malém dopravním potrubí 33 není uspořádána žádná regulační jednotka 2 vzduchu. Když přiměřené množství vzdu chu činí jen asi 10 až 20 % celkového množství, pak je bez dalšího tímto zohledněno nejen ekonomické hledisko, nýbrž i provozní spolehlivost. Může se přitom také jednat o větev, ve které se dopravují podle zkušenosti produkty, které jsou silně přilnavé, jako zcela vlhká mouka. Zde se sice riskuje malá ztráta hospodárnosti, způsobená neregulací množství vzduchu popřípadě volbou co největšího množství vzduchu, odpadá však možnost poruchy.

Claims (6)

1. Pneumatický dopravní systém, který má ventilátor nebo dmychadlo a jedno nebo více vzduchových dopravních potrubí a také regulační jednotku množství vzduchu, vyznačující se tím, že regulační jednotka (2) vzduchu má v ose (6) otočně uložené vztlakové těleso (4) vytvořené jako stavitelná škrticí klapka mezi otevřenou a uzavřenou polohou, která má tvar nosného profilu křídla letadla se zaoblenou náběžnou hranou (12) a ostrou odtokovou hranou (13), přičemž vztlakové těleso (4) je kinematicky spojeno s mechanickou otvírací zátěží.

2. Pneumatický dopravní systém podle bodu 1, vyznačující se tim, že vztlakové těleso

CS 275 749 B6 (4) je na sací straně (11) vypouklé a na protilehlé tlakové straně je v podstatě rovinné.

3. Pneumatický dopravní systém podle hodů 1 a 2, vyznačující se tím, že mechanická otevírací zátěž je stavitelná a je tvořena např. protizávažím (5) nebo pružinou.

4. Pneumatický dopravní systém podle bodů 1 až 3j vyznačující se tím, že mezi náběžnou hranou (12) i odtokovou hranou (13) vztlakového tělesa (4) v uzavřené poloze a vnitřní stěnou regulační jednotky (2) je vzduchová mezera.

5. Pneumatický dopravní systém podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že vztlakové těleso (4) má na odtokové hraně (13) vytvořen zářez (16).

6. Pneumatický dopravní systém podle bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že vztlakové těleso (4) je uspořádáno v oblasti zúžení vytvořeného na vzduchovém potrubí (1).