Pierwszenstwo: Opublikowano: 30.VT.1969 57630 KI. 82 a, 19/07 MKP F 26 b 4/(90 Wspóltwórcy wynalazku: inz. Bronislaw Andrzej Wierzbicki, Zbigniew Kiniorski Wlasciciel patentu: Zaklady Budowy i Naprawy Maszyn Drogowych „MADRO", Kraków (Polska) Urzadzenie do suszenia i odpylania kruszywa mineralnego Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do su¬ szenia i odpylania kruszywa mineralnego, stoso¬ wanego na wyrób mas bitumicznych na nawierzch¬ nie drogowe.Znane dotychczas suszarki kruszywa mineralne¬ go, lub piece obrotowe, dzialajace w komplecie, na ogól przewoznych maszyn, zwanych zespolami do suszenia i otaczania kruszywa, które stanowia agregaty przeznaczone do produkcji mas bitumicz¬ nych, asfalto i smolobetonów, skladaja sie z beb¬ nów obrotowych umieszczonych pomiedzy nierucho¬ mymi komorami, zaladowcza i odbiorcza oraz z urzadzen odpylajacych, które polaczone sa z wen¬ tylatorem.Do opalania bebnów stosuje sie przewaznie we¬ glowodory ciezkie, jak mazut, olej napedowy i inne.Poprawny proces suszenia kruszywa w techno¬ logii mas bitumicznych na nawierzchnie drogowe, ma na celu: podgrzanie kruszywa mineralnego do wymaganej temperatury, (dla smolobetonu 110°C, dla asfaltobetonu do 260°C, usuniecie wody z kru¬ szywa mineralnego, usuniecie czastek sadzy, usu¬ niecie wszelkich zanieczyszczen organicznych i wtracen pochodzenia ilastego, które to domieszki sa bardzo szkodliwe, gdyz wplywaja ujemnie na wlasnosci mechaniczne gotowej nawierzchni drogo¬ wej, wykonanej z takiego kruszywa.. Suszenie kruszywa mineralnego odbywa sie w obrotowych bebnach, w których kruszywo wiruje 10 15 20 25 30 w strumieniach goracych gazów spalinowych. Ga¬ zy spalinowe sa usuwane z bebna suszarki na zew¬ natrz ciagiem wytwarzanych przez wentylator a nastepnie poprzez filtry suche, które bardzo rzad¬ ko, w przypadkach specjalnych wspomaga sie fil¬ trami mokrymi, elektrofiltrami lub filtrami tkani¬ nowymi. W procesie tym, gazy spalinowe majac duza predkosc porywaja z wirujacego kruszywa czasteczki pary wodnej oraz wspomniane zanie¬ czyszczenia.Urzadzenia te posiadaja szereg wad, takich jak: unoszenie z bebna suszarki nadmiernej ilosci kru¬ szywa mineralnego o granulacji ponizej 8,0 mm i osadzenie grubszych czastek zmieszanych z ilem w zbiornikach filtrów.Intensywne emitowanie pylów do atmosfery po¬ woduje silne zapylenie okolic, a zwlaszcza bezpo¬ sredniego otoczenia maszyny i stale narazanie za¬ logi na wdychanie tych pylów.Zubozenie kruszywa mineralnego w czastki o wymiarze ziarna 0,05—1,5 mm, stanowi strate cen¬ nego surowca, którego brak pozbawia mase asfal¬ towa skladników zabezpieczajacych jej spoistosc i zmniejsza jej wytrzymalosc mechaniczna. » Pozostawienie czastek ilów, których dotychcza¬ sowe urzadzenia nie usuwaja z kruszywa powodu¬ je zmniejszenie wytrzymalosci mechanicznej masy asfaltowej, jej pekanie na mrozie i zla podatnosc na mechaniczne ukladanie na drodze przy pomocy rozscielaczy. 576303 Przenikanie do filtrów cyklonowych duzych ilos¬ ci drobnego kruszywa wraz z odpadami ilastymi powoduje koniecznosc powrotnego transportu kru¬ szywa do suszarki.Z tego tez wzgledu w praktyce rezygnuje sie z wytracenia ilów z kruszywa, a dla unikniecia strat materialów dopuszcza sie obnizenie jakosci masy bitumicznej, albo tez dla uzyskania lepszej masy bez ilu dopuszcza sie 10% straty surowca o ziarni¬ stosci niezbednej w dobrej nawierzchni drogowej.Transport materialu ze spalinami plynacymi z duza predkoscia powoduje przedwczesne przecie¬ ranie rurociagów i filtrów. Narastanie warstwami materialów mineralnych w cyklonach, wplywalo kolejno na odkladanie ich w rurociagach, a na¬ stepnie na emisje na zewnatrz poprzez wentyla¬ tor, który z tej przyczyny ulega przedwczesnemu zuzyciu.Zjawiska powyzsze powoduja nastepstwa wtórne w suszarce, której tak zwana sciana ogniowa z przymocowanym palnikiem ulega przedwczesnemu przepalaniu, jako wynik zadlawienia przeplywu gazów. Czeste sa przypadki przecierania bebnów suszarki, w poblizu komory zaladowczej wskutek wpadania kamieni pomiedzy nieruchomy pierscien komory i obracajacy sie beben.Ponadto wystepuja charakterystyczne wady" fil¬ trów suchych, a zwlaszcza cyklonów, wynikajace z ich ograniczonej skutecznosci zaleznej od grubos¬ ci ziarna pylu niesionego w gazach. Ich optymal¬ na skutecznosc do 90% obejmuje plyty o wielkos¬ ci ziarna od 50 mikronów wzwyz.Przedostawanie sie pylów, zwlaszcza ilastych poza cyklon, zanieczyszcza wirnik i w konstrukcjach dotad znanych jest przyczyna zmeczeniowego pe¬ kania walów wentylatorów, których wirniki tra¬ ca równowage dynamiczna w nastepstwie nierów¬ nomiernego oblepiania tych wirników pylami osa¬ dzanymi z przechlodzonych za cyklonem spalin za¬ wierajacych duzy procent wilgotnosci.Celem wynalazku jest usuniecie powyzszych wad dzieki wykorzystaniu zjawisk fizycznych u wylotu bebna, co w konsekwencji prowadzi do rozdzialu wewnatrz bebna pylów ilastych od drobnych ziarn kruszywa porywanego wraz ze spalinami, a takze przez wymuszenie prawidlowego ruchu kruszywa mineralnego na poczatku bebna, zmniejszenie ilos¬ ci porywanego stamtad surowca do instalacji wen¬ tylacyjnej, a ponadto eliminacja emisji pylów i tlenków siarki do atmosfery.Cel ten osiagnieto przez zastosowanie urzadze¬ nie wedlug wynalazku, umozliwiajacego- odpylanie i suszenie kruszywa mineralnego, które sklada sie z odpylacza cyklonowego polaczonego z przewodem ssacym zaopatrzonym w otwory i przeslone do ich regulacji, przymocowanym do osadzonego w nieru¬ chomej scianie, wchodzacego w glab bebna wew¬ netrznego przewodu ' ssacego, rozdzielonego rynna zsypowa do wprowadzenia materialów suszonych, wyposazonego w otwory ssace i sciany czolowe oraz przykrytego oslona, a takze z prowadzacych listew spiralnych i prostych listew przesypowych przymocowanych do plaszcza bebna od strony wew¬ netrznej, dla bezkaskadowego przesuwania mate- 4 rialu mineralnego u dolu koitopry wstepnej bebna, a w pozostalej jego czesci do prowadzenia gazów wokól wewnetrznego przewodu ssacego.Urzadzenie wedlug wynalazku w przykladzie wy- 5 konania przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urzadzenia, fig. 2 — prze¬ krój urzadzenia wzdluz linii A—A z fig. 1. fig. 3 — widok przewodu ssacego od strony palnika, fig. 4 — widok przewodu ssacego z boku po wy- w jeciu z bebna, fig. 5 — przekrój przewodu ssacego wzdluz linii B—B, z fig. 4, fig. 6 — przekrój prze¬ wodu ssacego wzdluz linii C—C, z fig. 3, fig. 7 — rzut aksonometryczny urzadzenia, fig. 8 — aksonometryczny rzut przewodu ssacego. 15 Urzadzenie wedlug wynalazku sklada si£ z ko¬ mory 1 wstepnej, umieszczonej na koncu bebna 8.Na wewnetrznym obwodzie komory 1 sa przymo¬ cowane spiralne listwy 2 prowadzace, których kon¬ ce 2a wchodza pomiedzy listwy 7 przesypowe, 20 ulozone wzdluz tworzacych bebna. Spiralne listwy 2 prowadzace w odmianie wykonania moga byc ulozone z krótkich trapezowatych segmentów 2b, mocowanych na wnetrzu bebna po linii srubowej.Przy dennicy 17 bebna 8 znajduje sie odrzutnik 25 3 w ksztalcie stozkowatego pierscienia o trape¬ zowym przekroju poprzecznym. Pierscien 5d o wspólosiowym polozeniu wzgledem odrzutnika 3, przymocowany do nieruchomej czolowej sciany 18, stanowi drugi element labiryntowego uszczelnienia tej strony bebna.Do nieruchomej sciany 18 czolowej bebna 8 jest przymocowany od zewnatrz bebna 8, lej 12 wsy¬ powy, a od wewnatrz bebna 8 przewód 5 ssacy, wystajacy w glab komory 1 wstepnej. Nieruchoma sciana 18 i lej 12 wsypowy, tworza komore zala¬ dowcza.Przewód 5 ssacy jest przedzielony ukosna ryn¬ na 16 zsypowa o podwyzszonych scianach 4, po¬ laczona z lejem 12 wsypowym, wzmocnionych roz¬ porka 20, w którym z boku znajduje sie wlotowy otwór ssacy 5a oraz od góry otwór ssacy 5e.Obie polówki przewodu ssacego 5 sa zakryte od strony palnika 10, czolowymi scianami 5b oraz 5f 45 wystajacymi poza obrys przewodu ssacego 5, a od góry okapem 5c. Wystajacy na zewnatrz nierucho¬ mej sciany 18 przewód 5 ssacy przechodzi w zew¬ netrzny przewód 9 ssacy, wyposazony w szczeliny 15 i przeslone 6. w Zewnetrzny przewód 9, ssacy jest polaczony bez¬ posrednio z odpylaczem cyklonowym 19. Urzadze¬ nie wedlug wynalazku dziala nastepujaco: Pod¬ czas procesu suszenia, który polega na przepusz¬ czaniu przez nachylony do poziomu, obracajacy sie 55 w kierunku 11 beben 8 material mineralny, poru¬ sza sie w jego wnetrzu w strumieniu goracych gazów, które dostarczane z palnika 10 znajdujace¬ go sie na scianie ogniowej nieruchomej komory od¬ biorczej, plyna w kierunku przeciwnym do kierun- eo ku ruchu surowca. Surowiec ladowany jest do leja 12 wsypowego, a nastepnie opuszcza beben w sta-' nie podgrzanym i suchym po drugiej stronie bebna 8 poprzez rynne 13 zsypowa, umocowana w komo¬ rze odbiorczej do tej samej sciany co palnik 10.. -5 Surowiec spadajacy z ukosnej rynny 16 zsypo-57630 6 wej, przesuwa sie pod dzialaniem spiralnych listew 2 prowadzacych i obrotu bebna 8 poprzez komore 1 wstepna w sposób spokojny bez kaskadowego przesypywania, slizgajac sie po pobocznicy komo¬ ry 1 wstepnej pomiedzy listwami 2 spiralnymi, a nastepnie pomiedzy listwy 7 przesypowe w dru¬ giej czesci bebna 8, gdzie nastepuje przesypywanie surowca i utrzymywanie jego czesci w stanie cia¬ glego spadania z góry dokad wynosza go listwy 7 przesypowe.W tej strefie bebna 8 przebiega intensywne na¬ grzewanie i suszenie przy wzajemnym ocieraniu sie o siebie czastek kruszywa czemu towarzyszy intensywne wydzielanie pylów, zlozonych z zanie¬ czyszczen organicznych, ilaste, drobnych ziarn frak¬ cji piaskowej, które strumienie spalin o predkosci Vp porywaja ze strefy przesypowej, niosac po¬ przez komore 1 wstepna, ku wewnetrznemu prze¬ wodowi 5 ssacemu.Literami Vp na fig. 7 oznaczono predkosc prze¬ plywu spalin w strefie lopat 7 przesypowych; Vm — predkosc spalin w komorze 1 wstepnej, po¬ miedzy koncem lopat 7 i czolowymi scianami 5b i 5f w srodkowej strudze wokól osi bebna 8; Vn równa Vm predkosc warstwy przysciennej otacza¬ jacej strumien srodkowy w komorze 1, Vn — predkosc spalin w zwezeniu, którego powierzchnia przekroju poprzecznego w plaszczyznie czolowych scian 5b, 5f równa sie róznicy powierzchni po¬ przecznego przekroju komory 1 wstepnej i obu po¬ wierzchni czolowych scian 5b, 5f, wystajacych poza obrys przewodu 5 ssacego, Vc — predkosc wloto¬ wa w oknach ssacych 5a, 5e; Vr — predkosc trans¬ portowa w zewnetrznym przewodzie 9. Predkosc transportowa w wentylacji przemyslowej, Vt — zwana tez predkoscia unoszenia, oznacza taka pred¬ kosc gazów w poziomym rurociagu transportu pneumatycznego, przy której rozdrobnione ciala stale, zwane tez materialami sypkimi, zostaja wprawione w ruch wirowy, i traca stycznosc ze scinkami rurociagu, zostaja calkowicie uniesione ze struga gazów lub tez zostaja uniesione chwilowo, poruszajac sie skokami w kierunku strugi gazów, zakreslaja przy tym tory podobne w przyblizeniu do sinUsóidy.Predkosc transportowa Vt materialów sypkich, jest zalezna od ich ciezaru wlasciwego, od stopnia ich rozdrabniania i ksztaltu, od lepkosci gazów oraz od koncentracji mieszaniny wyrazonej jej ciezarem wlasciwym to jest ilorazem ciezaru ma¬ terialu sypkiego i ciezaru gazu w jednostce pojem¬ nosci. Zatem predkosc transportowa Vt = f (\i) jest funkcja koncentracji „\i" materialów sypkich, do których naleza pyly, gdzie: G materialu G gazu Równiez i swobodne opadanie pylów w atmo¬ sferze gazowej zalezy od uprzdnio okreslonych warunków w których zaleznosc podstawowa okre¬ sla liczba Reynolds'a.Predkosc Vp spalin jest znacznie wieksza od predkosci Vn i Vm, poniewaz wolny dla przeply¬ wu spalin przeswit bebna 8 w strefie lopat 7, ogra¬ niczony spadajacym z góry surowcem, oraz czescia tego surowca, przesypywanego u dolu strefy prze¬ sypowej obracajacego sie bebna 8, jest mniejszy 5 dwukrotnie od powierzchni poprzecznego przekroju komory 1 wstepnej.Wartosc zadlawienia sprawdzona doswiadczalnie wyraza sie wspólczynnikiem 0,35—0,5, zapelnienia strefy przesypowej podczas obrotu bebna 8. Ko¬ lo mora 1 wstepna obrotowego bebna 8 wraz z umieszczonym w niej przewodem 5 ssacym jest odmiana filtra osadowego na przestrzeni od lopat 7 do scian 5b, 5f, a inercyjnego na przestrzeni od scian 5b, 5f do otworów 5a, 5e ssacych i stanowi is urzadzenie odpylania wstepnego oraz segregacji pylów, w którym odwrócono funkcje Vt = f(^) na funkcje \i = f(Vt), to jest na koncentracje jako funkcje predkosci transportowej, która w tej za¬ leznosci matematycznej jest zmienna, niezalezna, 20 gdzie jej obnizenie zmniejsza koncentracje, czyli wywoluje wytracania pylów.Do obnizenia predkosci spalin i podcisnienia w bebnie 8 sluzy przeslona 6, przy pomocy której reguluje sie ilosc wpuszczanego powietrza w spo- 25 sób zamierzony i kontrolowany do przewodu 9 przez nastawne szczeliny 15, z zachowaniem wa¬ runku, aby Vn—Vm < Vt, czyli od predkosci trans¬ portowej kruszywa o wielkosci ziarna 0,05 mm.Stopniowanie predkosci w poszczególnych stre- 30 fach jest nastepujace: Vr Vc Vu Vn = = Vm < Vp — przy zachowaniu drugiego warun¬ ku niezbednego do segregacji pylu ilastego i kru¬ szywa, to jest Vn = 0,9—1,5 m/sek, czyli transpor¬ towej predkosci wystarczajacej do przenoszenia py- 85 lu ilastego o granulacji do 0,042 mm, lecz równo¬ czesnie na malej dla czastek kruszywa wielkosci 0,05 mm.Przyczyna zróznicowania tych predkosci jest róz¬ nica ciezarów wlasciwych kruszyw i ilów wyno- 40 szaca 0,4—1 G/cm3. Wskutek tego niesione w spa¬ linach z predkoscia Vp czastki kruszywa osiadaja w komorze 1 wstepnej, utraciwszy pierwotna swa predkosc, przy której uniesione zostaly przez spa¬ liny ze strefy przesypowej. 45 Doplyw zimnego powietrza z boku przewodu 9 ssacego, stanowi posrednia regulacje predkosci ga¬ zów w bebnie 8 z równoczesnym zachowaniem w odpylaczach cyklonowych stalej wydajnosci prze¬ plywu i stalej stycznej predkosci wlotowej w gra- 50 nicach 16—20 m/sek. Cyklony natomiast reaguja spadkiem sprawnosci na zmiany wydajnosci prze¬ plywu innymi metodami.Na przyklad przez zmniejszenie wydajnosci wen¬ tylatora przez obnizenie obrotów przy pomocy wy- 55 miennych kól pasowych lub przez bezstopniowa zmiane obrotów silnikiem pradu stalego w ukla¬ dzie Leonarda albo przez dlawienie przeplywu przy pomocy przepustnicy, co stosowano w ma¬ szynach francuskich, osiaga sie obnizenie predkos- 60 ci w bebnie suszarki o wymagane 50%, lecz spa¬ dek wydajnosci przeplywu w caym ciagu wentyla¬ cyjnym w identycznej proporcji, zmniejsza stycz¬ na predkosc wlotowa w cyklonie, czyli na 8— 65 10 m/sek.57630 Zapylone spaliny przy nizszej predkosci stycz¬ nej od 16 m/sek nie wytwarzaja dostatecznej sily odsrodkowej, aby byly w stanie wytracic pyly.Cyklon przestaje dzialac jako filtr odsrodkowy, a zamienia sie w rurociag o duzej srednicy, z które¬ go wszystkie pyly/ wyplywaja przez wentylator do atmosfery.Stozkowy odrzutnik 3 wspóldzialajacy z nieru¬ chomym pierscieniem 5d, stanowi labiryntowo za¬ dlawienie doplywu powietrza atmosferycznego do bebna 8, oraz zabezpieczenie przed wpadaniem kamieni pomiedzy sciane 18, beben 8 i zewnetrz¬ ny pierscien ochronny, co zapobiega przedwczes¬ nemu niszczeniu koncówek bebnów sciernych pod¬ czas obrotu bebna 8 przez grube kruszywo, które w okresie rozruchu pieca i zaladunku mokrego su¬ rowca przylepia sie od wewnatrz do bebna 8, a po nagrzaniu odpada i odbite od okapu 5c, mogloby dostac sie pomiedzy beben 8 i nieruchomy zew¬ netrzny pierscien ochronny, co jest wada konstruk¬ cji dotychczasowych suszarek.Spaliny, które niosa z soba w przewodzie 5 ssa¬ cym tylko pyly ilaste i niewielka domieszke frak¬ cji piaskowych, przeplywaja przez zewnetrzny przewód ssacy 9. W przewodzie tym przy pred¬ kosci transportowej Vr odbywa sie dalsza obróbka zapylonych spalin, to jest jeszcze przed odpyla- czem cyklowym, polegajaca na wywolaniu koagu¬ lacji, czyli spowodowaniu ich wzajemnego zlepia¬ nia sie w wieksze grudki podczas turbulentnego przeplywu, który sprzyja temu procesowi.Do tego celu dodatkowo wykorzystano, wpusz¬ czane ze szczelin 15 zimne powietrze atmosferycz¬ ne, które obnizajac temperature spalin, powoduje zwilzanie czastek pylu kondensatem pary wodnej, pochodzacej z mokrego kruszywa oraz stanowiacej uboczny produkt spalania weglowodorów w ilosci okolo 20°/o zuzytego paliwa. Wykorzystano tutaj znane w meteorologii zjawisko kondensacji pary wodnej w atmosferze na drobinach pylu i sadzy.Frakcja pylowa i ilowa oraz ewentualne resztki frakcji piaskowej, transportowane dalej w kie¬ runku 14 poprzez kolektor 19 zbiorczy osiadaja calkowicie w zbiornikach odpylaczy cyklonowych, poniewaz nastapila koagulacja ziarn i w postaci wiekszych grudel miesci sie w przedzialowej, wy¬ sokiej sprawnosci cyklonu to jest powyzej 50 mi¬ kronów. W obecnosci kondensatu pary wodnej grudki ulegaja wytraceniu, a razem z nimi obec¬ ne równiez w gazach tlenki siarki, które jako pro¬ dukt spalania weglowodorów pochodza z zanie¬ czyszczen siarka olei opalowych.Urzadzenie wedlug wynalazku posiada szereg 1 zalet, takich jak: Zwiekszenie sredniej technicznej wydajnosci su¬ szarki o 21% i zwiekszenie wydajnosci maksy- 5 malnej o 41,5%. Zmniejszenie zuzycia paliwa na cele ogrzewcze w suszarce w odniesieniu do jed¬ nej tony masy asfaltowej o 29,8%. Nie wystepuja koszty transportu duzych ilosci materialów mine¬ ralnych spod odpylaczy do miejsca zaladunku przy 10 dozymetrze lub przenosniku tasmowym, a calko¬ wita ilosc odpadów, które do dalszej przeróbki nie nadaja sie, wynosi od 0,0219% do 0,0343% wydaj¬ nosci suszarki i jest równa procentowej zawartosci ilów w surowcu. 15 Oszczednosci na przewodach wentylacyjnych i wentylatorach odciagowych. Poprawa warunków sanitarnych jako nastepstwo zmniejszenia emisji pylów do atmosfery — sto razy do dwiescie trzy¬ dziesci razy mniej w porównaniu do suszarek 20 obecnie znanych. Polepszenie jakosci masy bitu¬ micznej, jako nastepstwo eliminacji pylów i ilów oraz zanieczyszczen tlenkami siarki, przy jedno¬ czesnym zachowaniu niezubozonej frakcji piasko¬ wej. Eliminuje sie potrzebe instalowania filtrów 25 za wentylatorem dla wspomagania odpylaczy zgrubnych. PL