RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 168573 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 295581 (51) IntCl6: E21F 5/10 Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia: 07.08.1992 Rzeczypospolitej Polskiej ) Sposób pompowania pyłu i zbiornikowa pompa pyłowa ( 5 4 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 21.02.1994 BUP 04/94 (73) Uprawniony z patentu: Przedsiębiorstwo Państwowe Elektrownia "ŁAZISKA", Łaziska Górne, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 29.03.1996 WUP 03/96 (72) Twórcy wynalazku: Henryk Tymowski, Katowice, PL Jan Antończyk, Piekary Śl., PL Bogdan Bednarek, Sosnowiec, PL Barbara Szendzielorz, Tychy, PL Janusz Tchórz, Orzesze, PL Sebastian Pejm, Tychy, PL PL 168573 B1 (57) 2. Zbiornikowa pompa pyłowa składająca się ze zbiornika zaopatrzonego w górnej części we wsyp pyłu z zaworem, w powietrzny przewód doprowadzający do zbiornika sprężone powietrze z wylotem wewnątrz zbiornika w pobliżu jego dna i zaopatrzonego w zawór oraz w transportowy przewód odprowadzający mieszaninę pyłu i powie trza z wlotem w obszarze wylotu powietrznego przewodu, znamienna tym, że ma zawór (1) w transportowym przewodzie (5) odprowadzającym mieszaninę pyłu i powietrza za zbiornika (4).
Sposób pompowania pyłu i zbiornikowa pompa pyłowa Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób pompowania pyłu za pomocą sprężonego powietrza przez poddanie pyłu pulweryzacji w zamkniętym zbiorniku zaopatrzonym w powietrzny przewód doprowadzający do zbiornika sprężone powietrze i transportowy przewód do przesyłania mieszaniny pyłu i powietrza do miejsca przeznaczenia, znamienny tym, że pył pulweryzuje się przy szczelnie zamkniętym zbiorniku, aż do osiągnięcia w zbiorniku ciśnienia przewyższającego opory przepływu mieszaniny pyłu i powietrza w transportowym przewodzie, a po osiągnięciu tego ciśnienia otwiera się transportowy przewód. 2. Zbiornikowa pompa pyłowa składająca się ze zbiornika zaopatrzonego w górnej części we wsyp pyłu z zaworem, w powietrzny przewód doprowadzający do zbiornika sprężone powietrze z wylotem wewnątrz zbiornika w pobliżu jego dna i zaopatrzonego w zawór oraz w transportowy przewód odprowadzający mieszaninę pyłu i powietrza z wlotem w obszarze wylotu powietrznego przewodu, znamienna tym, że ma zawór (1) w transportowym przewodzie (5) odprowadzającym mieszaninę pyłu i powietrza za zbiornika (4). 3. Zbiornikowa pompa pyłowa według zastrz. 2, znamienna tym, że ma miernik ciśnienia (6) w zbiorniku (4) sprzężony z zaworem (1) w transportowym przewodzie (5), a impuls miernika ciśnienia (6) powoduje otwarcie zaworu (1). 4. Zbiornikowa pompa pyłowa według zastrz. 2, znamienna tym, że ma wylot (7) powietrznego przewodu (8) doprowadzającego sprężone powietrze przesłonięty płytą (9) usytuowaną ponad wylotem (7), przez co powstaje szczelina (15), przy czym płyta (9) ma obrys większy od obrysu wylotu (7). 5. Zbiornikowa pompa pyłowa według zastrz. 4, znamienna tym, że ma na końcu powietrznego przewodu (8) poprzeczny kołnierz (10) o obrysie przybliżonym do obrysu płyty (9). 6. Zbiorowa pompa pyłowa według zastrz. 4, znamienna tym, że ma płytę (9) o stożkowej powierzchni (11) od strony wylotu (7) z wierzchołkiem stożka w osi wylotu (7) zwróconym w stronę tego wylotu. 7. Zbiornikowa pompa pyłowa według zastrz. 5 lub 6, znamienna tym, że ma sprężynę (14) zamocowaną jednym końcem do płyty (9), a drugim końcem do powietrznego przewodu (8). 8. Zbiornikowa pompa pyłowa według zastrz. 6, znamienna tym, że ma w płycie (9), przy jej krawędziach, otwory (19) i jest osadzona przesuwnie otworami (19) na trzpieniach (20) zakończonych ogranicznikami (21), a trzpienie (20) są osadzone w kołnierzu (10). * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób pompowania pyłu za pomocą strumienia sprężonego powietrza i zbiornikowa pompa pyłowa do stosowania tego sposobu składająca się ze zbiornika zaopatrzonego w górnej części we wsyp pyłu z zaworem, w przewód doprowadzający sprężone powietrze z wylotem wewnątrz zbiornika w pobliżu jego dna i przewód odprowadzający mieszaninę pyłu i powietrza z wlotem w obszarze wylotu przewodu doprowadzającego sprężone powietrze. Znany z polskiego opisu patentowego nr 87 621 sposób pompowania pyłu za pomocą sprężonego powietrza polega na tym, że w masę pyłu zgromadzonego w zbiorniku wdmuchuje się strumień sprężonego powietrza z dużą prędkością skierowany do wlotu przewodu służącego do transportu mieszaniny pyłu i powietrza. Wylot przewodu sprężonego powietrza i przewód do transportu są stale zanurzone w masie pyłu i są od siebie w oddaleniu. Strumień sprężonego powietrza przebija się przez warstwę pyłu i porywa go, wdmuchując następnie pył do transportowego przewodu. W przestrzeń, z której pył został wydmuchany, wpadają porcje pyłu z otoczenia pod wpływem grawitacyjnego nacisku masy pyłu zgromadzonego w zbiorniku,
168 573 3 którego wysoki słup znajduje się powyżej wylotu powietrznego przewodu, i tym samym proces pompowania ma charakter ciągły. Znany sposób polega zatem na wykorzystaniu kinematycznej energii strumienia powietrza i sił grawitacyjnych pochodzących od masy pyłu zgromadzonego w zbiorniku, a przez to efektywność pompowania jest zmienna i zależna od ilości w danej chwili pyłu w zbiorniku. Efektywność pompowania maleje wraz z ubytkiem pyłu. We wspomnianym opisie patentowym przedstawiono urządzenie do stosowania tego sposobu. Tworzy je zbiornik zaopatrzony w górnej części we wsyp z pokrywą służący do napełniania zbiornika pyłem. W dnie zbiornik ma przewód do transportu mieszaniny pyłu i powietrza, a wlot przewodu znajduje się w dnie zbiornika lub nieco powyżej dna, co powoduje opadanie do niego pyłu naciskanego przez górne warstwy. Naprzeciwko wlotu transportowego przewodu, ponad nim, jest umieszczona dysza osadzona na końcu przewodu dostarczającego sprężone powietrze, przy czym oś dyszy leży w osi wlotu transportowego przewodu. Znany z polskiego opisu patentowego nr 131 853 sposób pompowania pyłu za pomocą sprężonego powietrza polega na tym, że pył zgromadzony w zbiorniku poddaje się pulweryzacji, czyli wytworzeniu gęstej zawiesiny pyłu w powietrzu w całej masie pyłu znajdującego się w zbiorniku. Uzyskuje się przez wdmuchiwanie od dołu do zgromadzonego pyłu sprężonego powietrza podzielonego na dużą liczbę strumieni. Spulweryzowany pył wypływa ze zbiornika przez transportowy przewód i jako mieszanina pyłu i powietrza jest tym przewodem dostarczany do miejsca przeznaczenia. Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 131 853 urządzenie do stosowania tego sposobu. Urządzenie składa się ze zbiornika zaopatrzonego we wsyp pyłu, który to wsyp jest zamknięty szczelną pokrywą. W dnie zbiornika jest osadzona przegroda osłaniająca komorę sprężonego powietrza, a w przegrodzie są otwory łączące komorę sprężonego powietrza z wnętrzem zbiornika wypełnionego pyłem. Komora sprężonego powietrza łączy się z powietrznym przewodem, którym napływa sprężone powietrze. W pewnej odległości nad przegrodą, w jej pobliżu, jest umieszczony wlot transportowego przewodu, którym mieszanina pyłu i powietrza odpływa do miejsca przeznaczenia. Sprężone powietrze doprowadzone pod przegrodę wypływa przez otwory w przegrodzie i miesza się z pyłem. W początkowej fazie procesu sprężone powietrze wdmuchuje pył wprost do transportowego przewodu. Mieszanina ta zawiera stosunkowo niewiele pyłu. W miarę przebiegu tego procesu część sprężonego powietrza wypływającego z otworów w przegrodzie miesza się z pyłem w zbiorniku, a ciśnienie w zbiorniku wzrasta. Następuje pulweryzacja pyłu, czyli tworzenie się zawiesiny pyłu w powietrzu o dużej gęstości. Tym samym rozpoczyna się druga faza pompowania, gdy do transportowego przewodu przepływa spulweryzowana masa pyłu pod działaniem ciśnienia, które wytworzyło się w zbiorniku. W tym okresie gęstość mieszaniny płynącej transportowym przewodem jest duża, czyli efektywność pompowania mierzona ilością pyłu unoszonego przez 1kilogram sprężonego powietrza jest duża. Wraz z opróżnieniem zbiornika z pyłu ciśnienie w zbiorniku maleje, aż do ciśnienia minimalnego, wynikającego z oporów przepływu samego powietrza przez transportowy przewód, bliskiego ciśnieniu atmosferycznemu. Po opróżnieniu zbiornika z pyłu powietrze przepłukuje transportowy przewód z resztek pyłu, co zapobiega tworzeniu się korków z pyłu w czasie następnego cyklu pompowania. Wówczas zamyka się dopływ sprężonego powietrza do pompy, a zbiornik napełnia się nową porcją pyłu przez wsyp i rozpoczyna następny cykl pompowania. Sposób pompowania pyłu według wynalazku polega na tym, że pył pulweryzuje się przy szczelnie zamkniętym zbiorniku, aż do osiągnięcia w zbiorniku ciśnienia przewyższającego opory przepływu mieszaniny powietrza i pyłu w transportowym przewodzie, a po osiągnięciu tego ciśnienia otwiera się transportowy przewód. Zbiornikowa pompa pyłowa do stosowania sposobu według wynalazku ma zawór w transportowym przewodzie odprowadzającym mieszaninę pyłu i powietrza do miejsca przeznaczenia. Zbiornikowa pompa pyłowa może mieć miernik ciśnienia w zbiorniku, który to miernik jest sprzężony z zaworem w transportowym przewodzie, a impuls miernika powoduje otwarcie zaworu po osiągnięciu w zbiorniku zadanego ciśnienia. Wylot powietrznego przewodu doprowadzającego sprężone powietrze do zbiornika jest przesłonięty płytą usytuowaną ponad
4 168 573 wylotem, przez co powstaje szczelina, przy czym płyta ma obrys większy od obrysu wylotu. Ponadto na końcu powietrznego przewodu pompa może mieć poprzeczny kołnierz o obrysie przybliżonym wymiarowo do obrysu płyty, korzystnie równym. W szczególnym wykonaniu wspomniana płyta usytuowana na przeciw wylotu powietrznego przewodu ma od strony wylotu powierzchnię stożkową, zwróconą wierzchołkiem w stronę wylotu z wierzchołkiem w osi wylotu. Płyta jest połączona z jednym końcem sprężyny, której drugi koniec jest połączony z powietrznym przewodem. Sposób według wynalazku ma tę zaletę, że wykazuje większą sprawność energetyczną. Przez to, że w początkowej fazie pompowania transportowy przewód jest zamknięty, przez przewód ten nie wydostaje się mieszanina pyłu i powietrza uboga w pył, co przy znanych sposobach trwa do czasu spulweryzowania całej zawartości pyłu w zbiorniku. Przy tym, przez ucieczkę do transportowego przewodu w początkowej fazie cyklu pompowania przy stosowaniu znanego sposobu, powietrza unoszącego niewielką ilość pyłu, czas upływający od rozpoczęcia pompowania do spulweryzowania całej masy pyłu jest długi. Powoduje to, że efektywność pompowania wyrażona średnią z całego cyklu ilością pyłu pompowanego przez 1 kg sprężonego powietrza wynosi od 10 do 15 kg. Przy zastosowaniu sposobu według wynalazku ilość ta wzrasta do 20-45 kg pyłu transportowanego przez 1 kg sprężonego powietrza, przy tym czas całego cyklu pompowania nie ulega wydłużeniu. Sposób według wynalazku został objaśniony za pomocą rysunku przedstawiającego na fig. 1 zmiany ciśnienia w zbiorniku w czasie trwania cyklu pompowania, a wynalazek zbiornikowej pompy pyłowej według wynalazku, w przykładzie wykonania został przedstawiony na rysunku, którego fig. 2 - jest schematycznym przedstawieniem pompy, fig. 3 - schematycznym przedstawieniem wylotu powietrznego przewodu przesłoniętego płytą, a fig. 4 - schematycznym przedstawieniem wylotu powietrznego przewodu przesłoniętego płytą ze stożkową powierzchnią i ze sprężyną. Pierwszą czynnością według sposobu jest napełnienie zbiornika pyłem przeznaczonym do transportu, co odbywa się przy ciśnieniu atmosferycznym. Przy czym zbiornik napełnia się tylko częściowo pozostawiając w nim niewielką, wolną przestrzeń, co sprzyja późniejszej pulweryza cji. Następnie zamyka się szczelnie wsyp zbiornika i zamyka się zawór w transportowym przewodzie. Po uszczelnieniu zbiornika rozpoczyna się wtłaczanie sprężonego powietrza do zbiornika w pobliżu jego dna. Strumień sprężonego powietrza wtłaczany w masę pyłu wywołuje ruch i mieszanie drobin pyłu przy silnym wirowaniu, w wyniku czego w zbiorniku następuje pulweryzacja, czyli równomierne wymieszanie pyłu z powietrzem, który tworzy gęstą zawiesinę. Sprężone powietrze tłoczy się do chwili, aż w zbiorniku zapanuje ciśnienie równe lub większe od oporów przepływu mieszaniny pyłu i powietrza w transportowym przewodzie. Gdy transport pyłu odbywa się na małą odległość, czyli transportowy przewód jest krótki, a tym samym opory przepływu mieszaniny są małe, wytwarza się ciśnienie w zbiorniku mniejsze, w przypadku transportu pyłu na duże odległości odpowiednie ciśnienie wytwarzane w zbiorniku musi być większe. Graniczną wartość ciśnienia dostosowaną do warunków transportu ustala się doświadczalnie na zbudowanej instalacji. Po osiągnięciu odpowiedniego ciśnienia do warunków pompowania otwiera się zawór w transportowym przewodzie, nadal tłocząc jednak do zbiornika sprężone powietrze, aby utrzymać w nim w odpowiednich granicach niezbędne do skutecznego transportu ciśnienie. Po otwarciu zaworu spulweryzowana mieszanina jest wtłaczana ciśnieniem panującym w zbiorniku do transportowego przewodu i przemieszcza się tym przewodem do miejsca przeznaczenia. Gęstość mieszaniny płynącej transportowym przewodem w przybliżeniu nie zmienia się w czasie całego procesu pompowania, także prędkość przepływu i ciśnienie pozostają prawie niezmienne. Po opróżnieniu zbiornika z pyłu tłoczy się nadal przez chwilę sprężone powietrze do zbiornika, które płynąc dalej transportowym przewodem przemywa go z pyłu. Chodzi o to, aby w transportowym przewodzie nie pozostawały resztki pyłu, zwłaszcza w jego zagięciach, bo mogłyby powodować powstawanie korków pyłu, które zaburzałyby przepływ mieszaniny w następnym cyklu pompowania. W miarę opróżniania zbiornika z pyłu ciśnienie w zbiorniku nieco maleje, dopiero po opróżnieniu zbiornika w fazie płukania transportowego przewodu ciśnienie zmniejsza się do wartości bliskiej ciśnieniu atmosferycznemu.
168 573 5 Zbiornikowa pompa pyłowa ma zbiornik 4 o wydłużonym kształcie, korzystnie cylindrycznym, ustawiony pionowo dłuższą osią. Zbiornik 4 ma od góry wsyp 2 zamykany wsypowym zaworem 3. Przez dno zbiornika 4 jest wprowadzony do jego wnętrza powietrzny przewód 8 z powietrznym zaworem 12. Wylot 7 powietrznego przewodu 8 jest umieszczony na niewielkiej wysokości ponad dnem zbiornika 4. W znanym wykonaniu wylot 7 znajduje się w dolnej części zbiornika 4 odgrodzonej od górnej części aeracyjnym rusztem, nie pokazanym na rysunku. W pompie według wynalazku aeracyjny ruszt zastąpiono płytą 9 usytuowaną ponad wylotem 7, przez co powstaje szczelina 15 rozpraszająca strumień sprężonego powietrza tłoczonego do zbiornika 4 powietrznym przewodem 8. Szczelina 15, której pole w poprzecznym przekroju jest korzystnie mniejsze od pola przekroju powietrznego przewodu 8, powoduje zwiększenie prędkości płynącego powietrza, co sprzyja pulweryzacji pyłu, w szczególności wpływa na skrócenie czasu tego procesu. Celem zwiększenia tego efektu płyta 9 ma obrys większy od obrysu wylotu 7, a do końca powietrznego przewodu 8 jest zamocowany kołnierz 10 o powierzchni równoległej do powierzchni płyty 9, przy czym obrys kołnierza 10 jest korzystnie równy obrysowi płyty 9. Celem zapobieżenia przedostawania się pyłu do powietrznego przewodu 8 przez wlot 7 płyta 9 ma na obwodzie otwory 19, a w kołnierzu 10 trzpienie 20 zakończone ogranicznikami 21. W czasie napełniania zbiornika 4 pyłem płyta 9 pod własnym ciężarem opada na kołnierz 10. Po otwarciu zaworu 12 w powietrznym przewodzie 8 sprężone powietrze unosi płytę 9, która przesuwa się po trzpieniach 20 do oparcia się o ograniczniki 21. Powstaje wówczas szczelina 15. W innym wykonaniu wynalazku płyta 9 ma od strony wylotu 7 stożkowa powierzchnię 11 z wierzchołkiem stożka w osi wylotu 7, zwróconym w stronę wylotu 7. Płyta 9 ma w tym wykonaniu trzpień 13, a na nim sprężynę 14 połączoną jednym końcem z płytą 9 za pośrednictwem trzpienia 13, drugim końcem połączoną z powietrznym przewodem 8. Sprężyna 14 dociąga płytę 9 do wylotu 7 w czasie napełniania zbiornika 4 pyłem. Po doprowadzeniu sprężonego powietrza do wylotu 7 jego ciśnienie pokonuje siłę sprężyny 14 i unosi płytę 9 otwierając szczelinę 15 dla wypływu powietrza. Zbiornik 4 ma czujnik poziomu 16. Po osiągnięciu zadanego poziomu pyłu w zbiorniku 4 czujnik 16 wysyła impuls do siłownika 17 sprzężonego z wsypowym zaworem 3, który to impuls powoduje zamknięcie wsypu 2. Czujnik poziomu 16 jest tak usytuowany, aby pył pozostawiał wolną przestrzeń w górnej części zbiornika 4. Wolna przestrzeń sprzyja pulweryzacji pyłu powodując, że zawiesina pyłu w powietrzu ma stosowną gęstość ze względu na jej późniejszy transport rurociągiem do miejsca przeznaczenia. Położenie czujnika poziomu 16, a tym samym wielkość wolnej przestrzeni w zbiorniku 4 ustala się doświadczalnie. Pompa ma transportowy przewód 5, którego wlot 18 jest usytuowany w dolnej części zbiornika 4, korzystnie w sąsiedztwie wylotu 7 powietrznego przewodu 8. Transportowy przewód 5 ma zawór 1, który jest sprzężony z miernikiem ciśnienia 6 wbudowanym do wnętrza zbiornika 4. Impuls miernika ciśnienia 6 powoduje otwarcie zaworu 1 po osiągnięciu w zbiorniku 4 zadanego ciśnienia. Ciśnienie to dobiera się doświadczalnie i powinno ono być większe, a co najmniej równe oporom przepływu mieszaniny pyłu i powietrza w transportowym przewodzie 5, co zależy od długości, średnicy i kształtu tego przewodu. Cykl pracy zbiornikowej pompy pyłowej rozpoczyna się od zamknięcia zaworu 12 w powietrznym przewodzie 8 i zaworu 1 w transportowym przewodzie 5. Następnie za pomocą siłownika 17 otwiera się wsypowy zawór 3. Pył ze wsypu 2 opada do zbiornika 4. Napełnianie zbiornika 4 pyłem trwa do chwili gdy pył sięgnie do czujnika poziomu 16. Wówczas czujnik 16 wysyła impuls do siłownika 17, który zamyka wsypowy zawór 3. Zbiornik 4 jest napełniony częściowo pyłem, a jego górna część pozostaje pusta. Po zamknięciu wsypowego zaworu 3 otwiera się zawór 12 powietrznego przewodu 8. W tym czasie zawór 1 transportowego przewodu 5 pozostaje zamknięty. Sprężone powietrze wpływa do zbiornika 4 wylotem 7 i tu zostaje odchylone przez płytę 9. Prędkość sprężonego powietrza ulega przy tym zwiększeniu, gdyż szczelina 15 między płytą 9 i wylotem 7 ma pole powierzchni mniejsze od pola powierzchni wylotu 7. Sprężone powietrze rozpraszane w masie pyłu powoduje jego mieszanie i po pewnym czasie w zbiorniku 4 zachodzi pulweryzacja, czyli powstaje gęsta zawiesina pyłu w powietrzu o mniej więcej jednakowej gęstości w całej objętości zbiornika 4. Ułatwia ten proces wolna od pyłu przestrzeń zbiornika pozostawiona przy napełnianiu go pyłem.
6 168 573 Spulweryzowany pył pozostaje wówczas w ciągłym ruchu wirowym wywołanym strumieniem sprężonego powietrza napływającego do zbiornika. Proces pulweryzacji trwa do chwili, gdy ciśnienie w zbiorniku 4 osiągnie odpowiednią graniczną wartość, zależną od warunków transportu pyłu, odpowiadającą oporom przepływu mieszaniny pyłu i powietrza w transportowym przewodzie 5. Wielkość granicznego ciśnienia ustala się doświadczalnie. Gdy miejsce odbioru pyłu nie jest odległe, a więc długość transportowego przewodu 5 mała, czyli opory przepływu stosunkowo małe, ciśnienie graniczne w zbiorniku 4 może być małe. Przy odległym miejscu odbioru pyłu i tym samym długim transportowym przewodzie 5, graniczne ciśnienie w zbiorniku 4 musi być odpowiednio większe. Po osiągnięciu w zbiorniku 4 granicznego ciśnienia miernik ciśnienia 6 wysyła impuls otwierający zawór 1 w transportowym przewodzie 5. Spulweryzowany pył ze zbiornika 4 zostaje wówczas wtłoczony do transportowego przewodu 5, czyli następuje pompowanie pyłu. Ciśnienie w zbiorniku 4 ma wówczas tendencję do zmniejszania się. W celu podtrzymania tego ciśnienia, co jest niezbędne dla podtrzymania pompowania, do zbiornika 4 tłoczy się nadal powietrznym przewodem 8 sprężone powietrze. Po opróżnieniu zbiornika 4 z pyłu ciśnienie w zbiorniku gwałtownie zmniejsza się, gdyż zmalały opory przepływu w transportowym przewodzie 5. Korzystnie, przez chwilę po opróżnieniu zbiornika 4 tłoczy się nadal do niego sprężone powietrze, którego zadaniem jest przepłukanie zbiornika 4, a zwłaszcza przepłukanie transportowego przewodu 5 z resztek pyłu. Pozostawienie resztek pyłu w transportowym przewodzie 5, szczególnie w jego zagięciach, mogłoby bowiem zakłócić następny cykl pompowania przez tworzenie się w przewodzie pyłowych korków. Sposób według wynalazku powoduje większą energetyczną sprawność pompowania. Przy stosowaniu znanego sposobu za pomocą 1 kg sprężonego powietrza udaje się przepompować od 10 do 15 kg pyłu w zależności od odległości pompowania. Okazuje się, że sposobem według wynalazku za pomocą 1 kg sprężonego powietrza można przepompować 20 do 45 kg pyłu. fig. 2
168 573 fig. 3 fig. 4
168 573 fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł