ES2224236T3 - Separador de aire con accion centrifuga. - Google Patents

Abstract

SEPARADOR DE AIRE CON ACCION CENTRIFUGA QUE INCLUYE UN ROTOR (10) CON EJE VERTICAL DE PALAS (14) REGULARMENTE DISTRIBUIDAS EN SU PERIFERIA, ALABES DIRECTRICES DISPUESTAS ALREDEDOR DEL ROTOR (10) Y UNA ENVOLTURA QUE CONTIENE EL ROTOR (10) Y LAS ALABES DIRECTRICES Y DOTADAS DE ENTRADAS PARA EL AIRE Y PARA EL MATERIAL QUE HAY QUE CLASIFICAR, DE UN CONDUCTO DE EVACUACION 822) PARA EL AIRE CARGADO DE LA FRACCION FINA DEL MATERIAL Y DE UNA SALIDA PARA LA FRACCION GRUESA, PENETRANDO EL AIRE EN EL ROTOR (10) EN SU PERIFERIA, POR CANALES (15) FORMADOS ENTRE LAS PALAS (14) Y CIRCULANDO EN EL INTERIOR DEL ROTOR (10) HACIA EL CONDUCTO DE EVACUACION (22). PARA PODER MODIFICAR LA DISTRIBUCION GRANULOMETRICA DE LAS PARTICULAS EN EL PRODUCTO ACABADO, EL AIRE QUE CIRCULA EN EL ROTOR (10) SE DIVIDE EN AL MENOS DOS CORRIENTES DISTINTAS Y EL ROTOR (10) ESTA EQUIPADO CON MEDIOS DE AJUSTE (28) DE LA VELOCIDAD Y/O DEL CAUDAL DE AL MENOS UNA DE LAS CORRIENTES.

Description

Separador de aire con acción centrífuga.

La presente invención tiene por objeto un separador neumático de acción centrífuga destinado a clasificar un material granular en una fracción fina y una fracción gruesa y que comprende un rotor de eje vertical provisto de palas regularmente repartidas por su periferia, álabes de guía dispuestos alrededor del rotor, siguiendo las generatrices de un cilindro ficticio y aptos para comunicar a una corriente de aire u otro gas que penetre en el indicado cilindro ficticio un movimiento de rotación alrededor del eje de dicho cilindro, y una envoltura dentro de la cual están encerrados el rotor y los álabes de guía y que está provista de una o varias entradas para el aire y para el material a clasificar, de un orificio de salida situado por encima o por debajo del rotor y por donde es aspirada la corriente de aire cargada de la fracción fina del material y de al menos una salida para la fracción gruesa, penetrando el aire en el rotor por su periferia, por los canales formados entre las palas, y circulando por el interior del rotor hacia el orificio de salida.

En un separador de este tipo, el material a clasificar y la corriente de aire pueden ser introducidos por separado en el interior del espacio de sección anular delimitado por los álabes de guía y el rotor, o el material a clasificar puede ser puesto en suspensión en la corriente de aire antes de que este sea admitido en el indicado espacio, a través de los álabes la corriente de aire penetra seguidamente en el rotor y es evacuada por el orificio de salida.

En los dos casos, la corriente de aire y el material a clasificar son sometidos a una rotación, alrededor del eje del rotor, en el espacio de sección anular comprendido entre el rotor y los álabes de guía. Las partículas que constituyen la fracción gruesa del material son proyectadas por la fuerza centrífuga producida por esta rotación contra los álabes de guía y caen por gravedad en una tolva colectora provista de un orificio de evacuación, mientras que las partículas que constituyen la fracción fina son arrastradas por la corriente de aire a través del rotor y el orificio de salida central.

La fracción fina separada contiene prácticamente todas las partículas cuyo tamaño es inferior a una primera dimensión mientras que la fracción gruesa contiene prácticamente todas las partículas cuyo tamaño es superior a una segunda dimensión, mayor que la primera. Además, las dos fracciones contienen partículas cuyo tamaño está comprendido entre las dimensiones primera y segunda. Esto se traduce por una curva de partición que comprende dos porciones sensiblemente horizontales conectadas por una porción inclinada cuya pendiente caracteriza el separador.

La distribución de las partículas de tamaño intermedio en una u otra de las fracciones caracteriza la precisión de corte del separador. En general, se busca obtener, por construcción, un corte tan limpio como sea posible entre las dos fracciones, es decir, reducir la diferencia entre las primera y segunda dimensiones, lo cual se traduce en una curva de partición de pendiente escarpada.

En algunos casos, el producto que se busca obtener debe tener una distribución granulométrica diferente de la de la fracción, fina o gruesa, obtenida por medio de un separador de este tipo. Es en particular el caso del cemento obtenido por triturado por compresión del clinker. Hasta aquí, la única solución para resolver este problema era utilizar dos separadores situados en serie o en paralelo y regulados para dimensiones de corte diferentes. Esta solución es costosa.

Por ejemplo, el documento DE 90 17 176 describe un separado de aire de acción centrífuga en el cual el aire es separado en varias corrientes. Según una primera variante, el separador comprende un conjunto rotor constituido por cuatro unidades coaxiales que tienen la misma velocidad de rotación. No es posible regular la velocidad y/o el caudal de las diferentes corrientes de aire entre sí. Según otra variante, el separador comprende dos rotores independientes, lo cual constituye una solución costosa y más delicada de realizar.

El fin de la presente invención es perfeccionar los separadores del tipo en cuestión, de forma que sea posible ajustar de modo sencillo la pendiente de la curva de reparto, es decir, modificar la distribución granulométrica de las partículas cuyo tamaño está comprendido entre las dimensiones primera y segunda.

El separador objeto de la invención, se caracteriza porque comprende un solo rotor dividido en sectores, porque el aire que circula por el rotor entre la entrada y el conducto de evacuación se divide en al menos dos corrientes distintas, y porque el rotor está equipado de medios de regulación de la velocidad y/o del caudal de al menos una de las corrientes.

Si las velocidades de las dos corrientes de aire en los canales previstos entre las palas del rotor están reguladas con valores diferentes, las fuerzas de resistencia ejercidas por las dos corrientes sobre una partícula de masa y dimensiones dadas serán diferentes; en los canales donde la corriente de aire circula a velocidad reducida, el equilibrio entre las fuerzas de resistencia y las fuerzas centrífugas, que corresponde a la malla teórica de corte, se producirá para una dimensión de partículas más pequeña que aquella para la cual este equilibrio se produce en los demás canales donde la velocidad de aire es más elevada. Todo se producirá por consiguiente como si hubiese dos separadores en paralelo con mallas de corte diferentes; regulando las velocidades de las corrientes de aire, se podrán ajustar las mallas de corte y, por consiguiente, la distribución granulométrica de las partículas en el producto acabado.

Los medios de regulación de la velocidad y/o del caudal de las corrientes de aire pueden estar constituidos por medios para modificar la sección de entrada de al menos algunos de los canales previstos entre las palas del rotor y/o por medios para modificar la sección de paso de las aberturas por las cuales las corrientes de aire se escapan del rotor.

Siguiendo una forma de realización particular, el rotor está dividido en sectores por tabiques verticales dispuestos radialmente y cada sector se comunica con el orificio de salida de aire por una abertura provista de medios de regulación de la sección de paso que podrán estar constituidos, por ejemplo, por láminas pivotantes o diafragmas; en esta forma de realización los tabiques radiales cumplen la función anti-vórtice del segundo juego de palas del separador objeto de la patente francesa nº 90 01673 a nombre del solicitante.

Para modificar la sección de los canales formados entre las palas del rotor, se podrán utilizar placas dispuestas en los indicados canales, siendo cada placa móvil, por ejemplo por rotación, alrededor de un eje paralelo al eje del rotor, entre una primera posición donde deja libre prácticamente toda la sección del canal respectivo, y una segunda posición donde obtura prácticamente por completo el canal.

Se podrá, por ejemplo, colocar a la salida del canal dos placas montadas de forma pivotante sobre un eje vertical dispuesto en el plano central del canal, estas placas podrán ser llevadas por un mecanismo apropiado, de una primera posición donde se aplican una contra la otra y dispuestas prácticamente en el indicado plano central, a una segunda posición donde sus extremos libres hacen tope contra el extremo de las palas que delimitan el canal.

En una variante, algunas palas del rotor pueden ser orientables alrededor de ejes verticales de forma que sus extremos puedan apoyarse sobre una pala próxima para obturar el canal que las mismas delimitan.

Otra solución consiste en realizar las palas en dos partes: una parte fija y una parte móvil orientable por rotación alrededor de un eje vertical. Por ejemplo, una de las caras de la pala puede ser fija y la otra móvil y apta para pivotar alrededor de un eje vertical situado cerca de la periferia del rotor para apoyarse sobre la pala próxima y obturar el canal que las mismas forman. Según otra forma de realización, la parte radialmente exterior de la pala puede ser fija y su parte interior rotativa, pudiendo las partes móviles de dos palas próximas ser llevadas a hacer tope una contra la otra para cerrar el canal delimitado por las dos palas.

Otras características del objeto de la invención aparecerán en la lectura de la descripción que sigue y que se refiere a los dibujos adjuntos, que muestran, a título de ejemplo no limitativo, varias formas de realización de la invención. En estos dibujos:

La figura 1, es una vista en sección diametral de un rotor de separador según la invención.

La figura 2, es una vista por encima del rotor de la figura 1, cerrando el anillo parcialmente el rotor en su parte superior que ha sido eliminada en una mitad del rotor.

La figura 3, es una vista a mayor escala de un detalle del rotor.

Las figuras 4 y 5, son vistas análogas a la figura 3 que ilustran variantes de realización.

La figura 6, es una vista en sección diametral de otro rotor de separador según la invención.

La figura 7 y última, muestra las curvas de reparto de un separador clásico y del separador objeto de la invención.

El separador objeto de la invención es del tipo descrito en la patente francesa nº 90 01673 a la cual se podrá hacer referencia para más detalles. Como se ha descrito anteriormente, comprende un rotor de eje vertical, álabes de guía dispuestos alrededor del rotor y una envuelta en la cual están encerrados el rotor y los álabes de guía y que está provista de una o varias entradas para el producto a clasificar y para la corriente de aire, una o varias salidas para la fracción gruesa y un orificio de salida central para la corriente de aire cargada con la fracción fina del producto.

El rotor 10 está fijado en el extremo inferior de un árbol vertical 11 montado, por mediación de cojinetes de rodamiento, en un soporte tubular 12 fijado sobre el techo de la envuelta del separador. El árbol está acoplado a un grupo de control de velocidad variable que permite girar el rotor a la velocidad deseada.

El rotor comprende un gran número de palas verticales 14 regularmente espaciadas sobre su periferia y cuyos extremos inferiores y superiores están fijados, respectivamente, sobre un fondo 16 y sobre un anillo 18. Una virola cilíndrica 20 fijada sobre el borde interior del anillo 18 define un paso de salida para el aire cargado de partículas de pequeñas dimensiones que han penetrado en el rotor por los canales 15 previstos entre las palas 14. Esta virola se conecta, mediante una junta giratoria, con el extremo inferior de un conducto de evacuación 22 que atraviesa el techo de la envuelta del separador.

El interior del rotor está dividido en cuatro sectores iguales mediante cuatro tabiques verticales 24 dispuestos radialmente. Estos tabiques están fijados sobre el fondo 16, sobre el anillo 18 y sobre una virola 26 que rodea la parte inferior del soporte tubular 12 y que está también fijada sobre el fondo 16.

La abertura de salida delimitada por el anillo 18 y la virola 26 está parcialmente obturada por láminas pivotantes 28 (dos por sector en la forma de realización representada). Cada lámina está fijada sobre un árbol 30 montado sobre cojinetes fijados sobre el anillo 18 y la virola 26. Un cuadrado previsto en el extremo exterior de cada árbol 30 permite regular la orientación de las láminas y, por consiguiente, la sección de la abertura de salida de los sectores respectivos, y un sistema de bloqueo permite mantener las láminas en la posición deseada, después de la regulación.

En el sector del rotor representado en la parte izquierda inferior de la figura 2, una pala 14 de dos está formada por una parte fija 31 que constituye la superficie activa y una parte móvil 32 orientable alrededor de un eje vertical 33 situado cerca del borde de ataque de la pala (ver figura 3). Esta parte 32 es desplazable, entre una primera posición (representada por un trazo continuo en la figura 3) donde se aplica contra la parte fija 31 de la pala, con el fin de dejar libre la entrada del canal 15, y una segunda posición (representada con líneas de trazo mixto) donde obtura completamente esta entrada. La orientación de las partes móviles de las palas podrá ser controlada individualmente o por grupos. Estas palas en dos partes deberán estar repartidas sobre la periferia del rotor de tal forma que este quede equilibrado. Se podrá, por ejemplo, equipar dos sectores del rotor diametralmente opuestos.

La figura 4 muestra otra forma de realización de los medios de obturación de ciertos canales 15 del rotor. Según esta variante las dos palas que delimitan un canal están constituidas por dos partes: una parte exterior 31' que está fijada rígidamente a la estructura del rotor y una parte interior 32' que es apta para pivotar alrededor de un eje vertical 33'. Un mecanismo de control, no representado, permite desplazar la parte móvil 32' de cada pala entre dos posiciones; una primera posición, representada con línea de trazo continuo en la figura 4, donde las partes 31' y 32' se encuentran en la prolongación una de la otra y el canal 15 está completamente liberado, y una segunda posición, representada con línea de trazo discontinuo, donde los extremos libres de las partes 32' de las dos palas hacen tope una contra la otra y el canal 15 es obturado.

En la variante de la figura 5, los medios de obturación de los canales están constituidos por pares de placas verticales 40 situadas en el interior del rotor, estando las dos placas de un par articuladas por su borde interior sobre un mismo eje vertical 42 dispuesto en el plano central del canal. Una leva 44 situada entre las dos placas y controlada por un mecanismo apropiado permite separar las dos placas para llevar su extremo libre a hacer tope contra las palas 14 y obturar la salida del canal 15, como se ha representado con líneas de trazo continuo en la figura. Cuando se desea hacer girar la leva para llevarla al plano central del canal, las placas 40 se aplican contra la leva por la fuerza centrífuga, como se ha representado con líneas de trazo mixto en la figura, y la salida del canal 15 está casi completamente liberada.

Según otra variante, no representada, algunas palas 14 podrían ser orientables montándose de forma que puedan pivotar sobre el rotor alrededor de ejes verticales situados cerca de su borde de ataque y hacer tope contra las palas próximas fijas u orientables para obturar los canales 15 correspondientes.

En funcionamiento, el separador se incorpora a un circuito, abierto o cerrado, donde circula una corriente de gas, por ejemplo una corriente de aire. Al penetrar en el rotor la corriente de aire se divide en tantas corrientes elementales como canales 15 existen entre las palas 14. A la salida de los canales estas corrientes elementales se reagrupan en cada sector del rotor en cuatro corrientes secundarias que se escapan a través de la abertura de salida delimitada por el anillo 18 y la virola 26. Si todas las láminas 28 se encuentran en posición vertical y si todos los canales 15 están abiertos, los caudales de las cuatro corrientes secundarias son iguales y las velocidades de las corrientes elementales son iguales; el funcionamiento del separador es el mismo que el de un separador clásico.

Si se obtura una parte de los canales 15 en uno de los sectores del rotor y simultáneamente se cierran parcialmente las láminas 28 en los otros sectores, para que la corriente de aire se divida en dos corrientes diferentes tales que el caudal que pasa por cada uno de los sectores cuyas láminas 28 están cerradas sea inferior al caudal que pasa por el sector cuyas persianas están abiertas, la velocidad del aire en los canales 15 que han quedado abiertos del primer sector será, por estos dos motivos, más elevada que en los canales de los otros sectores. Dado que las fuerzas de resistencia que se ejercen sobre las partículas y se oponen a la fuerza centrífuga en los canales 15 dependen de la velocidad del aire, mientras que las fuerzas centrífugas solo dependen de la velocidad de giro del rotor, la dimensión de las partículas para la cual las fuerzas centrífuga y de resistencia están equilibradas (malla teórica de corte) será mayor en el primer sector que en los otros. Todo sucede por consiguiente como si hubiese dos separadores en paralelo que trabajasen con mallas de corte diferentes y cuyas fracciones finas se mezclaran a la salida del separador. Ajustando la sección de entrada del aire en uno o varios sectores del rotor y regulando los caudales de aire que circulan por los diferentes sectores, se pueden seleccionar dos mallas de corte diferentes, o más, que permiten obtener la distribución granulométrica deseada en un intervalo dado.

La figura 7 muestra a título de ejemplo las curvas de reparto de un separador clásico, para dos mallas de corte, y de un separador según la invención. La curva de reparto proporciona la proporción ponderal, expresada en %, de las partículas de tamaño dado en la fracción gruesa; se obtendría una curva inversa para la fracción fina. Para dimensiones de partículas inferiores a 20 \mum y superiores a 200 \mum, las tres curvas se confunden. En el intervalo de 20-200 \mum, la curva de línea de trazos corresponde a un separador clásico cuya malla de corte teórico es de 50 \mum, la línea de puntos corresponde a un separador clásico cuya malla de corte teórico es de 105 \mum. La curva de trazo continuo fue obtenida con el separador de la invención; se aprecia que su pendiente es más baja que la de los separadores clásicos, lo cual significa que en el intervalo de 20-200 \mum, la granulometría es más amplia.

La invención permite por consiguiente disponer de una curva de reparto con pendiente regulable y, por consiguiente, obtener un producto acabado que tiene la distribución granulométrica deseada dentro de un intervalo granulométrico dado jugando a la vez con la velocidad del rotor y la orientación de los álabes de guía, por una parte, y las posiciones de las láminas 28 y la regulación de la sección de los canales 15, por otra parte.

En lugar de estar dividido en sectores por tabiques radiales, el rotor podría concebirse como se ha mostrado en la figura 6 y dividirse en dos partes 46, 48, por un tabique horizontal 50, situado por ejemplo a media altura, una abertura 52 prevista en la pared superior del rotor que pone en comunicación la parte superior del rotor con el conducto de evacuación de aire 22 del separador y una virola 54 cuyo diámetro es inferior al del de la indicada abertura 52 que está conectada con una abertura central 56 del tabique y que delimita un paso 55 que pone en comunicación la parte inferior del rotor con el conducto de evacuación 22 a través de la primera abertura. El rotor está provisto de medios tales como los ilustrados en las figuras 3, 4, y 5 para obturar algunos de los canales previstos entre sus palas, sobre al menos una parte de su altura, y de medios tales como las persianas 28 para regular al menos una de las aberturas de salida. Según el mismo principio, el rotor podría dividirse además en dos partes superpuestas. Se podría incluso suprimir el o los tabiques horizontales, produciéndose la división del aire en dos o varias corrientes en el rotor por la disposición de uno o varios tubos buzo situados en el eje del rotor.

Para regular la sección de las aberturas de salida del rotor, podrían ser utilizados medios distintos de las láminas pivotantes, por ejemplo diafragmas. Se entiende que estas modificaciones y todas las que pueden ser aportadas a las formas de realización descritas, por el empleo de medios técnicos equivalentes, entran en el marco de la invención.

Claims (14)

1. Separador de aire de acción centrífuga que comprende un rotor (10) de eje vertical (11) provisto de palas (14) regularmente repartidas por su periferia, álabes de guía situados alrededor del rotor (10) y una envuelta que contiene el rotor (10) y los álabes de guía provista de entradas para el aire y para el material a clasificar, un conducto de evacuación (22) para el aire cargado de la fracción fina del material y una salida para la fracción gruesa, penetrando el aire en el rotor (10) por su periferia, por los canales (15) formados entre las palas (14) y circulando por el interior del rotor (10) hacia el conducto de evacuación (22), caracterizado porque el separador comprende un solo rotor, porque el rotor (10) está dividido en sectores, porque el aire que circula entre la entrada y el conducto de evacuación (22) está dividido en al menos dos corrientes distintas, y porque el rotor (10) está equipado con medios de regulación de la velocidad y/o del caudal de las diferentes corrientes entre si.

2. Separador según la reivindicación 1, caracterizado porque el indicado rotor está equipado de medios (32, 32', 40) para modificar la sección de al menos algunos de los canales (15) por los cuales una de las corrientes de aire penetra en el interior del rotor.

3. Separador según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el indicado rotor está equipado con medios (28) para modificar la sección de la abertura por la cual al menos una de las corrientes de aire se escapa del rotor hacia el conducto de evacuación (22).

4. Separador según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el rotor está dividido en sectores por tabiques verticales (24) situados radialmente y cada sector se comunica con el paso de salida por una abertura provista de medios de regulación (28) de la sección de paso del aire.

5. Separador según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el rotor está dividido en dos partes (46, 48) por un tabique horizontal (50) porque la parte (48) del rotor más alejada del conducto de evacuación (22) se comunica con este último por un paso (55) delimitado por una virola coaxial (54) conectada con una abertura central (56) del indicado tabique, porque la otra parte (46) del rotor se comunica con el indicado conducto de evacuación por una abertura anular (52) que rodea la indicada virola, y porque están previstos medios para modificar la sección de al menos algunos de los canales previstos entre las palas (14) en al menos una de las partes del rotor y para modificar la sección de dicho paso (55) y/o de la indicada abertura anular (52).

6. Separador según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque los indicados medios de regulación de la sección de la mencionada abertura y/o de dicho paso, están constituidos por láminas pivotantes (28).

7. Separador según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque los indicados medios de regulación de la sección de la indicada abertura y/o de dicho paso están constituidos por diafragmas.

8. Separador según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el rotor está equipado con medios (32, 32', 40) para modificar la sección de al menos algunos de los canales (15) formados entre las palas (14) de uno de los sectores o partes del rotor.

9. Separador según la reivindicación 2 u 8, caracterizado porque los indicados medios para modificar la sección de los canales están constituidos por placas dispuestas en los mencionados canales (15), siendo cada placa móvil entre una primera posición donde deja libre prácticamente toda la sección del canal y una segunda posición donde obtura prácticamente de forma completa el canal.

10. Separador según la reivindicación 2 u 8, caracterizado porque los indicados medios para modificar la sección de los canales están constituidos, para cada canal, por dos placas (40) colocadas a la salida del canal (15) y montadas de forma pivotante sobre un eje vertical (42) situado en el plano central del canal, pudiendo estas placas ser llevadas por un mecanismo apropiado (44) de una primera posición donde se aplican una contra la otra y dispuestas prácticamente de forma paralela al indicado plano central, en una segunda posición donde sus extremos libres hacen tope contra el extremo de las palas (14) que delimitan el canal.

11. Separador según la reivindicación 2 u 8, caracterizado porque algunas palas (14) del rotor son orientables alrededor de ejes verticales de forma que puedan apoyarse sobre una pala próxima para obturar los canales (15) que forman con las palas próximas, constituyendo estas palas orientables los medios para modificar la sección de los indicados canales.

12. Separador según la reivindicación 2 u 8, caracterizado porque algunas palas (14) del rotor están formadas por dos partes, una parte fija (31, 31') y una parte móvil (32, 32') orientable por rotación alrededor de un eje vertical y estas partes móviles de las palas constituyen los medios para modificar la sección de los canales (15).

13. Separador según la reivindicación 12, caracterizado porque una de las superficies (31) de ciertas palas es fija y la otra superficie (32) es móvil y apta para pivotar alrededor de un eje vertical (33) situado cerca de la periferia del rotor para apoyarse sobre la pala próxima y obturar el canal (15) que las citadas palas forman.

14. Separador según la reivindicación 12, caracterizado porque la parte radialmente exterior (31') de la pala es fija y su parte radialmente interior (32') es rotativa, pudiendo las partes móviles de dos palas próximas ser llevadas a hacer tope una contra la otra para obturar el canal delimitado por las dos palas.