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Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Entleerung
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von Großbehältern durch Wiederherstellung der freien Fließfähigkeit
des Materials, insbesondere Schüttgut o.dgl.
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Es ist bekannt, daß bei Speichersilos, Bunkern und anderen Speicherbehältern
für körniges Schüttgut Flußprobleme beim Austrag solcher Materialien mit natürlichem
Gefälle durch eine Auslaßöffnung am unteren Ende des Behälters auftreten. Übliche
Flußprobleme umfassen z.B.
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Brückenbildung, Zusammenbacken und Anhaften des Materials, was durch
Größe und Gestaltung des Silos, Materialflußcharakteristika, Flußbilder (Masse oder
Trichter), Temperatur, Feuchtigkeit und andere physikalische und umgebungsmäßige
Bedingungen hervorgerufen werden kann. Andere Flußprobleme ergeben sich durch Ansammlung
von Material in Rinnenvertiefungen, Verschlußzonen oder auf Oberflächen u.dgl.,
die durch ihr Vorhandensein den normalen Betrieb stören.
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Verschiedene Arten von Vorrichtungen und Verfahren einschließlich
der Rüttler und anderer schwerer Stoßvorrichtungen, die gegen die Wände des Speicherbehälters
arbeiten, sowie Vorrichtungen, die Druckluft in die Speicherkammer einleiten, um
das Material für einen erleichterten Fließstrom aufzubrechen, sind bekannt. Es wurde
gefunden, daß die Vorrichtungen der letztgenannten Art nicht nur wirksamer sind,
sondern auch Abnutzung und Verschleiß an den Behälterwänden und anderen Ausrüstungsteilen
verringern, wodurch sich eine längere Lebensdauer der Vorrichtung, verkürzte Ausfallzeiten
und verringerte Wartungskosten ergeben. Beispiele solcher bekannten Vorrichtungen
sind in den US-Patenten 2 171 398, 3 249 263, 3 861 753 und 4 067 623 offenbart.
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Die Erfindung ist auf Vorrichtungen der letztgenannten Art gerichtet,
und sie zeichnet sich aus durch einstellbare, verzögerungsfreie Mehrfachkraftstöße
(im allgemeinen kürzer als 1 Sek.), die das Gut in dem Speicherbehälter aufwühlen,
um seinen freien Fluß durch die Auslaßöffnung zu induzieren. Alle anderen bekannten
Vorrichtungen verwenden Druckluft über viel längere Zeiträume oder einzelne Luftstöße.
Solche Vorrichtungen sind jedoch aus nachfolgend erläuterten Gründen nicht so wirkungsvoll
wie der Einsatz von verzögerungsfreien Mehrfachkraftstößen gemäß der Erfindung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Silo-Aktivierungsvorrichtung zu
schaffen, die sofort die Probleme der Brückenbildung, des Zusammenbackens und des
Anhaftens von Material und andere Fluß schwierigkeiten beseitigt, um einen raschen
und sofortigen freien Fluß solcher Materialien durch die Auslaßöffnung des Speichersilos
oder Behälters zu induzieren.
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Außerdem geht es bei der Erfindung darum, abgesondertes Material,
das sich in vertieften Rinnen, Verschlußzonen oder auf Oberflächen angesammelt hatr
und andere Funktionen oder Vorgänge stört, zu entfernen.
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Ferner soll ein Verfahren zur Wiederherstellung der freien Fließfähigkeit
von körnigem Schüttgut durch eine Auslaßöffnung eines Speichersilos oder Behälters
durch Einsatz unverzögerter Mehrfachkraftstöße geschaffen werden.
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Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden mit einer
Aktivierungsvorrichtung für einen Silo erreicht, der Mittel zur Einführung von verzögerungsfreien
Mehrfachkraftstößen einer Stoß-, Auflockerungs-und Schallstimulierung unmittelbar
in das Schüttgut aufweist, um seinen freien Fluß durch die Auslaßöffnung zu induzieren.Außerdem
benutzt die Erfindung die verzögerungsfreien Mehrfachkraftstöße zur Entfernung von
abgesondertem Material aus unerwünschten Zonen, das den normalen Betrieb stören
könnte.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 eine teilgeschnittene schematische Teil-Seitenansicht
eines Speichersilos, an dem zwei Aktivierungsvorrichtungen angeordnet sind, Fig.
la eine teilgeschnittene schematische Teil-Seitenansicht einer bevorzugten Anbringung
von zwei Aktivierungsvorrichtungen an einem Speichersilo zur Verhinderung von Flußproblemen
durch Brückenbildung in verkleinertem Maßstab, Fig. 1 b eine teilgeschnittene schematische
Seitenansicht einer bevorzugten Anordnung von zwei Aktivierungsvorrichtungen an
einem Speichersilo zur Verhinderung von Flußproblemen durch Zusammenbacken in verkleinertem
Maßstab,
Fig. 1c eine teilgeschnittene schematische Teil-Seitenansicht
einer weiteren bevorzugten Anbringung von zwei Aktivierungsvorrichtungen an einem
Speichersilo zur Verhinderung von Flußproblemen durch Anhaften in verkleinertem
Maßstab, Fig. id eine teilgeschnittene schematische Teil-Seitenansicht einer weiteren
bevorzugten Anordnung von mehreren Aktivierungsvorrichtungen an einem Speichersilo
zur Verhinderung der Rohr- oder Lochbildung im Schüttgut in verkleinertem Maßstab,
Fig. 2 eine teilgeschnittene schematische Teil-Seitenansicht einer bevorzugten Anbringungsart
für jede Aktivierungsvorrichtung an einem Speichersilo, wobei das einstellbare,
theoretische unverzögerte Mehrfachkraftstoßbild eingezeichnet ist, das von jedem
Injektor erzielbar ist, in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 eine Teil-Seitenansicht
eines Injektors mit einem Bestandteil der Aktivierungsvorrichtung,und Fig. 4 eine
schaubildliche Teilansicht des Injektors und des Programmierers der Aktivierungsvorrichtung.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen Gemäß der Erfindung werden
körnige Schüttgüter, die dazu neigen, in Lagerungs-, Transport- oder Zwischenbehältern
und in Vertiefungen dieser Brücken oder Löcher zu bilden, zusammenzubacken oder
anzuhaften, infolge einer programmierten Energiefreigabe, die in Form unverzögerter
Mehrfachkraftstöße als Impulse von komprimiertem Gas, z.B. Druckluft direkt in das
Schüttgut wirkt, zu frei beweglichen Partikeln aktiviert. Die Kraftstöße oder Impulse
werden vorzugsweise mit der am Einsatzort einstellbaren, gewünschten Rate oder Frequenz
freigegeben, auf die das Schüttgut am besten anspricht, um eine maximale Stimulierung
zu erzielen.Als Ergebnis wird die freie Fließfähigkeit des Schüttgutes sofort wiederhergestellt,
damit es aus der Auslaßöffnung eines Speichersilos oder Behälters ausströmen kann.
Das Mehrfachkraftstoßbild entfernt außerdem wirksam abgesondertes Material aus vertieften
Rinnen,Verschlußzonen oder von Oberflächen, das den normalen Betrieb stört.
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Die Silo-Aktivierungsvorrichtung 10 besteht im wesentlichen aus zwei
Grundelementen, nämlich einem Injektor 20 und einem Programmierer 30. Zu dem Injektor
20 gehört ein Druckgas-Speichertank 22, der über eine tXippel- und Rohrverbindung
24 an ein elektrisch betätigtes Ventil 26 angeschlossen ist, das an einem Ende des
Druckgas-Speichertanks 22 angeordnet ist. Das elektrisch betätigte Ventil 26 verbindet
den Druckgas-Speichertanh 22 über einen Rohr-und Krümmeranschluß 28, dessen freies
Ende in den Sammelsilo oder Behälter 40 eingesetzt ist (Fig. 1, 2) mit diesem Silo
40. Die Anordnung des Druckgas-Speichertanks 22, des elektrisch betätigten Ventils
26 und der anderen erwähnten Teile des Injektors 20 bewirkt, daß dieser dicht an
dem SyJeichersilo oder Behälter 40 angebracht ist, damit MehrEachkr.Aftsuc,ße des
Injektors 20 innerhalb der kurzen zugemessenen Zeit mit minimalen Systemverlusten
auf
das Schüttgut wirksam zur Einwirkung kommen können.
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Das elektrisch betätigte Ventil 26, das z.B. solenoidgesteuert o.dgl.
ist, arbeitet mit den von dem Programmierer 30 vorgegebenen Geschwindigkeiten.
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Der Programmierer 30 gibt elektrische Signale in dem angenäherten
Bereich von 20 bis 100 Millisekunden ab.
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Daher muß das elektrisch betätigte Ventil 26 mit mechanischem Öffnen
und Schließen derart reagieren können, daß nur die vorgegebene Energiemenge von
dem Druckgasspeichertank 22 mit der Ausgleichs energie für nachfolgende Impulse
zur Erzeugung des vorbestimmten Impulsbildes durchgelassen wird.
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Der Programmierer 30 kann am Einsatzort eingestellt werden und zur
Steuerung des Injektors 20 gibt er elektrische Signale im Bereich von 20 bis 100
Millisekunden ab.Jeder Programmierer 30 hat eine beliebige Anzahl von Ausgangskanälen,wobei
für heutige Bedürfnisse ein Kanal bis sechs Kanäle praktisch sind. Außer mehreren
Ausgangskanälen hat der Programmierer 30 Zeitglieder zur Steuerung der Zeit und
Dauer der elektrischen Signale. Der Programmierer 30 steuert die Anzahl der elektrischen
Signalimpulse pro Kanal, die Anzahl aktiver Kanäle, die gesamte Ein- und Auszeit
pro Kanal, die Aktivierzeit für nachfolgende Kanäle, die Zeit zur Wiederholung der
Operationsfolge und die Zeit zwischen dem Beginn kompletter Programme.
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Das gewählte Programm diktiert die exakte Kraftstoßfolge in das Schüttgut
und es wird an Ort und Stelle auf die bevorzugte Sequenz eingestellt, die die empfindlichste
Reaktion des Materials auf die Wirkung des Injektors 20 bewirkt. Die Auswahl eines
Programms bestimmt, wie
die Kraftstöße gemäß einer der nachfolgend
aufgeführten Möglichkeiten in das Schüttgut gerichtet werden.
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1. Als Energiewelle, die sich im Uhrzeigersinn bewegt, 2. als Energiewelle,
die sich im Gegenuhrzeigersinn bewegt, 3. als abwechselnde Stöße von gegenüberliegenden
Wänden eines Behälters, 4. als abwechselnde Stöße von zwei an der gleichen Stelle
angeordneten Injektoren, 5. alle Injektoren arbeiten gleichzeitig oder 6. jede Kombination
der Möglichkeiten 1 bis 5.
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Der Programmierer 30 ist am Einsatzort einstellbar,um eine Frequenz
zu ermitteln, auf die das Schüttgut in dem Speichersilo oder Behälter 40 von Natur
aus anspricht -ob die bevorzugte natürliche Frequenz des Schüttguts oder eine etwas
geringere Frequenz oder ein Mehrfaches der natürlichen Frequenz die Siloaktivierung
hervcrruft. In manchen Fällen kann die natürliche Frequenz des Materials so unterschiedlich
zu dem verfügbaren Bild sein, daß das Impulsbild sich nicht einstellen läßt. Deshalb
reagiert die Schüttgutbewegung ausschließlich auf das Instrument des Impulsbildes.
Wenn möglich, ist die natürliche Frequenz des Schüttguts bevorzugt, weil sie die
Kraftstoßwirksamkeit maximiert.
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Das ausgewählte Programm ist am Einsatzort einstellbar, damit nur
die Anzahl von Kraftstößen oder Impulsen pro Injektion freigegeben werden, die ein
freies Fließen induzieren. Wenn der freie Fließstrom induziert ist, wird die Silo-Aktivierungsvorrichtung
10 auf eine Ruheposition eingestellt, bis eine Materialflußunterbrechung festgestellt
wird. Dann wird das Programm wiederholt, oder es kann so eingestellt werden, daß
es auf Zeitintervallbasis arbeitet, die durch Versuche zur Verhinderung einer Brücken
oder
Löcher bildenden, ein Zusammenbacken fördernden Situation
zu ermitteln ist, bevor sie festgesetzt werden kann. Bei den meisten Gütern wird
die Silo-Aktivierungsvorrichtung 10 nur zum Einleiten des Schüttgutflüsses aus einem
Ruhezustand benötigt, weil sich bei fließendem Material eine natürliche Auflockerung
ergibt. Deshalb muß die Silo-Aktivierungsvorrichtung 10 nur dann betätigt werden,
wenn der Schüttgutfluß unterbrochen ist oder wenn das Schüttgut mit einer Rate ausläuft,
die eine Wiederherstellung einer Verstopfung (Brückenbildung, Zusammenbacken, Anhaften
oder Löcherbildung) durch das Schüttgut selbst begünstigt. Im letztgenannten Falle
kann die Silo-Aktiviervorrichtung 10 auf ein Zeitintervall programmiert werden,
um die Verstopfung zu verhindern, bevor sie sich festsetzt.
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Am üblichsten sind Flußprobleme durch Brückenbildung (Fig. 1a), Zusammenbacken
(Fig. ib), Anhaften (Fig. 1c) und Loch- oder Rohrbildung (Fig. 1d). In jeder dieser
Figuren ist auch die gewünschte Anordnung und Gruppierung der Silo-Aktivierungsvorrichtungen
10 zum Ausschluß dieser üblichen Flußprobleme gezeigt. Auch ein beschriebenes Impulsmuster,
das entlang Rohren, ausgesparten Rinnen, Verschlußzonen und anderen Bereichen, in
denen Materialrückstände oder -Anhäufunger. unerwünscht sind, kann - obwohl es nicht
gezeigt ist - abgesondertes Material aus solchen Zonen wirksam entfernen.
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Die folgende allgemeine Beschreibung des Betriebs soll das Verständnis
dessen erleichtern, was während der Abgabe unverzögerter Mehrfach-Kraftstöße stattfindet.
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In dem kurzen Moment (20-100Millisekunden) des Druckgasstoßes wirkt
jeder Stoß oder jede Injektion des Druckgases unmittelbar auf die Partikel, berührt
sie und veranlaßt
ihre Bewegung in gleicher Richtung mit der Bewegung
und Ausdehnung der Luft. Gleichzeitig mit der Anfangsbewegung des Materials wird
es durch die Ausdehnung des Druckgases aufgelockert. Der Programmierer 30 wird so
eingestellt, daß eine zweite Energiefreigabe des Druckgases in das Schüttgut injiziert
wird, bevor die Partikelbewegung aus dem vorangegangenen Kraftstoß aufhört.
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Da die Partikelbewegung aus dem ersten Kraftstoß sich noch fortsetzt
und der aktivierte Bereich einem erhöhten Druck ausgesetzt ist, erteilt der zweite
Kraftstoß eine größere Bewegungs-, Durchschlags- oder Auflockerungskraft, weil er
auf die vorher bewegten Partikel bewegungsverstärkend einwirkt. Jede nachfolgende
Energiefreigabe ist programmiert, um auf Material zu wirken, das nicht ruht, sondern
wilr..ehr kinetische Energie in seiner Bewegung enthält, so daß die nachfolgenden
Energiefreigaben - selbst solche, deren Energieniveau niedriger ist als dasjenige
vorangegangener Kraftstöße - durch den Verstärkungseffekt wirkungsvoller als die
vorhergehenden Kraftstöße sind. Das Energieniveau der sich bewegenden Partikel steigt
mit jedem Kraftstoß oder Impuls höher und diese vergrößerte Bewegung wird auf mehr
und mehr Partikel übertragen, wobei die Stoß und Auflockerungsstimulierung sich
in dem gesamten Behälter ausbreitet. Die Kraftstöße oder Impulse werden mit einer
am Einsatzort einstellbaren Rate oder Frequenz freigegeben, auf die das Schüttgut
am meisten anspricht, damit auch eine Schallstimulierung erreicht wird. Die unverzögerten
mehrfachen Energiefreigaben der Stoß-, Auflockerungs- und Schallstimulierung wirken
gemeinsam direkt auf das Material, um seinen sofortigen freien Fluß zu induzieren.
Wenn das Programm, die Anordnung und Anzahl der Siloaktivierungsvorrichtungen 10
richtig gewählt worden sind, kann ein ganzer Sammelbunker vollständig aktiviert
werden, damit innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 1 Sek. bis einige Sekunden
ein freier Gutfluß induziert
wird. Abgesondertes Material in Rohren,
ausgesparten Kanälen, Verschlußbereichen und anderen Zonen, wird in diesem Zeitrahmen
ebenfalls abgelöst und entfernt.
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Die verzögerungsfreie Injektion der vorstehend erläuterten Formen
der Stimulierungs -/Aktivierungsenergie (Stoß, Auflockerung und Schall),die in und
an dem Material konzentriert wird, können so eingestellt werden,daß die genaue Energiemenge
zur Erzielung einer Gesamtstimulierung durch maximale Wirksamkeit zugeführt wird.
Maximale Stimulierung mit minimaler Energie ist abhängig von der Kombination des
Druckniveaus der Druckluft,der Frequenz der Stöße oder Impulse, dem Druckpröfil
der Kraftstöße, der Anordnung und Anzahl der Injektoren und der Einstellung des~Programmierers
an Ort und Stelle.
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Die Materialaktivierungsformen der Stoß-, Auflockerungs-und Schallstimulierung
sind in den Figuren 1 und 2 der Zeichnungen angedeutet, in denen mehrere eng gruppierte
konzentrische Ringe die Stoßkraft darstellen, während die Auflockerungs- und Schallstimulierkräfte
grafisch bildhafte Profilierungsspitzen veranschaulicht sind.
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Es ergibt sich, daß die Silo-Aktivierungsvorrichtung und das Verfahren
gemäß der Erfindung schnell und wirksam die freie Fließfähigkeit von Schüttgut in
einem Bunkerbehälter wiederherstellen oder abgesondertes Material aus anderen Behältern
entfernt. Ferner kann durch Auswahl, Steuerung und Einstellung der Bauteile des
Systems eine maximale Wirksamkeit mit minimalem Zeit- und Energieaufwand erreicht
werden. Das Gesamtergebnis sind eine Vorrichtung und ein Verfahren'die den Betrieb
und die Wirksamkeit aller bisher bekannten Vorrichtungen und Verfahren weit überragen.
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L e e r s e i t e