IT201600097907A1 - Coclea per il trasporto di un materiale pulverulento, in particolare cemento, o similari - Google Patents

Description

“COCLEA PER IL TRASPORTO DI UN MATERIALE PULVERULENTO, IN PARTICOLARE CEMENTO, O SIMILARI”

La presente invenzione è relativa ad una coclea per il trasporto di un materiale pulverulento, in particolare cemento, o similari.

La presente coclea, infatti, è anche atta al trasporto di altri “prodotti scorrevoli”, i quali, in uso, arrivano nella coclea già areati, come, per esempio, cementi, calci, filler e similari.

Pertanto, le considerazioni che seguiranno non si possono applicare a materiali come sabbia e ghiaia, i quali non sono prodotti scorrevoli nel senso summenzionato.

E’ noto che i suddetti prodotti scorrevoli (cementi, calci, filler ecc.) sono contenuti normalmente in sili che prevedono a loro interno dei dispositivi (come uno o più getti d’aria compressa), i quali dispositivi servono a fluidificare con un gas il prodotto pulverulento ancor prima del suo ingresso nel truogolo della coclea.

Pertanto, nel presente contesto, il termine “aereazione” si riferisce alla proprietà di alcuni materiali composti da particelle fini (come, per l’appunto, cementi, calci, filler ecc.) nella cui massa prende luogo una separazione delle particelle stesse mediante l’assorbimento e la ripartizione di aria di fluidificazione.

Per le suddette ragioni la densità dei materiali durante l’uso si riduce, e la miscela particelle/gas presenta temporaneamente alcune caratteristiche proprie dei fluidi.

Solitamente, quanto maggiore è l’aereazione, tanto più grande è la fluidità della massa aerata.

Inoltre è noto che le probabilità che un materiale sia così aerato da avere dei comportamenti da quasi-fluido aumentano in maniera inversamente proporzionale alle dimensioni delle particelle che compongono la massa del materiale stesso.

In alcune forme di attuazione per ottenere dei comportamenti da quasi-fluido l’insufflaggio di aria di fluidificazione nel materiale può essere accompagnato da vibrazioni meccaniche o pneumatiche indotte nella massa del materiale stesso.

Per di più, è conosciuto il fatto che, a parte l’aria, possono essere utilizzati altri gas per conferire una fluidità apprezzabile al materiale in polvere come, per esempio, azoto, anidride carbonica ecc.

E’ stato riscontrato, comunque, che per aumentare l’efficienza del sistema bisogna limitare il più possibile la turbolenza in seno al quasi-fluido.

A questo proposito, si è trovato sperimentalmente che la turbolenza aumenta all’aumentare dei salti discreti di passo dell’elica di trasporto; anche le saldature di singoli passi diversi di elica in questo senso rappresentano dei salti discreti con una conseguente perdita di efficienza del dispositivo di trasporto.

Si è sentita, quindi, la necessità di effettuare degli studi mirati alla realizzazione di coclee (conosciute anche con il nome di “viti-di-Archimede”) atte a trasportare materiale pulverulento con consumi energetici ottimali e decisamente inferiori a quelli dei dispositivi attuali.

Pertanto, uno degli scopi della presente invenzione è quello di ridurre, attraverso una serie di accorgimenti costruttivi, la potenza assorbita dal dispositivo durante il trasporto del materiale.

Nelle forme di attuazione finora in uso normalmente l’intera coclea presenta lo stesso passo per qualsiasi suo punto.

Tuttavia, recentemente uno studio approfondito dei fenomeni meccanici e fluidodinamici che avvengono all’interno della coclea ha portato a ritenere importante suddividere la coclea stessa in porzioni di eliche, le quali differiscono tra di loro relativamente alle caratteristiche funzionali con lo scopo di massimizzare l’efficienza di ogni porzione di elica.

Pertanto, sono stati introdotti in tempi abbastanza recenti trasportatori a coclea suddivisi in porzioni di elica poste in serie tra di loro aventi caratteristiche geometriche differenti; ogni porzione di elica presentando un passo costante, diverso dalla porzione di elica precedente e da quella seguente.

In queste realizzazione di nuova concezione le diverse porzioni di elica hanno passi differenti tra loro per svolgere particolari funzioni quali estrazione, compattazione, trasporto e altre.

Per esempio, nel documento EP-A2-0 816 938 (MITA INDUSTRIAL Co. LTD) è stata descritta una soluzione la quale prevede l’uso di diverse porzioni di elica con passi differenti posti in serie. Tuttavia, ogni porzione di elica al suo interno presenta il medesimo passo per ogni suo punto.

Tuttavia, pur presentando degli indubbi aspetti positivi, queste soluzioni non hanno risolto il problema di minimizzare i consumi di energia per il trasporto del materiale in polvere.

Inoltre, è stato notato che se coclee realizzate secondo gli insegnamenti del documento EP-A2-0 816 938 (MITA INDUSTRIAL Co. LTD) vengono inclinate di un determinato angolo (per esempio per sollevare il materiale in polvere dal suolo ad un piano di un edificio) si ha una alta inefficienza (perdita di potenza) nel trasporto del materiale pulverulento.

Pertanto, la soluzione tecnica proposta nella presente invenzione si pone lo scopo di ovviare ai suddetti svantaggi.

Scopo principale della presente invenzione è, quindi, quello di realizzare una coclea per il trasporto di un materiale pulverulento nella quale siano minimizzati gli sprechi di energia attraverso una accorta progettazione delle diverse porzioni di elica che compongono la coclea stessa nella sua totalità; in particolare scegliendo oculatamente per ogni porzione di elica la legge che regola la variazioni dei passi dei punti che appartengono a quella determinata porzione di elica.

Secondo la presente invenzione viene realizzata, quindi, una coclea per il trasporto di un materiale pulverulento secondo quanto rivendicato nella rivendicazione 1 o in una qualsiasi delle rivendicazioni dipendenti, direttamente o indirettamente, dalla rivendicazione 1.

In particolare, come vedremo, in una “porzione di elica di trasferimento” del materiale pulverulento i passi dei vari punti appartenenti a tale “porzione di elica di trasferimento” varieranno maggiormente rispetto ai passi dei punti appartenenti ad una “porzione di elica di estrazione” che si trova “a monte” della suddetta “porzione di elica di trasferimento” nel senso di avanzamento del materiale.

In questo modo, come sarà visto meglio nel prosieguo, si indurrà una diminuzione della densità del materiale stesso (rarefazione).

L’aumento graduale del passo dei punti appartenenti ad una medesima porzione di elica fa diminuire notevolmente la resistenza all’avanzamento del materiale, perché non si è più in presenza di un agglomerato di particelle fini compatte che devono strisciare sull’elica per avanzare, ma di un insieme di particelle fini poco dense e rarefatte che vengono invece spinte.

Inoltre, come vedremo, deve aumentare in maniera ancora più decisa il passo dei punti appartenenti ad un “porzione di elica di accelerazione e lancio” del materiale pulverulento; tale “porzione di elica di accelerazione e lancio” è posto a valle rispetto alla suddetta “porzione di elica di trasferimento”.

Difatti, il quasi-fluido, dato dalla intima miscelazione delle particelle con un gas (aria, azoto, anidride carbonica ecc.), alla fine della “porzione di elica di accelerazione e lancio” deve avere una energia tale da poter superare agevolmente un eventuale supporto intermedio della coclea privo di elica.

Come vedremo, in una particolare forma di attuazione della presente invenzione per evitare quello che viene chiamato “effetto-sifone”, tra la “porzione di elica di trasferimento” e la “porzione di elica di accelerazione e lancio” è inserita una “porzione di elica anti-sifonaggio” nella quale si ha invece una repentina e momentanea riduzione dei passi dei punti che appartengono a tale porzione di elica.

Si ricorda che l’“effetto-sifone” ha luogo quando la coclea ha una portata effettiva maggiore di quella calcolata e teoricamente possibile; questo fenomeno si presenta con materiali fluidi, per loro stessa natura o perché fluidificati. Il materiale fluidificato ha quindi una alta scorrevolezza ed inerzia e tende a fuoriuscire dalla coclea; ed anche quando l’impianto si arresta il materiale fluidificato continua ad uscire dall’impianto per inerzia.

Questa problematica è correlata anche all’inclinazione della coclea; in particolare quanto più è grande l’angolo di inclinazione della coclea, tanto meno si ha l’“effettosifone”.

Come si è accennato in precedenza, quando si vuole evitare il sifonaggio del materiale fluidificato in un tratto preciso della coclea vi dovrà essere un calo di passo in modo tale da formare un sorta di “accumulo di prodotto” (essenzialmente una sorta di “tappo” di materiale) per aumentare così il livello di riempimento dell’apparecchiatura.

E’ stato rilevato sperimentalmente che una variazione del passo dei punti compresi in una determinata porzione di elica della coclea massimizza l’efficienza del trasporto e riduce in maniera considerevole la quantità di energia consumata per il trasporto stesso (si veda oltre).

Per una migliore comprensione della presente invenzione, vengono ora descritte alcune forme di attuazione, due che si riferiscono all’arte anteriore, ed altre alla presente invenzione; in cui:

- la figura 1 (con relativo grafico di figura 1a) mostra schematicamente una sezione longitudinale di una porzione di elica di una elica avente un passo costante (arte anteriore);

- la figura 2 (con relativo grafico di figura 2a) illustra schematicamente una sezione longitudinale di una porzione di una elica avente un passo che varia in maniera discontinua (arte anteriore);

- la figura 3 (con relativo grafico di figura 3a) mostra schematicamente una sezione longitudinale di una porzione di elica avente un passo che varia in maniera continua e realizzata secondo i dettami della presente invenzione;

- la figura 4 illustra schematicamente una sezione longitudinale di una prima forma di attuazione di una coclea realizzata secondo i dettami della presente invenzione; - la figura 5 mostra una prima spezzata (che si riferisce alla forma di attuazione di figura 4) rappresentata su un piano cartesiano, in cui come ascisse si hanno le distanze delle sezioni della coclea da una sezione di ingresso iniziale, ed in ordinate il valore del passo, sezione per sezione;

- la figura 6 illustra schematicamente una sezione longitudinale di una seconda forma di attuazione di una coclea realizzata secondo i dettami della presente invenzione; e

- la figura 7 è analoga alla figura 5, e mostra una seconda spezzata (che si riferisce alla forma di attuazione di figura 6) rappresentata su un piano cartesiano, in cui come ascisse si hanno le distanze delle sezioni della coclea da una sezione di ingresso iniziale, ed in ordinate il valore del passo, sezione per sezione.

Sia detto incidentalmente che nel presente contesto verrà definito come “passo” di un punto della cresta dell’elica (PTC) la distanza assiale che separa un punto qualsiasi della cresta dal suo omologo preso sulla cresta successiva.

Inoltre, si definirà come “porzione di elica” (SEC) una porzione qualsiasi di elica eventualmente avvolta intorno ad un tubo centrale con la stessa legge di variazione dei passi dei punti.

Nel primo esempio che si riferisce all’arte anteriore, illustrato in figura 1 e nel relativo grafico di figura 1a, un qualsiasi punto (PNT1) di una elica 70 ha un passo (PTC1) uguale al passo di un altro punto (PNT2) ad esso vicino (dove (L) è la generica distanza di un punto qualsiasi dell’elica 70 da un punto iniziale (P0) (punto zero)).

Se si passa, invece (figura 2 e relativo grafico di figura 2a – arte anteriore), in maniera discreta, da una prima porzione di elica (SEC1) dell’elica 70 ad una seconda porzione di elica (SEC2) (sempre dell’elica 70), si passerà da un passo (PTC1) di tutti i punti appartenenti alla prima porzione di elica (SEC1), ad un passo (PTC2) di tutti i punti appartenenti alla seconda porzione di elica (SEC2); e questa è la situazione effettivamente descritta ed illustrata nel documento EP-A2-0 816 938 (MITA INDUSTRIAL Co. LTD).

In figura 3 e nel relativo grafico di figura 3a, che si riferiscono alla coclea oggetto della presente invenzione, è illustrata, invece, la situazione nella quale in una porzione di elica (SEC3) sussiste una stessa legge di variazione dei passi (PTC) dei singoli punti (PNT) costituenti l’elica 70 stessa.

Costruttivamente questo si ottiene dotando di moto roto-traslatorio un tubo centrale 50 (intorno al/ e lungo il suo asse di simmetria longitudinale (X)) ed avvolgendogli intorno l’elica 70.

Inoltre, nella presente invenzione il tubo centrale 50 presenta una certa accelerazione lungo l’asse (X).

Come è noto, la variazione di velocità (accelerazione) può essere proporzionale al tempo (moto uniformemente accelerato), oppure può essere legata al quadrato del tempo (si veda oltre), o con altri tipi di funzioni.

Se, quindi, come illustrato in figura 3 e nel grafico di figura 3a, il tubo centrale 50 viene sottoposto ad una accelerazione lungo la direzione di avanzamento, un primo punto qualsiasi (PNT1) di un porzione di elica (SEC3) avrà un passo (PTC1) diverso (in questo caso minore) dal passo (PTC2) di un secondo punto (PNT2) (attiguo al primo punto (PNT1)) appartenente ad una stessa porzione di elica (SEC3) dell’elica 70.

In altre parole, quello che hanno in comune i due punti (PNT1) e (PNT2) appartenenti però alla stessa porzione di elica (SEC3) è soltanto la legge di variazione della velocità (accelerazione) del tubo centrale 50 durante l’avvolgimento dell’elica 70 intorno ad esso in fase costruttiva. Caratteristica che si traduce in una differenza di passo da punto a punto in una stessa porzione di elica (SEC3).

Ovviamente, nell’uso normale dell’elica per trasportare materiale pulverulento, o in grani, tutti i punti appartenenti alla cresta di una determinata porzione di elica avranno la stessa velocità angolare e la stessa velocità tangenziale perché hanno la stessa distanza dall’asse (X).

Pertanto, bisogna distinguere un aspetto per così dire “costruttivo” dell’elica, descritto in precedenza, da un aspetto “funzionale” dell’elica stessa quando è montata effettivamente in una coclea di trasporto.

In estrema sintesi, in figura 3a si avrà una linea retta (LN) nel caso in cui la variazione di passo per ogni punto appartenente alla stessa porzione di elica (SEC3) è costante, oppure avremo una linea curva (CV) nel caso in cui la variazione di passo per ogni punto appartenente alla stessa porzione di elica (SEC3) è crescente (o descrescente), per esempio con il quadrato della distanza del punto dell’elica da un punto iniziale (P0) (punto zero).

In figura 4, con 100 è stata indicata, nel suo complesso una prima forma di attuazione di una coclea per il trasporto di un materiale pulverulento realizzata secondo gli insegnamenti della presente invenzione.

La coclea 100 comprende una elica 70 avvolta intorno al tubo centrale 50 e contenuta in un truogolo esterno 80 provvisto di una sezione d’ingresso 81 e di una sezione di uscita 82 del materiale pulverulento fluidificato; queste sezioni sono note rispetto allo stato dell’arte.

Sia detto incidentalmente che proprio in corrispondenza di una bocca di carico (HP) nella coclea 100 si trova una porzione di elica di estrazione (ESEC) del materiale pulverulento, porzione di elica che però non verrà analizzato dettagliatamente nella presente descrizione poiché è di tipo noto.

La presente coclea 100 durante il funzionamento crea una depressione di aspirazione.

La sezione d’ingresso 81, quindi, è la prima sezione trasversale subito dopo la bocca di scarico della tramoggia (HP).

L’elica 101 è posta in rotazione da un motore elettrico (MT).

Nella prima forma di attuazione illustrata nelle figure 4 e 5 a fronte di una lunghezza totale della coclea (L1) (dalla sezione di ingresso 81 alla sezione di uscita 82) si possono distinguere le seguenti zone:

- la citata porzione di elica di estrazione (ESEC) (la cui larghezza coincide sostanzialmente con la larghezza della bocca di carico (HP));

- una porzione di elica di trasferimento (TSEC) di lunghezza (L2) e che si estende tra la sezione di ingresso 81 ed una sezione intermedia 83; la porzione di elica di trasferimento (TSEC) avrà, in una realizzazione preferita, un passo (secondo una prima legge di variazione) che varia con continuità in modo crescente; ed

- una porzione di elica di accelerazione e lancio (LSEC) di lunghezza (L3) che si estende dalla sezione intermedia 83 alla sezione di uscita 82; la porzione di elica di accelerazione e lancio (LSEC) avrà, in una realizzazione preferita, un passo che varia (in accordo con una prima legge di variazione) con continuità in modo crescente.

Si noti come, in generale, le leggi di variazione dei passi dei punti appartenenti alle porzioni (TSEC) e (LSEC) sono differenti.

Come illustrato in figura 5 l’andamento dei passi in funzione della distanza del punto dell’elica rispetto ad una origine può essere rappresentato con una spezzata avente due segmenti (RT1) e (RT2); in cui (RT1) corrisponderà alla rispettiva porzione di elica (TSEC), mentre (RT2) sarà invece corrispondente alla rispettiva porzione di elica (LSEC), essendo l’una la continuazione dell’altra. Vantaggiosamente, ma non necessariamente, l’inclinazione (β2) del segmento (RT2) è maggiore dell’inclinazione (β1) del segmento (RT1) (figura 5).

Secondo una seconda forma di attuazione della presente invenzione illustrata nelle figure 6, 7, in cui gli elementi corrispondenti sono indicati con gli stessi numeri e sigle delle figure 4, 5 sono previste le seguenti zone:

- una porzione di elica di estrazione (ESEC);

- una porzione di elica di trasferimento (TSEC) di lunghezza (L2);

- una porzione di elica di accelerazione e lancio (LSEC) di lunghezza (L3); ed

- una porzione di elica anti-sifonaggio (ASEC) di lunghezza (L4); la porzione di elica anti-sifonaggio (ASEC) essendo compresa tra la porzione di elica di trasferimento (TSEC) e la porzione di elica di accelerazione e lancio (LSEC); la porzione di elica anti-sifonaggio (ASEC) avendo un passo che varia con continuità in modo decrescente da punto a punto ed un angolo d’inclinazione crescente.

Pertanto, nella seconda forma di attuazione (figure 6, 7) in cui è prevista anche la porzione di elica antisifonaggio (ASEC) (delimitata dalle sezione intermedie 83 e 84) tra il primo segmento (RT1) di inclinazione (β1) ed il secondo (RT2) di inclinazione (β2) vi è un terzo segmento (RT3) presentante un terzo angolo di inclinazione (β3) costante e di segno inverso rispetto agli angoli di inclinazione (β1) e (β2).

Si noti, inoltre, che due diverse porzioni di elica (ESEC), (TSEC), (ASEC), (LSEC) possono essere raccordate in maniera continua senza che si vedano delle cuspidi nelle zone di raccordo.

Tale soluzione tecnica consente un miglioramento ulteriore dell’efficienza del dispositivo evitando anche quelle piccole turbolenze generate da salti repentini di passi tra le diverse porzioni di eliche.

Il principale vantaggio della coclea oggetto dell’invenzione è costituito dal fatto che a parità di portata del materiale pulverulento vi è un minore consumo di energia (per esempio, energia elettrica consumata dal motore (MT)) utilizzata per porre in rotazione l’elica di trasporto.

Un ulteriore vantaggio della presente coclea è dato dal fatto di funzionare in modo più efficiente anche quando essa presenta una certa inclinazione rispetto al suolo.

Per esempio si è notato che le presenti coclee anche con angoli di inclinazione rispetto al suolo maggiori di 35° mantengono un alto rendimento.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Coclea (100) per il trasporto di un materiale pulverulento, in particolare cemento, del tipo che comprende una elica (70) avvolta intorno ad un elemento tubolare (50) e contenuta in un truogolo (80) provvisto di una sezione d’ingresso (81) e di una sezione di uscita (82) del materiale pulverulento; coclea (100) caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una porzione di elica (SEC) presentante una determinata legge di variazione continua dei passi (PTC); detta legge di variazione dei passi essendo valida per tutti i punti (PNT) contenuti nella porzione di elica (SEC) stessa.
2. 2. Coclea (100), come rivendicato alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta legge di variazione dei passi (PTC) è una legge lineare.
3. 3. Coclea (100), come rivendicato alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta legge di variazione dei passi (PTC) è una legge curvilinea.
4. 4. Coclea (100), come rivendicato alla rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere: (a) – almeno una porzione di elica di trasferimento (TSEC) di lunghezza (L2) che si estende tra una sezione di ingresso (81) ed una sezione intermedia (83); la porzione di elica di trasferimento (TSEC) prevedendo un passo che varia con continuità da punto a punto in modo crescente; ed (b) – almeno una porzione di elica di accelerazione e lancio (LSEC) di lunghezza (L3) che si estende dalla sezione intermedia (83) ad una sezione di uscita (82); la porzione di elica di accelerazione e lancio (LSEC) prevedendo un passo che varia con continuità in modo crescente; le leggi di variazione dei passi dei punti appartenenti alle porzioni di elica (TSEC) e (LSEC) essendo in generale diverse tra di loro.
5. 5. Coclea (100), come rivendicato alla rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che la legge di variazione del passo, punto per punto, di detta almeno una porzione di elica di trasferimento (TSEC) è rappresentabile con una prima retta avente un primo angolo di inclinazione (β1), e che la legge di variazione del passo, punto per punto, di detta almeno una porzione di elica di accelerazione e lancio (LSEC) è rappresentabile con una seconda retta avente un secondo angolo di inclinazione (β2).
6. 6. Coclea (100), come rivendicato alla rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che (β2)>(β1).
7. 7. Coclea (100), come rivendicato alla rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che almeno una delle leggi di variazione del passo, punto per punto, di detta almeno una porzione di elica di trasferimento (TSEC) oppure di detta almeno una porzione di elica di accelerazione e lancio (LSEC) è rappresentabile con una curva (CV).
8. 8. Coclea (100), come rivendicato alla rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che la variazione del passo, punto per punto, di detta almeno una porzione di elica di trasferimento (TSEC) oppure di detta almeno una porzione di elica di accelerazione e lancio (LSEC) è crescente con il quadrato della distanza del punto dell’elica da un punto iniziale (P0).
9. 9. Coclea (100), come rivendicato alla rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che tra detta almeno una porzione di elica di trasferimento (TSEC) e detta almeno una porzione di elica di accelerazione e lancio (LSEC) è situata almeno una porzione di elica anti-sifonaggio (ASEC) di lunghezza (L4).
10. 10. Coclea (100), come rivendicato alla rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che la legge di variazione del passo, punto per punto, di detta almeno una elica antisifonaggio (ASEC) è rappresentabile con una terza retta avente un terzo angolo di inclinazione (β3) di segno inverso rispetto a detti due angoli di inclinazione (β1) e (β2).