RU2232650C2

RU2232650C2 - Method of sorting-out loose materials

Info

Publication number: RU2232650C2
Application number: RU2002114048/03A
Authority: RU
Inventors: В.А. Патрин (RU); В.А. Патрин; А.В. Патрин (RU); А.В. Патрин; Ю.В. Патрин (RU); Ю.В. Патрин
Original assignee: Патрин Василий Александрович; Патрин Алексей Васильевич; Патрин Юрий Васильевич
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2004-07-20

Abstract

FIELD: cleaning and sorting-out of grain and its products; chemical and concentrating industries; separation of loose materials.

SUBSTANCE: proposed method includes sorting-out of particles by sizes in horizontal revolving cylindrical screen provided with system of blades mounted immovably inside cylinder for ensuring stable waterfall mode of loose medium for segregation of particles by sizes and separate discharge of these particles. Separate discharge of fine and medium particles is performed through respective holes of cylindrical screen and coarse particles runs off surface of screen. Thickness of layer of loose medium in loading zone is set by shifting the lower end of loading telescopic tube in height and is automatically maintained by valve sliding over surface of material and periodically opening and closing outlet hole of loading telescopic tube.

EFFECT: increased intensity and improved quality of sorting-out.

2 cl, 7 dwg

Description

Способ и устройство сортирования сыпучих материалов могут быть использованы при очистке и сортировке зерна и его продуктов переработки, а также в химической и обогатительной промышленности при разделении сыпучих материалов.The method and device for sorting bulk materials can be used in the cleaning and sorting of grain and its processed products, as well as in the chemical and enrichment industry for the separation of bulk materials.

Цель изобретения - повышение интенсивности и качества сортирования сыпучих материалов по размерам.The purpose of the invention is to increase the intensity and quality of sorting bulk materials by size.

Известно использование процесса сегрегации частиц при сдвиговых течениях сыпучей среды в поле силы тяжести при квазистатических режимах движения, когда имеет место высокая концентрация сыпучей среды, небольшие относительные скорости перемещения, отсутствие свободного без столкновений пробега. Данный режим сдвиговых течений имеет место в решетах с возвратно-поступательным движением и ситах с круговым поступательным движением. Исследования В.В. Гортинского “Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятиях”. - М., 1980, с. 92,112, показали, что для увеличения интенсивности послойного движения, а следовательно, и процесса перераспределения частиц по размерам целесообразно уменьшать угловую скорость рабочих органов.It is known to use the process of particle segregation in shear flows of a granular medium in a gravitational field under quasistatic modes of motion, when there is a high concentration of granular medium, small relative velocities of movement, and the absence of a free path without collisions. This mode of shear flows takes place in sieves with reciprocating motion and sieves with circular translational motion. Research V.V. Gortinsky "Separation processes in grain processing enterprises." - M., 1980, p. 92,112, showed that in order to increase the intensity of layer-by-layer motion, and consequently, the process of redistributing particles by size, it is advisable to reduce the angular velocity of the working bodies.

Этот вывод означает, что дальнейшее увеличение производительности плоских решет и сит ограничивается кинематическим режимом.This conclusion means that a further increase in the performance of flat sieves and screens is limited by the kinematic mode.

Исследования В.Н.Долгунина и др. показали, что особенно интенсивно процесс сегрегации происходит при быстром сдвиговом течении сыпучей среды (Исследование механизма сегрегации частиц при сдвиговом течении // Процессы в зернистых средах/Межвузовский сборник научных трудов, 1989).Studies by V.N.Dolgunin et al. Have shown that the process of segregation is especially intense during rapid shear flow of a granular medium (Investigation of the mechanism of particle segregation during shear flow // Processes in granular media / Interuniversity collection of scientific papers, 1989).

Если фиг.1 придать вращение около некоторой оси, то при К > 1 получим трубчатый или водопадный режим движения сыпучей среды в горизонтальном вращающемся цилиндре. В трубчатом режиме движения сдвиговые течения отсутствуют. Водопадный режим в чистом виде является неустойчивым и при незначительных изменениях нагрузки или оборотов цилиндра быстро переходит в каскадно-водопадный или трубчатый. Поэтому с целью придания водопадному режиму устойчивости, а также возможности увеличения скорости сдвиговых течений при числах оборотов цилиндра больше критических n > n_кр.= 42,3/Д(диаметр цилиндра), во второй четверти окружности установлены неподвижные лопатки 1-4 на различном расстоянии от поверхности цилиндра через всю его длину параллельно образующим (фиг.2-4). Лопатки обеспечивают отрыв поднимающегося вместе с решетом слоя сыпучей среды, и каждая лопатка направляет падающий поток на определенную часть решета. Последовательное размещение лопаток по окружности обеспечивает разный угол отрыва каждого слоя и его дальнейшее движение в свободном падении по своей траектории. В месте падения по линии 0-l₁-l₂-l₃-l₄-l₅ происходит встреча падающего потока частиц со слоем сыпучего материала, уже уложенного соседней лопаткой. В пространстве эта линия переходит в поверхность площадьюIf figure 1 is given rotation around a certain axis, then at K> 1 we obtain a tubular or waterfall mode of movement of the granular medium in a horizontal rotating cylinder. In the tubular mode of motion, shear flows are absent. In its pure form, the waterfall regime is unstable and, with minor changes in the load or revolutions of the cylinder, quickly passes into a cascade-waterfall or tubular. Therefore, with the aim of imparting stability to the waterfall regime, as well as the possibility of increasing the velocity of shear flows at cylinder speeds higher than critical n> n _cr. = 42.3 / D (cylinder diameter), in the second quarter of the circle fixed blades 1-4 are installed at different distances from the surface of the cylinder through its entire length parallel to the generators (Fig.2-4). The blades provide separation of the layer of loose medium rising with the sieve, and each blade directs the incident flow to a certain part of the sieve. The sequential placement of the blades around the circumference provides a different separation angle of each layer and its further movement in free fall along its path. At the point of incidence along the line 0-l ₁ -l ₂ -l ₃ -l ₄ -l ₅ , the incident particle stream meets a layer of bulk material already laid by an adjacent blade. In space, this line passes into the surface with an area of

S=l·n·L,S = ln

где n - число лопаток;where n is the number of blades;

l - ширина зернового слоя, снимаемого одной лопаткой в зоне падения;l is the width of the grain layer, removed with a single blade in the fall zone;

L - длина цилиндраL - cylinder length

Здесь происходит встреча потоков частиц движущихся с разными скоростями и направлениями движения, что приводит к быстрым инерционным сдвиговым течениям сыпучей среды.Here there is a meeting of flows of particles moving with different speeds and directions of motion, which leads to fast inertial shear flows of a granular medium.

Как видно из фиг.2, каждый элементарный слой частиц, снимаемый одной лопаткой, движется по своей замкнутой траектории с циклом подъем - отрыв - свободное падение - сдвиговое течение. Перемешивание объема сыпучей среды, находящейся в цилиндре, отсутствует.As can be seen from figure 2, each elementary layer of particles, removed by one blade, moves along its closed path with a cycle of rise - separation - free fall - shear flow. Mixing the volume of granular medium located in the cylinder is absent.

Устройство, обеспечивающее данный вид движения, впервые зарегистрировано в авторском свидетельстве П.Н.Федосеева № 174553 для создания в поперечном сечении барабанной сушилки падающего потока зерна и очистки его воздухом.A device providing this type of movement was first registered in the copyright certificate of P.N. Fedoseyev No. 174553 for creating an incident grain stream in cross section of a drum dryer and cleaning it with air.

В дальнейшем был выявлен процесс самосортирования сыпучей среды в поперечном сечении цилиндра при данном виде движения, и в авторском свидетельстве № 223636 (В.А.Патрин, П.Н.Федосеев) “Сушильно-очистительная установка для сыпучих материалов” предложен способ раздельного вывода фракций с помощью приемных лотков, которые, однако, не дают четкого разделения сыпучего материала.Subsequently, the process of self-sorting of granular medium in the cylinder cross section for this type of movement was identified, and in the author's certificate No. 223636 (V.A. Patrin, P.N. Fedoseev) “Drying and cleaning plant for bulk materials”, a method for separate withdrawal of fractions is proposed using receiving trays, which, however, do not give a clear separation of bulk material.

Кроме того, в данной заявке не отражена суть и новизна способа сортирования, которая была обнаружена при дальнейших исследованиях и основана, во-первых, на качественно других ( по сравнению с плоскими и простыми цилиндрическими решетами) быстрых сдвиговых течениях сыпучей среды в инерционных режимах, а во-вторых, выявлено, что на сыпучую среду в горизонтальном вращающемся цилиндре действует переменная по величине и направлению силовое поле, которое приводит сыпучую среду в состояние, аналогичное при сложных горизонтальных и вертикальных колебаниях.In addition, this application does not reflect the essence and novelty of the sorting method, which was discovered during further research and is based, firstly, on qualitatively different (compared to flat and simple cylindrical sieves) fast shear flows of a granular medium in inertial modes, and secondly, it was revealed that the force field that is variable in magnitude and direction acts on the granular medium in a horizontal rotating cylinder, which brings the granular medium into a state similar to complex horizontal and vertical fluctuations.

Используя результаты скоростной киносъемки, модель процесса перераспределения частиц по размерам представлена в приближенном виде следующим образом: каждый элементарный слой сыпучего материала, состоящий из пор и крупных зерен, при виде сверху представляет “подвижное решето”, движущееся в зоне сдвиговых течений со скоростью, отличной от скорости верхнего и нижнего такого же “решета”. В результате чего более мелкие частицы проваливаются в поровые промежутки между зернами и переходят в нижний элементарный слой, с каждый циклом движения по кругу приближаясь к поверхности цилиндра, а более крупные частицы всплывают на поверхность и циркулируют в зоне первых двух лопаток.Using the results of high-speed filming, a model of the particle size redistribution process is presented in an approximate form as follows: each elementary layer of granular material, consisting of pores and large grains, when viewed from above, represents a “moving sieve” moving in the zone of shear flows at a speed different from speeds of the top and bottom of the same "sieve". As a result, smaller particles fall into the pore spaces between the grains and pass into the lower elementary layer, approaching the cylinder surface with each cycle of movement in a circle, and larger particles float to the surface and circulate in the area of the first two blades.

Из фиг.6 видно, что сдвиговое течение сыпучей среды при К=ω²r_c/g>1 происходит в максимальном силовом поле (зона Б), а в зоне отрыва у лопаток в минимальном силовом поле (зона А), что облегчает отрыв частиц.Figure 6 shows that the shear flow of a granular medium at K = ω ² r _c / g> 1 occurs in the maximum force field (zone B), and in the separation zone near the blades in the minimum force field (zone A), which facilitates separation particles.

На фиг.6 дано изменение величины результирующего ускорения

от угла поворота цилиндра L и кинематического режима K. А - величина силового поля в зоне отрыва слоя; В - величина силового поля в зоне сдвигового течения.Figure 6 shows the change in the value of the resulting acceleration

from the angle of rotation of the cylinder L and the kinematic mode K. And is the magnitude of the force field in the zone of separation of the layer; B is the magnitude of the force field in the zone of shear flow.

Изменение направления действия силового поля способствует переводу контактного напряжения между частицами в предельное и, следовательно, к их перераспределению. Изменение направления силового поля во вращающемся горизонтальном цилиндре в течение одного оборота дано на фиг.7.Changing the direction of action of the force field helps to translate the contact voltage between the particles in the limiting and, therefore, to their redistribution. A change in the direction of the force field in a rotating horizontal cylinder for one revolution is given in Fig.7.

На фиг.7 дано изменение направления γ результирующего ускорения

от угла поворота цилиндра L и кинематического режима K.7 shows the change in direction γ of the resulting acceleration

from the angle of rotation of the cylinder L and the kinematic mode K.

Техническая реализация способа разделения при быстрых сдвиговых течениях гранулированных материалов представлена в предлагаемой сортировальной установке (фиг.3), которая состоит из вращающегося цилиндрического решета с различными размерами отверстий, 9 и 10 неподвижно установленных внутри решета системы плоских лопаток 1-4 (фиг.3 и 4), закрепленных на 2-х секторах 5, так что каждая лопатка находится на различном расстоянии от поверхности решета и направляет срезаемый слой на определенную часть решета. Система лопаток может поворачиваться вместе с валом 17 в подшипнике 16 рычагом 15 относительно сектора 14. Это необходимо при выборе оптимальных углов отрыва при технологической настройке решета.The technical implementation of the separation method for rapid shear flows of granular materials is presented in the proposed sorting plant (Fig. 3), which consists of a rotating cylindrical sieve with various hole sizes 9 and 10 fixedly installed inside the sieve of a system of flat blades 1-4 (Fig. 3 and 4), fixed on 2 sectors 5, so that each blade is at a different distance from the surface of the sieve and directs the sheared layer to a specific part of the sieve. The blade system can be rotated together with the shaft 17 in the bearing 16 by the lever 15 relative to the sector 14. This is necessary when choosing the optimal separation angles for the technological adjustment of the sieve.

Загрузочное устройство состоит из воронки 18, двух труб 6 и 8. Одна труба входит в другую и закрепляется болтом 7. К нижнему концу трубы закреплен шарнирно клапан-копир 9 (фиг.3 и 5).The loading device consists of a funnel 18, two pipes 6 and 8. One pipe enters the other and is fixed with a bolt 7. A copy valve 9 is pivotally fixed to the lower end of the pipe (Figs. 3 and 5).

Установка сортировальная работает следующим образом. Сыпучий материал через загрузочное устройство поступает во внутреннюю часть цилиндрического решета. Толщина слоя на решете в зоне загрузки устанавливается перемещением нижнего конца загрузочной трубы 8 по высоте. В процессе работы решета заданная толщина слоя в зоне загрузки поддерживается автоматически. При уменьшении толщины слоя клапан, поворачиваясь относительно оси шарнира, освобождает отверстие загрузочной трубы. Сыпучий материал поступает в решето. По мере увеличения толщины слоя увеличивается напор вращающегося вместе с решетом зернового кольца на клапан-копир, который, поворачиваясь, перекрывает выпускное отверстие трубы 8. Решету 10, 11 от электродвигателя через клиноременную передачу 12 и опорные ролики 13 сообщаются обороты, которые должны быть в пределах n=(1,3-1,5)n_кр.Installation sorting works as follows. Bulk material through the loading device enters the inner part of the cylindrical sieve. The layer thickness on the sieve in the loading zone is set by moving the lower end of the loading pipe 8 in height. During the sieve operation, the specified layer thickness in the loading zone is automatically maintained. When reducing the thickness of the layer, the valve, turning relative to the axis of the hinge, releases the opening of the loading pipe. Bulk material enters the sieve. As the layer thickness increases, the pressure of the grain ring rotating with the sieve increases on the copier valve, which, turning, blocks the outlet of the pipe 8. The sieve 10, 11 from the electric motor through the V-belt drive 12 and the support rollers 13 are informed of revolutions, which should be within n = (1.3-1.5) n _cr .

Сыпучий материал под действием центробежной силы поднимается во вторую четверть окружности решета, отрывается лопатками и падает на слой зерна, уложенный соседней лопаткой. В результате сдвигового течения слоев происходит перераспределение частиц по размеру. Мелкие перемещаются к поверхности решета и проходят через цилиндрическое решето с мелкими отверстиями 10 - проход M₁, со средними отверстиями 11 - проход М₂, а крупные частицы К сходят с поверхности решета.Bulk material under the action of centrifugal force rises in the second quarter of the circumference of the sieve, breaks off with blades and falls on a layer of grain laid by an adjacent blade. As a result of the shear flow of the layers, the particle size is redistributed. Small ones move to the surface of the sieve and pass through a cylindrical sieve with small holes 10 - passage M ₁ , with medium holes 11 - passage M ₂ , and large particles K come off the surface of the sieve.

Claims

1. A method of sorting bulk materials by particle size in a horizontal rotating cylindrical sieve with a system of blades fixedly installed inside the cylinder, providing a stable waterfall regime of the movement of granular medium with a separation for particle segregation by size and separate removal of particles, characterized in that the separate removal of small and medium particles are produced through the corresponding openings of the cylindrical sieve, and large particles are produced immediately from the surface of the sieve, and the specified thickness of the layer of granular medium in the zone Booting cylindrical sieve adjusted by moving the lower end of the telescopic tube loading and height and automatically maintain valve cam-sliding surface of the layer of granular medium, periodically opening and closing a loading-discharge opening of the telescopic tube.

2. The method according to claim 1, characterized in that the optimal trajectory of the incident flow of the granular medium is carried out by rotating the stationary blades along or against the rotation of the cylinder to change the angle of separation of the layer of granular medium.