Устройство для дозирования порошков

О П И С А Н И Е ,942883ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсиикСоцмапмстмчесимкРеспублик(23) Приоритет 3 оудэдсткккВЙ комитет СССР по делам изобретений и открнтккДата опубликования описания 19.07.82 А. Ч. Машек, В. Н. Лазутин, О, А. Мяздриков, В. И. Ходкин и В, И. Саутин(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ПОРОШКОВ 1Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности. к устройствам для доэирования порошков при заполнении технологических емкостей и пресс-форм.Известно устройство для дозирования5 порошков, включающее корпус с каналами ввода и вывода порошков, лотка, снабженного вибратором 11 .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 1,21. 2К 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 каналу3 94288вывода порошка, а меньшая - к каналуввода, при этом образующие расположеныпоп углом 60 - 120 друг к другу и сопряжены между собой цилиндрическимиповерхностями с радиусом закругления,раьным 0,05 - 0,25 межэлектродногорасстояния; поверхность большей образуюшей каждого из зубьев выполнена профилированной.На фиг, 1 показана схема устройства; 1 Она фиг, 2 - вариант выполнения верхнегоэлектрода с профилированной поверхностьюобразующей зуба,Устройство включает верхний электрод 1, нижний электрод 2, корпус 3, бункер 4, канал 5 ввода порошка, канал 6 вывода порошка, межэлектродное пространство 7, источник 8 высокого напряжения и соеди-няющие переходы 9 и 10. При этом элект-щ роды выполнены в виде прямоугольных лентообразных пластин, причем рабочая поверхностьпо крайней мере одного из электродов профилирована в виде несимметричного пилообразного гофра и обра- д 5 зует в продольном сечении ряд скошенных зубьев ( на фиг. не обозначены) с образующими, большая из 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 0,05- 0,25 межэлектродного расстояния.35По одному из вариантов поверхность большей образующей каждого из зубьев выполнена профилированной, например, в виде ряда скошенных зубьев (фиг. 2).Устройство работает следующим об 40 разом.При подаче на электроды разности потенциалов от источника частицы в межэлектродном пространстве входят в режим автоколебаний, т, е. образуется псевдо 45 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 фсиловых линий поля, будут непрерывно ипостепенно 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 несимметричногопилообразного гофра, продольное сечениекоторого имеет вид ряда скошенных зубьев с большейобразующей ( 1 ) и меньшей (8 ) (фиг. 1),Данный профиль обеспечивает, по крайней мере, два физическйх.механизма, обуславливающих перемещение частиц вдольоси системы. Во-первых, наклон большейобразующей поверхности относительно осисистемы создает форму электрическогополя типа расходящихся пластин, которойсоответствуют силовые линии, выгнутыев сторону канала вывода порошка, Еслибы заряженная частица имела нулевую массу, то она двигалась бы строго вдольсиловой линии (пунктирная линия), Нопоскольку масса частицы больше нуля, тоускоряясь под действием сил поля и увеличивая свой импульс, частица вследствиесвоей инертности начинает двигаться посмещенной траектории с меньшей кривизной, так как нормальной составляющейэлектрической 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 транспортировкучастиц 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 1 окажет незначитель5 9428 Работа предлагаемой системы при мао лых углах О, уменьшенных плоть до О, допускается тогда, когда дозатор ( его ось ОУ) наклонен вниз относительно горизонтали (уголнаклона 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 (уголположительный), так как одновременно с горизонтальной транспортировкой доэируемой массы он в состоянии осуществлять и вертикальный подъем порошка под некоторым углом 3Величина угла 5 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 смешение против направления ОУ вниз под действием гравитационного поля. Для порошков микронных размеров (1- 5 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 1, будет во столько раз меньше, во сколько проекция 6 на ось ОУ будет меньше проекции 1 на ту же ось.В результате нескольких соударений с образующей Ь 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 щая Ь;была бы обращена к сопрягающему выходному переходу 10 и к каналу вывода порошка, при этом меньшая образующая 1 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- Ь 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.1 Если расположить профилированный электрод наоборот с образующей , обращенной к каналу ввода порошка, то сис , тема резко сократит производительность дозирования (на несколько порядков) и не сможет выполнять роль дозатора.Большая образующая Ь и меньшая должны располагаться по отношенпо друг к другу под углом, близким к 90, Этото угол допускается варьировать не более, чем в интервале 60 - 120 . Последнеео овызвано тем, что длина образующей должна быть по ВОзмОжнОсти минимапьф 45 ной в целях уменьшения обратного хода (отражения) частиц. Небольшое изменение угла между образующими в указанном диапазоне может потребоваться в целях увеличения электрической прочности промежутка, 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 острых5 кромках зубьев будет происходить концентрация электрических зарядов, искажаться электрическое поле, и промежуток будет 83 Ьпробиваться при значительно более ииэках напряжениях источника. Увеличивать жв радиус закругления Й болыпе 0,25 межэлектродиого расстояния не имеет смысла, так как при этом начнет возрастать ин тенсивность рассеяния и обратных отражений частиц в направлении против оси ОУ.Угол сЕ наклона большей образующейк оси системы ОУ может изменяться в пределах 0 - 45. В целях увеличения производительности транспортировки порош ка, а следовательно, и производительности дозирования, имеет смысл угол (Е увеличивать, так как усиливается кривизна силовых линий электрического поля и возрастает угол отскока частиц от поверхности образующей Ь, отсчитанный относительно ее нормали. Однако увеЛичение К больше 45 приведет к тому, что воуглублении 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 спадатьь.9428 7Согласно профилю эпектроца 1 поперечное сечение межэпектродного зазора изменяется в пределах от 5 до 5ьти мох причем в точках, когда оно достигает минимальной величины, наблюдается мак аимальное локальное искажение поля около поверхности острия зуба и вероятность электрического пробоя в этом месте наибольшая по сравнению с другими областями промежутка. Если сопрягающие пере ходы 9 и 10 будут иметь б меньше, чемв зазоре, то электрическая прочность электродной системы доэатора упадет, уменьшится поле в промежутке, а следовательно и производительность, Если 5 в сопрягающем входном переходе 9 5Фбудет больше, чем Я1то поле нвдпорошковой 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 5 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 з 0 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 Б минимальному сечению 5зазора. Для повышения производительности доэирования необходимо создать такие условия, когда состввляюшая, скорости астины, направленная вдоль оси ОУ, будет максимальна, Этого можно достичь увеличивая, например, угол Ы(фиг. 2), Од 45 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 передвигающихся частиц вдоль оси ОУ. Это противоречие разрешается, если образующуюЬ разбить на несколько образующих Ь мень55 шей длины, При таком разбиении увеличивается угол расхождения смежду рабочими участками электродов, а длина меньшей эоны 1 остается примерно такой жэ, Это дает существенное повышениепроизводительности процесса дозированичпорошка, Так как длина лентообразныхэлектродов 1 и 2 предлагаемогодозаторничем в принципе не ограничивается, топроцесс транспортировки доэируемой массыможет осуществляться нв сколь угоднобольшие расстояния,Принцип, положенный в основу работыописываемого 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 также механически движущихся ичи вибрирующих элементов. Следовательно, использование электрического поля позволяет дозировать иперемешать порошок в вакууме или в любой неподвижной вязкой диэлектрическойсреде,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 боль ше время прохода) двигаться колебвтепь-но-поступательно вдоль транспортного канепв, возникает эффект полного или частичного разрушения агрегатов спипших 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.Истирвние электродов при транспортировке порошка с абразивными свойствами в межэпектродном 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.ф9428 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 порощ О ка из бункера через зазор в канал 6 электрическая прочность между электродами повышается примерно на 30% и появляется возможность усиления поля, которое и очишает" элементы устройства 15 от оставшихся частиц предшествуюшей партии.Вследствие того, что в удлиненном транспортном канале устройства создается псевдоожиженная порошковая система 20 значительного объема, пространство межэлектродного зазора может быть использовано для одновременно обработки, наприИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР425733, кл. В 22 Р 1/00, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР688829, кл. 601 Е 13/00, 1978, мер, сушки порошковых частиц прямо в процессе их дозирования.Ширина электродов 106 мм, высота межэлектродного зазора 22 мм, шаг Ь большей образующей зубчатого профиля верхнего электрода 40 мм, высота зубчатого профиля В 7 мм. 30Испытания проводились с порошком жаропрочного сплава ЭПсо средним размером частиц порядка 100 мкм. Достигалась производительность дозирования порядка 13 - 15 кг/ч.35При использовании двойного зубчатого профиля (фиг. 2) производительность дозатора повышалась на 20-30%, Угол подъема, при котором дозатор сохранял работоспособность, для порошка ЭПо составил порядка 5 - 10, Угол подъемаодпя вольфрамового порошка со средним . размером частиц 10-20 мкм составляла порядка 60 - 80ОИспытания показали, что устройство особенно эффективно при использовании его 83 10в вакууме или любой другой неподвижнойвязкой диэлектрической среде, например,в газовой среде повышенного давления,Применение данного устройства позволило поднять производительность беэмеханической подачи порошка с единицырабочего поперечного сечения в 2,5 - 3раза 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 ш 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 разуюшими, большая иэ которых обрашена к каналу вывода порошка, а меньшая - к каналу ввода порошка, при этом образующие расположены под углом 60 - 120о 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, Киянскийактор М. Товтин Техред А.Бабннец Корректор А. Дзятк илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна каз 4957/14 ВНИИП по 11303Тираж 852Государственного комелам изобретений и откМосква, Ж-З 5, Раушс Подписноетета СССРрытийкая наб., д, 4/