Устройство для дозирования порошков

Устройство для дозирования порошков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< ц942883

Союз Советсиик

Соцмапмстмчесимк

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04. 10.80 (21) 2990928/22-02 (51 ) М. Кл.

В 22 F 1/00

G 01 F 13/00 с присоединением заявки № (23)Приоритет

1ооудэр сткккнъй комктвт

СССР по долам взобрвтенкв и открнткй

Опубликовано 15.07.82. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 19.07.82 (53) УДК 621.762..073(088.8) А. Ч. Машек, В. Н. Лазутин, О. А. Мяздриков, В. И. Ходкин и В. И. Саутин (72) Авторы иэобретеиия (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ПОРОШКОВ

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности. к устройствам для доэирования порошков при заполнении технологических емкостей и пресс-форм.

Известно устройство для дозирования

5 порошков, включающее корпус с каналами ввода и вывода порошков, лотка, снабженного вибратором 11 j .

К недостаткам данного устройства относится низкая надежность работы, обусловленная попаданием транспортируемого порошка в движущиеся узлы устройства, а также высокая энергоемкость.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для доэирования порошков, включающее корпус с каналами ввода и вывода порошков, бункер, электроды и источник высокого напряже- го ния. При этом поверхность верхнего электрода выполнена конической, а канал вывода порошке выполнен в нижнем электроде(21 .

К недостаткам данного устройства относится отсутствие возможности перемещения порошка на значительные расстояния, что обусловлено ограниченностью электрических параметров источника, а также низкая производительность процесса дозирования.

Белью изобретения является обеспечение воэможности перемещения порошка на значительные расстояния и повышение производительности процесса дозирования. Указанная цель достигается тем, что устройство для доэирования порошков, включающего корпус с каналами ввода и вывода порошков, бункер, электроды и источник высокого напряжения, отличающегося тем, что электроды выполнены в виде прямоугольных лентообраэных пластин, причем рабочая поверхность по крайней мере одного из электродов профилирована в виде несимметричного пилообразного гофра и образует в продольном сечении ряд скошенных зубьев с образующими, большая из которых обращена к каналу

3 94288 вывода порошка, а меньшая — к каналу ввода, при этом образующие расположены пГ>д углом 60 — 120 друг к другу и сопряжены между собой цилиндрическими поверхностями с радиусом закругления, равным 0,05 - 0,25 межалектродного расстояния; поверхность большей обраэующей каждого из зубьев выполнена профилированной.

На фиг. 1 показана схема устройства; 1О на фиг. 2 — вариант выполнения верхнего электрода с профилированной поверхностью образующей зуба.

Устройство включает верхний электрод

1, нижний электрод 2, корпус 3, бункер 4, канал 5 ввода порошка, канал 6 вывода порошка, межалектродное пространство 7, источник 8 высокого напряжения и соеди- няющие переходы 9 и 10. При атом элект роды выполнены в виде прямоугольных лентообразных пластин, причем рабочая поверхность по крайней мере одного иэ электродов профилирована в виде несимметричного пилообразного гофра и обра- д зует в продольном сечении ряд скошенных зубьев (на фиг. не обозначены) с образуюшими, большая иэ которых обращена к каналу вывода порошка, а меньшая к каналу ввода. При этом образующие расположены под углом 60 - 120 друг к другу и сопряжены между собой цилиндрическими переходными поверхностями (не обозначены) с радиусом закругления, равным 0,050,25 межэлектродного расстояния.

По одному иэ вариантов поверхность большей образующей каждого из зубьев выполнена профилированной, например, в виде ряда скошенных зубьев (фиг. 2).

Устройство работает следующим об40 разом.

При подаче на электроды разности потенциалов от источника частицы в межэлектродном пространстве входят в режим автоколебаний, т. е. образуется псевдо45 ожиженная система (фиг. 1). При этом частицы будут двигаться в окрестности, и примерно, в направлении силовых линий электрического поля (пунктирные линии на фиг. 1) однако вследствие соударения и действия центробежных инерционных сил (частицы обладают конечной массой) траектория движения частицы не будет строго совпадать с силовой линией поля, а будет направлена к ней под углом (сплошная линия на фиг. 1) в сторону канала выхода порошка. В результате порошковые частицы, двигаясь автоколебательно по траекториям меньшей кривизны, чем кривизна

3 4 силовых линий поля, будут непрерывно и постепенно смещаться вдоль оси системы.

Такой характер. движения частиц возникает из-за того, что рабочая поверхность, обращенная в сторону межэлектродного зазора одного или обоих лентообразных прямоугольных электродов 1 и 2, профилируется в виде несимметричного пилообразного гофра, продольное сечение которого имеет вид ряда скошенных зубьев с большей образующей (1 ) и меньшей (8 ) (фиг. 1).

Данный профиль обеспечивает, по крайней мере, два физическйх. механизма, обуславливающих перемещение частиц вдоль оси системы. Во-первых, наклон большей образующей поверхности относительно оси системы создает форму электрического поля типа расходящихся пластин, которой соответствуют силовые линии, выгнутые в сторону канала вывода порошка. Если бы заряженная частица имела нулевую массу, то она двигалась бы строго вдоль силовой линии (пунктирная линия). Но поскольку масса частицы больше нуля, то ускоряясь под действием сил поля и увеличивая свой импульс, частица вследствие своей инертности начинает двигаться по смещенной траектории с меньшей кривизной, так как нормальной составляющей электрической силы не хватает на то, чтобы направить частицу вдоль силовой линии.

Поскольку силовые линии выгнуты в сторону. канала 6 вывода порошка, то и траектории частиц смешаются в том же направлении, что обеспечивает транспортировку частиц в процессе их автоколебаний между электродами.

Во-вторых, вследствие того, что коэффициент восстановления импульса частиц при ударе об электроды не равен нулю и изменяется в пределах 0,5 - 0,98 и согласно закону отражения частиц от твердой поверхности наклон образующей Ь к оси

ОУ (см. фиг. 1) обуславливает также преимущественный отскок порошковых гранул в направлении транспортировки порошка. Это приводит к тому, что траектории частиц еще больше смещаются в указанном направлении к каналу вывода порошка, поскольку начальные скорости частиц для каждой отдельной траектории направлены уже под некоторым углом к силовой линии поля.

Если выбрать Ь М 8, то частицы будут смещаться вправо за счет отскока от поверхности длиной ь, так как отскок от поверхности длиной окажет незначитель5 9428

Работа предлагаемой системы при мао лых углах oL, уменьшенных плоть до О, допускается тогда, когда дозатор (его

Ось ОУ) наклонен вниз относительно горизонтали (угол Р наклона системы отрицательный).В этом случае на производительность дозатора начинает позитивно влиять вес частиц, который добавляется к электрическим силам и смешает траектории у частиц в направлении транспортировки вдоль наклонной оси ОУ.

Предлагаемый дозатор может также работать с наклоном вверх (угол Р положительный), так как одновременно с горизонтальной транспортировкой доэируемой массы он в состоянии осуществлять и вертикальный подъем порошка под некоторым углом P . Величина угла Р для фиксированного профиля электрода 2 зависит от типа порошка. Тяжелые порошки поднимаются под меньшим.углом, чем легкие. Процесс подъема порошка возможен потому, что электрические силы компенсируют вес частиц, и смещение частиц по оси ОУ вверх под действием поля больше, чем их смещение против направления ОУ вниз под действием гравитационного поля.

Для порошков микронных размеров (15 мкм) подъем возможен по вертикали, т. е. при Р= 90 . йое воздействие на общий ансамбль частиц.

Число частиц, сместившихся влево за счет отскока от поверхности длиной (, будет во столько раз меньше, во сколько проекция g на ось ОУ будет меньше проекции

1 на ту же ось.

В результате нескольких соударений с образующей L и с противоположной стороной нижнего электрода основная часть частиц перейдет в следующий сектор и 10 т. д., следовательно, частицы будут дви» гаться в межэлектродном пространстве вдоль оси ОУ.

Профилированный электрод необходимо располагать так, чтобы большая образую- 1s шая L была бы обращена к сопрягающему выходному переходу 10 и к каналу вывода порошка, при этом меньшая образующая 0 будет обращена к входному сопрягающему переходу 9 и к каналу ввода 20 порошка. Только в этом случае в направлении транспортировки порошка ОУ будут выгнуты силовые линии электрического поля в зазоре и будет происходить преимущественный отскок частиц при ударе об элект» >> роды, поскольку именно при данном расположении профиля на каждом участке отдельного зуба верхний и нижний электроды буду расходиться (увеличивать между собой расстояние) в направлении оси 30 системы ОУ.

Если расположить профилированный электрод наоборот с образующей,, обращенной к каналу ВВода IIopoIHKB, ro сис З5 ,. тема резко сократит производительность дозирования (на несколько порядков) и не сможет выполнять роль дозатора.

Большая образующая ji и меньшая должны располагаться по отношению друг к другу под углом, близким к 90 . Этот о угол допускается варьировать не более, чем в интервале 60 - 120 . Последнее о о вызвано тем, что длина образующей должна быть по Возм Ожнос ти минималь» 4 ной в целях уменьшения обратного хода (отражения) частиц. Небольшое изменение угла между образующими в указанном диапазоне может потребоваться в целях увеличения электрической прочности IIpoмежутка. Для создания более сильного электрического поля образующие Ь и 8 сопрягаются между собой цилиндрической поверхностью с радиусом закругления

Р = 0,05 - 0,25 межэлектродного расстояния. В противном случае на острых

Б кромках зубьев будет происходить концентрация электрических зарядов, искажаться электрическое поле, и промежуток будет

83 6 пробиваться при значительно более низких напряжениях источника, Увеличивать жв радиус закругления К болыпе 0,25 межэлектродиого расстояния не имеет смысла, так как при этом начнет возрастать ии тенсивность рассеяния и обратных отражений частиц в направлении против оси ОУ.

Угол cL наклона большей образующей к оси системы ОУ может изменяться в пределах О - 45 . В целях увеличения производительности транспортировки порош« ка, а следовательно, и производительности дозирования, имеет смысл угол с увеличивать, так как усиливается кривизна силовых линий электрического поля и возрастает угол отскока частиц от поверхности образующей 1, отсчитанный относительно ее нормали. Однако увеличение оС больше 45 приведет к тому, что в о углублении зуба (часть зуба, наиболее удаленная от поверхности противоположного электрода) после ослабнет и не вся поверхность образующей Ь будет рабочей, а только ее начальная часть, ближайшая к острию кромки зуба. В результате производительность доэирования начнет спада ть.

9428

Согласно профилю электрода 1 поперечное сечение межэлектродного зазора изменяется в пределах от 5 до 5

Ь31И vnOx причем в точках, когда оно достигает минимальной величины, наблюдается макаимальное локальное искажение поля около поверхности острия зуба и вероятность электрического пробоя в этом месте наибольшая по сравнению с другими областями промежутка. Если сопрягающие пере- 10 ходы 9 и 10 будут иметь S меньше . чем в зазоре, то электрическая прочность электродной системы доэатора упадет, уменьшится поле в промежутке, а следовательно и производительность. Если l5 в сопрягающем входном переходе 9 5 будет больше, чем Я „,„,то поле над порошковой пробкой канала ввода будет ослаблено по сравнению с максимальным, а также профиль переходе примет форму, 20 которая будет способствовать обратному отражению частиц на поверхность пробки.

В итоге производительность опять уменьшится. Если же в сопрягающем выходном переходе 10 Я также будет больше 5„,„.И, 25 то это приведет к уменьшению угла сброса частиц по выходным концевым козырькам (на фиг. не обозначены) перехода 10 в канал выхода порошка. Последнее обстоятельство нежелательно, так квк также щ уменьшает производительность устройства за счет повышения вероятности отражения частиц порошка из перехода 10 в зазор между электродами.

Оптимальные условия работы сопрягающих переходов заключаются в равенстве их поперечного сечения 5 минимальному сечению Я „. зазора.

Для повышения производительности до- 40 эирования необходимо создать такие условия, когда составляющая, скорости частицы, направленная вдоль оси ОУ, будет максимальна. Этого можно достичь увеличивая, например, угол (фиг. 2). Од45 нако в этом случае, во-первых, напряженность поля будет мала для создания достаточного заряда на частице при ее контакте в районе точки А (фиг. 2), а во вторых, величина Г будет приближаться к величине Ь, что в сумме вызовет резкое снижение общего количества передвигаюшихся частиц вдоль оси ОУ. Это противоречие разрешается, если образующую Ь разбить на несколько образующих }, мент

У 55 шей длины. При таком разбиении увеличивается угол расхождения с „между рабочими участками электродов, а длина меньшей эоны I остается примерно такой жэ. Это дает существенное повьпцение производительности процесса дозированич порошка. Так как длина лентообразных электродов 1 и 2 предлагаемого дозатор ничем в принципе не ограничивается, то процесс транспортировки доэируемой массы может осуществляться на сколь угодно большие расстояния.

Принцип, положенный в основу работы описываемого устройства и заключающийся в движении частиц порошка под действием сил электрического поля, обеспечивает процесс доэирования и транспортировки порошка в отсутствии какого-либо внешнего воздействия со стороны потоков газовых или жидких сред, а -.àêæå механически движущихся ичи вибрирующих элеменВ тов- Следовательно, использование электрического поля позволяет дозировать и перемещать порошок в вакууме или в любой неподвижной вязкой диэлектрической среде.

В предлагаемом дозаторе также достигаются следующие дополнительные цели.

Вследствие того, что частицам приходится определенное время (чем больше длина зазора 7 вдоль сси системы ОУ, тем бол ше время прохода) двигаться колебатепь- но-поступательно вдоль транспортного канала, возникает эффект полного или частичного разрушения агрегатов слипших» ся частиц. Это происходит потому, что здесь на каждый отдельный агрегат индивидуально действуют силы, которые его деэинтегрируют нв исходные частицы или более мелкие части. К этим силам относятся электрические силы взаимного отталкивания одноименно заряженных частиц агрегата, а также ударные силы, возникающие при взаимодействии комка частиц с поверхностью электродов.

Истирание электродов при транспортировке порошка с абразивными свойствами в межэлектродном зазоре происходит значительно менее интенсивно, чем, например, в системах горизонтального или наклонного пневмотранспорта порошков. Это объясняется самим характером автоколе« бательного движения частиц, при котором удар частицы об электрод направлен не касательно к его поверхности, а практически перпендикулярно. В результате процесс износа и стирания поверхностного слоя материала существенно подавлен.

Поскольку на каждую порошковую частицу электрические силы, приводящие ее в движание, действуют индивидуально, а не через остальную массу частиц, в пред.»

9428 лагаемом дозаторе значительно легче переходить от дозирования одной партии порошка к другой, когда недопустимо попадание случайно оставшихся в доэаторе частиц первой партии во вторую (напри« мер, при заполнении пресс-форм в порошковой металлургии). Указанное качество предлагаемая конструкция. имеет также и потому, что после окончания процесса дозирования и прохода всей массы порош- 10 ка из бункера через зазор в канал 6 электрическая прочность между электродами повышается примерно на 30% и появляется возможность усиления поля, которое и очищает" элементы устройства !5 от оставшихся частиц предшествующей партии.

Вследствие того, что в удлиненном транспортном канале устройства создается псевдоожиженная порошковая система gp значительного объема, пространство межэлектродного зазора может быть использовано для одновременно обработки, наприИсточники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 425733, кл. В 22 F 1/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

¹688829,,кл. 6 01 F 13/00, 1978, мер, сушки порошковых частиц прямо в процессе их дозирования.

Ширина электродов 106 мм, высота межэлектродного зазора 22 мм, шаг L большей образующей зубчатого профиля верхнего электрода 40 мм, высота зубчатого профиля 7 мм. 30

Испытания проводились с порошком жаропрочного сплава ЭП-74 1 со средним размером частиц порядка 100 мкм.

Достигалась производительность дозирования порядка 13 — 15 кг/ч.

При использовании двойного зубчатого профиля (фиг. 2) производительность дозатора повышалась на 20 - 30%. Угол подъема, при котором дозатор сохранял работоспособность, для порошка ЭП-741 составил порядка 5 - 10, Угол подъема о дпя вольфрамового порошка со средним . размером частиц 10 - 20 мкм составляла порядка 60 — 80

Испытания показали, что устройство особенно эффективно при использовании его

83 10 в вакууме или любой другой неподвижной вязкой диэлектрической среде, например, в газовой среде повышенного давления.

Применение данного устройства позволило поднять производительность беэмеханической подачи порошка с единицы рабочего поперечного сечения в 2,5 - 3 раза по сравнению с известным устройством, Формула изобретения

1. Устройство для доэирования порошков, включающее корпус с каналами ввода и вывода порошков, бункер, электроды и источник высокого напряжения, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности перемещения порошка на значительные расстояния и повышения производительности процесса, электроды выполнены в виде прямоугольных ,лентообразных пластин, причем рабочая поверхность по крайней мере одного из электродов профилирована в виде несимметричного пилообразного гофра и образует в продольном сечении ряд скошенных зубьев с об» разующими, большая иэ которых обращена к каналу вывода порошка, а меньшая - к каналу ввода порошка, при этом образующие расположены под углом 60 - 120 о одна к другой и сопряжены между собой цилиндрическими поверхностями с радиусом закругления, равным 0,05 - 0,25 межэлектродного расстояния.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что поверхность большей образующей каждого из зубьев выполнена профилированной.

942883

Составитель И, Киянский

Редактор М. Товтин Техред А.Бабннец Корректор А. Дзятко

Заказ 4957/14 Тираж 852 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4