EA043014B1 - DEVICE AND METHOD FOR DELIVERY OF DOSE OF FLUIDIZED MATERIALS - Google Patents

Description

Изобретение относится к дозатору и способу дозированной подачи флюидизируемых материалов.The invention relates to a dispenser and a method for dosed supply of fluidized materials.

Более конкретно, изобретение относится к дозатору и способу подачи флюидизируемых порошковых материалов, таких как глинозем и фторид. В частности, дозатор предназначен для бесперебойной подачи глинозема и/или фторида в электролизёры типа электролизёров Холла-Эру с предварительно спеченными анодами для производства алюминия.More specifically, the invention relates to a dispenser and method for supplying fluidizable powder materials such as alumina and fluoride. In particular, the dispenser is intended for the continuous supply of alumina and/or fluoride to Hall-Héroult type electrolyzers with pre-sintered anodes for the production of aluminium.

Настоящий дозатор содержит по меньшей мере следующие основные компоненты: входной канал и выходной канал, расположенные в корпусе, а также еще один отклоняющий элемент и флюидизирующий элемент. Флюидизирующий элемент расположен рядом с одним входным отверстием выходного канала и при активации позволяет подавать материалы в выходной канал и по нему. Предпочтительно, вышеупомянутые компоненты имеют круглую форму поперечного сечения. Кроме того, указанные компоненты могут быть установлены соосно в корпусе, предпочтительно, имеющем цилиндрическую форму. Устройство входного/выходного каналов, отклоняющего элемента и флюидизирующего элемента позволяет материалу проходить в трех направлениях, что, как показала практика, дает очень стабильные результаты в плане обеспечения равных доз подаваемого материала. Кроме того, дозатор содержит объемную камеру, которая определяет количество материала, который может быть подан при активации вышеупомянутого флюидизирующего элемента. По меньшей мере в одном варианте реализации изобретения, дозатор содержит два флюидизирующих элемента, установленных соосно в корпусе и расположенных на расстоянии друг от друга. В этом случае, один верхний флюидизирующий элемент заполняет указанную камеру материалом, а второй удаляет содержимое камеры через выходной канал. Камера представляет собой контрольный объем, и дозатор в таком случае является дозатором так называемого объемного типа. Размер (объем) камеры определяется, в первую очередь, геометрическими параметрами, такими как размер корпуса, конструкция входного канала, выходного канала, отклоняющего элемента и нижнего флюидизирующего элемента, но может быть также в определенной степени регулируемым, например, за счет регулирования глубины опускания входного канала.This dispenser contains at least the following main components: an inlet channel and an outlet channel located in the housing, as well as another deflecting element and a fluidizing element. The fluidizing element is located near one inlet of the outlet channel and, when activated, allows materials to be fed into and through the outlet channel. Preferably, the aforementioned components have a circular cross-sectional shape. In addition, these components can be installed coaxially in a housing, preferably having a cylindrical shape. The design of the inlet/outlet channels, diverter and fluidizing element allows the material to pass in three directions, which, as practice has shown, gives very stable results in terms of ensuring equal doses of the supplied material. In addition, the dispenser contains a volumetric chamber, which determines the amount of material that can be supplied upon activation of the aforementioned fluidizing element. In at least one embodiment of the invention, the dispenser comprises two fluidizing elements installed coaxially in the housing and located at a distance from each other. In this case, one upper fluidizing element fills the specified chamber with material, and the second removes the contents of the chamber through the outlet channel. The chamber is a control volume and the dispenser is then a so-called volumetric type dispenser. The size (volume) of the chamber is determined primarily by geometric parameters, such as the size of the body, the design of the inlet channel, outlet channel, deflecting element and lower fluidizing element, but can also be controlled to a certain extent, for example, by adjusting the depth of lowering the inlet channel.

В известном уровне техники предлагалось несколько конструкций дозаторов. В патентном документе US 4930691 раскрывается пневматический дозиметр для подачи доз порошкообразных материалов, например, для подачи оксида алюминия и фторида в электролизёр для получения алюминия. Дозиметр содержит емкость с верхней камерой, на дне которой расположено флюидизирующее устройство в виде флюидизирующего полотна, под которым расположена нижняя камера, трубопроводом соединенная с источником воздуха. Емкость снабжена входом для подачи порошкообразного материала из расходного резервуара или бункера с откидным дном в верхнюю камеру, и выход для разгрузки камеры. Между расходным резервуаром и емкостью предусмотрен по меньшей мере один флюидизирующий канал или трубопровод. Этот канал снабжен флюидизирующей стенкой или флюидизирующим полотном, которое трубопроводом соединено с источником воздуха. Заполнение и освобождение камеры осуществляется с помощью электромагнитных клапанов, предусмотренных в трубопроводе, соединенном с емкостью, и в трубопроводе, соединенном с каналом, соответственно. Управление электромагнитными клапанами осуществляется с помощью программируемого логического регулятора или процессора, таким образом, что подача воздуха в канал и емкость производится в соответствии с предпочтительной временной и частотной программой.Several dispenser designs have been proposed in the prior art. US Pat. No. 4,930,691 discloses a pneumatic dosimeter for delivering doses of powdered materials, for example for feeding alumina and fluoride into an aluminum electrolysis cell. The dosimeter contains a container with an upper chamber, at the bottom of which there is a fluidizing device in the form of a fluidizing sheet, under which there is a lower chamber connected by a pipeline to an air source. The container is provided with an inlet for supplying powdered material from a supply tank or a hopper with a folding bottom to the upper chamber, and an outlet for unloading the chamber. At least one fluidizing channel or pipeline is provided between the supply tank and the tank. This channel is provided with a fluidizing wall or a fluidizing web, which is connected by a pipeline to an air source. The filling and emptying of the chamber is carried out by means of electromagnetic valves provided in the pipeline connected to the tank and in the pipeline connected to the channel, respectively. The solenoid valves are controlled by a programmable logic controller or processor, so that air is supplied to the channel and tank in accordance with the preferred time and frequency program.

В патентных документах US 2011/0017786 A1, CN 102234024 А и CN 200995880 Y раскрываются дозирующие или подающие устройства для подачи материалов, в которых количество ожижающего газа и/или период активации определяет количество подаваемого материала. В этих публикациях не раскрывается дозатор с контрольным объемом.US 2011/0017786 A1, CN 102234024 A and CN 200995880 Y disclose dosing or feeding devices for supplying materials in which the amount of fluidizing gas and/or the activation period determines the amount of material supplied. These publications do not disclose a control volume dispenser.

Одна из проблем для существующих дозаторов порошкообразных материалов с дозированием по времени, даже для дозаторов с контрольным объемом, заключается в том, что размеры выходящих из установки доз материала могут слишком сильно отличаться друг от друга, что может приводить к изменениям технологического процесса.One of the problems with existing time-based powder dispensers, even for controlled volume dispensers, is that the sizes of outgoing doses of material can vary too much from each other, which can lead to changes in the process.

Другими недостатками дозаторов могут быть:Other disadvantages of dispensers can be:

слишком большая емкость на стороне заполнения и стороне разгрузки элемента;too much capacity on the filling side and the unloading side of the element;

ограничения системы управления - слишком длительное время активации может приводить к недостаточной точности дозирования при малых размерах доз;limitations of the control system - too long an activation time can lead to insufficient dosing accuracy at small dose sizes;

условия запуска и останова оказывают основное влияние на общее изменение дозы; гидростатическое давление влияет на изменение и стабильность подачи;start and stop conditions have a major impact on the overall change in dose; hydrostatic pressure affects the change and stability of the supply;

повышение давления в системе деаэрации;pressure increase in the deaeration system;

риск неконтролируемой самостоятельной подачи;risk of uncontrolled self-feeding;

контрольный объем в существующих системах затрудняет установку времени дозирования;control volume in existing systems makes it difficult to set the dosing time;

низкая стабильность и повторяемость непосредственно после ввода в эксплуатацию, т.е. установленное время дозирования необходимо корректировать после запуска;low stability and repeatability immediately after commissioning, i.e. the set dosing time must be corrected after start-up;

контрольный объем может составлять в целом 15-20 доз в своей камере, и как технологический регулятор часто выдает очень малые дозы в конце каждого рабочего цикла, когда камера опустошается. Это легко может приводить к возникновению анодных эффектов или образованию перфторуглеродных газов;the control volume can total 15-20 doses in its chamber, and as a process controller it often delivers very small doses at the end of each operating cycle when the chamber is emptied. This can easily lead to anode effects or the formation of perfluorocarbon gases;

- 1 043014 транспортировка материалов осуществляется в основном в двух измерениях, т.е. сначала одним конвейером в верхнюю часть контрольного объема и в его нижнюю часть, а затем во втором измерении,- 1 043014 Materials are transported mainly in two dimensions, i.e. first with one conveyor to the upper part of the control volume and to its lower part, and then in the second dimension,

т.е. далее вниз из контрольного объема на другой конвейер и в электролизёр;those. further down from the control volume to another conveyor and into the electrolytic cell;

на транспортировку в двухмерный флюидизированный элемент могут оказывать влияние стеночные эффекты, т.е. трение о боковые стенки элемента, что может приводить к неточности по транспортируемому объему.transport in a 2D fluidized element can be affected by wall effects, i.e. friction against the side walls of the element, which can lead to inaccuracies in the transported volume.

Поскольку производители алюминия основное внимание уделяют увеличению объема плавильных емкостей (электролизёров), а также уменьшению межполюсного расстояния, необходимость повышения точности при подаче в емкости постоянно возрастает.Since aluminum manufacturers are focusing on increasing the volume of melting tanks (electrolyzers) as well as reducing the pole distance, the need for more accurate feeding into the tanks is constantly increasing.

Предлагаемое изобретение обеспечивает несколько преимуществ:The present invention provides several advantages:

точные размеры доз (среднеквадратическое отклонение <3%);precise dose sizes (standard deviation <3%);

бесперебойная работа (в течение нескольких лет);uninterrupted operation (for several years);

минимальное влияние времени активации (стабильные дозы в более широком временном интервале);minimal effect of activation time (stable doses over a wider time interval);

минимальное влияние давления флюидизации (стабильные дозы в более широком интервале давлений);minimal effect of fluidization pressure (stable doses over a wider pressure range);

давление флюидизации в нижнем флюидизирующем элементе (подушке) не влияет на точность дозирования) влияет лишь на время опорожнения канала дозатора);the fluidization pressure in the lower fluidizing element (cushion) does not affect the dosing accuracy) only affects the emptying time of the dosing channel);

точность дозирования меньше зависит от характеристик порошкового материала (оксид, фторид);dosing accuracy is less dependent on the characteristics of the powder material (oxide, fluoride);

тихая (бесшумная) работа;quiet (noiseless) work;

транспортировка порошка в трех измерениях;powder transportation in three dimensions;

низкое или пренебрежимо малое трение в дозирующем устройстве.low or negligible friction in the dosing device.

Эти и другие преимущества обеспечиваются предлагаемым изобретением, определяемым пунктами прилагаемой формулы изобретения.These and other advantages are provided by the present invention as defined by the appended claims.

Настоящее изобретение более подробно объясняется путем описания различных возможных вариантов его реализации со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:The present invention is explained in more detail by describing the various possible embodiments of its implementation with reference to the accompanying drawings, in which:

на фиг. 1 и 2 - основные принципы изобретения, касающиеся транспортировки материала, в частности:in fig. 1 and 2 - the basic principles of the invention regarding the transport of material, in particular:

на фиг. 1 - вид в разрезе установки (дозатора) в первом базовом варианте реализации, предназначенного для подачи (с дозированием по времени) доз флюидизируемого порошкового материала без контрольного объема;in fig. 1 is a sectional view of a device (dispenser) in the first basic embodiment, designed to supply (with dosing over time) doses of fluidized powder material without a control volume;

на фиг. 2 - вид в разрезе установки (дозатора) во втором базовом варианте реализации, предназначенного для подачи (с дозированием по времени) доз флюидизируемого порошкового материала без контрольного объема;in fig. 2 is a sectional view of the installation (dispenser) in the second basic embodiment, designed to supply (with dosing over time) doses of fluidized powder material without a control volume;

на фиг. 3 - вид в разрезе установки согласно настоящему изобретению по первому варианту реализации, предназначенной для подачи доз флюидизируемых порошковых материалов, в режиме запуска; дозатор имеет контрольный объем или объемную камеру;in fig. 3 is a sectional view of an apparatus according to the present invention according to a first embodiment for delivering doses of fluidizable powder materials, in start-up mode; the dispenser has a control volume or volumetric chamber;

на фиг. 4 - вид в разрезе установки для подачи доз флюидизируемых порошковых материалов, показанной на фиг. 3, в режиме заполнения;in fig. 4 is a sectional view of the fluidizable powder dosing apparatus shown in FIG. 3, in filling mode;

на фиг. 5 - вид в разрезе установки для подачи доз флюидизируемых порошковых материалов, показанной на фиг. 3, в режиме подачи;in fig. 5 is a cross-sectional view of the fluidizable powder dosing apparatus shown in FIG. 3, in feeding mode;

на фиг. 6 - вид в разрезе установки согласно настоящему изобретению по второму варианту реализации, предназначенной для подачи доз флюидизируемых порошковых материалов, в режиме запуска; дозатор имеет контрольный объем или объемную камеру;in fig. 6 is a sectional view of an apparatus according to the present invention according to a second embodiment for delivering doses of fluidizable powder materials, in start-up mode; the dispenser has a control volume or volumetric chamber;

на фиг. 7 - вид в разрезе установки для подачи доз флюидизируемых порошковых материалов, показанной на фиг. 6, в режиме заполнения;in fig. 7 is a sectional view of the fluidizable powder dosing apparatus shown in FIG. 6, in filling mode;

на фиг. 8 - вид в разрезе установки для подачи доз флюидизируемых порошковых материалов, показанной на фиг. 6, в режиме подачи;in fig. 8 is a cross-sectional view of the fluidizable powder dosing apparatus shown in FIG. 6, in feeding mode;

на фиг. 9 - вид в разрезе первого технического варианте реализации (прототипа) подающего устройства, аналогичного второму варианту реализации (показанному на фиг. 6-8);in fig. 9 is a sectional view of a first technical embodiment (prototype) of a feeding device similar to the second embodiment (shown in FIGS. 6-8);

на фиг. 10 - характеристики прототипа дозатора согласно настоящему изобретению;in fig. 10 - characteristics of the prototype dispenser according to the present invention;

на фиг. 11 - характеристики прототипа дозатора согласно настоящему изобретению;in fig. 11 - characteristics of the prototype dispenser according to the present invention;

на фиг. 12 - характеристики прототипа дозатора согласно настоящему изобретению.in fig. 12 shows the characteristics of a prototype dispenser according to the present invention.

На фиг. 1 показан вид в разрезе первой базовой конструкции установки для подачи доз флюидизируемых порошковых материалов, содержащей один верхний вертикальный входной канал 1, в который поступает материал из резервуара, аэрожелоб или аналогичное устройство (не показано) и один нижний вертикальный выходной канал 2. Входной канал 1 и выходной канал 2 расположены соосно в корпусе 6 на расстоянии друг от друга. Устройство содержит также один флюидизирующий элемент 5 для регулирования выхода материалов через выходной канал, а также устройство 7 отклонения потока (отклоняющий элемент), расположенный над флюидизирующим элементом. На данном чертеже флюидизирующий элемент показан в неактивированном состоянии. Конусовидный отклоняющий элемент 7 имеет круглую форму и обеспечивает поступление потока материала из входного канала кольцеобразный флюидизи- 2 043014 рующий элемент и к внутренней стенке корпуса 6. Внешняя периферия флюидизирующего элемента лежит на внутренней стенке корпуса и имеет центральное отверстие СН, совпадающее с входным отверстием выходного канала 2. Вследствие угла естественного откоса AR сыпучего материала и радиальной протяженности отклоняющего элемента, материал не поступает в указанное входное отверстие до тех пор, пока флюидизирующий элемент не будет активирован. Поток материала поступает в отверстие радиально-вниз, то есть в трех измерениях. Флюидизирующий элемент 5, отклоняющий элемент 7 и центральное отверстие СН совместно формируют устройство, которое можно назвать материальным запором, которое позволяет материалу проходить или блокирует его прохождение. Дозирующее устройство такого типа не имеет контрольного объема.In FIG. 1 is a sectional view of a first basic design of a fluidized powder dosing facility comprising one upper vertical inlet 1 that receives material from a reservoir, airslide or similar device (not shown) and one lower vertical outlet 2. Inlet 1 and the outlet channel 2 are located coaxially in the housing 6 at a distance from each other. The device also contains one fluidizing element 5 for controlling the output of materials through the outlet channel, as well as a flow deflection device 7 (deflecting element) located above the fluidizing element. In this drawing, the fluidizing element is shown in the non-activated state. The cone-shaped deflecting element 7 has a round shape and ensures the flow of material from the inlet channel of the annular fluidizing element to the inner wall of the housing 6. The outer periphery of the fluidizing element lies on the inner wall of the housing and has a central hole CH, coinciding with the inlet of the outlet channel 2. Due to the angle of repose AR of the bulk material and the radial extent of the deflector, no material enters said inlet until the fluidizing element is activated. The flow of material enters the hole radially downward, i.e. in three dimensions. The fluidizing element 5, the diverting element 7 and the central hole CH together form a device, which can be called a material lock, which allows the material to pass or blocks its passage. This type of dosing device does not have a control volume.

На фиг. 2 показан вид в разрезе второй базовой конструкции устройства дозирования флюидизируемых порошковых материалов, содержащего один верхний вертикальный входной канал 10, в который поступает материал из резервуара или аналогичного устройства (не показано), и один нижний вертикальный выходной канал 20. Входной канал 10 и выходной канал 20 расположены соосно в корпусе 60 на расстоянии друг от друга. Устройство содержит также один флюидизирующий элемент 50 для регулирования выхода материалов через выходной канал 20. Корпус и флюидизирующий элемент могут иметь круглую форму. Как и описанной выше конструкции, компоненты могут быть расположены соосно. На чертеже флюидизирующий элемент 50 показан в активированном состоянии, при котором материалы поступают из входного канала в радиальном направлении в кольцевой канал между внутренней стенкой корпуса 60 и флюидизирующим элементом 50, и далее вниз в конусовидную часть корпуса. Порошкообразный материал поступает в кольцевой канал АО выходного канала 20. В некоторых случаях, под флюидизирующим элементом 50 может быть прикреплен конусовидный отклоняющий элемент 70, вершина конуса которого направлена вниз. Дозирующее устройство такого типа не имеет контрольного объема.In FIG. 2 is a sectional view of a second basic design of a fluidizable powder dosing device comprising one upper vertical inlet 10 which receives material from a reservoir or similar device (not shown) and one lower vertical outlet 20. Inlet 10 and outlet 20 are located coaxially in the housing 60 at a distance from each other. The device also includes one fluidizing element 50 to control the output of materials through the outlet channel 20. The body and the fluidizing element may have a circular shape. As with the design described above, the components can be arranged coaxially. In the drawing, the fluidizing element 50 is shown in an activated state, in which materials flow from the inlet channel in the radial direction into the annular channel between the inner wall of the housing 60 and the fluidizing element 50, and further down into the cone-shaped part of the housing. Powdered material enters the annular channel AO of the outlet channel 20. In some cases, under the fluidizing element 50 may be attached to the conical deflecting element 70, the top of the cone of which is directed downward. This type of dosing device does not have a control volume.

Вследствие угла естественного откоса AR сыпучего материала и радиальной протяженности флюидизирующего элемента 50, а также расстояния между выходом входного канала 10 и флюидизирующим элементом, сыпучий материал не поступает в указанное входное отверстие до тех пор, пока флюидизирующий элемент не будет активирован. Как и в устройстве, показанном на фиг. 1, с помощью вышеупомянутых средств образуется материальный запор.Due to the angle of repose AR of the bulk material and the radial extent of the fluidizing element 50, as well as the distance between the outlet of the inlet 10 and the fluidizing element, the bulk material does not enter said inlet until the fluidizing element is activated. As in the device shown in Fig. 1, material constipation is formed by the above means.

На фиг. 3 показан вид в разрезе первого варианта реализации установки для подачи (объемных) доз флюидизируемых порошковых материалов, содержащей один верхний вертикальный входной канал 1' и один нижний вертикальный выходной канал 2', а также контрольный объем, образуемый камерой 3' между входным каналом 1' и выходным каналом 2'. В конструкции предусмотрен также один флюидизирующий элемент 4', аналогичный флюидизирующему элементу 50 на фиг. 2, для управления впуском материалов в камеру 3', и один флюидизирующий элемент 5', аналогичный флюидизирующему элементу 5 на фиг. 1, для управления выпуском материалов из камеры. Входной канал 1' и выходной канал 2' расположены соосно в корпусе 6'. Между входным каналом 1' и выходным каналом 2' расположен отклоняющий элемент 7', образующий указанную камеру 3' между указанными отклоняющим элементом 7' и корпусом 6'. В данном варианте реализации, отклоняющий элемент 7' имеет цилиндрическую форму. Флюидизирующий элемент 4' имеет круглую форму и расположен на практически горизонтальной верхней поверхности отклоняющего элемента 7'.In FIG. 3 shows a sectional view of a first embodiment of a facility for delivering (volumetric) doses of fluidizable powder materials, comprising one upper vertical inlet 1' and one lower vertical outlet 2', as well as a control volume formed by a chamber 3' between the inlet 1' and output channel 2'. The design also includes a single fluidizing element 4', similar to the fluidizing element 50 in FIG. 2 to control the entry of materials into the chamber 3', and one fluidizing element 5', similar to the fluidizing element 5 in FIG. 1 to control the release of materials from the chamber. The input channel 1' and the output channel 2' are located coaxially in the housing 6'. Between the inlet channel 1' and the outlet channel 2' there is a deflecting element 7', forming the specified chamber 3' between the specified deflecting element 7' and the housing 6'. In this implementation, the deflecting element 7' has a cylindrical shape. The fluidizing element 4' has a circular shape and is located on the almost horizontal upper surface of the deflecting element 7'.

При активации флюидизирующего элемента 4' (см. фиг. 4), он обеспечивает транспортировку сыпучего материала в камеру 3' в секторе 360° и вниз, т.е. обеспечивая транспортировку в 3 измерениях.When the fluidizing element 4' is activated (see Fig. 4), it ensures the transportation of bulk material into the chamber 3' in a 360° sector and downwards, i.e. providing transportation in 3 dimensions.

Таким образом, при активации флюидизирующего элемента 4' угол естественного откоса порошкообразного материала изменяется, и он начинает поступать в камеру 3', скапливаясь на нижнем флюидизирующем элементе 5', который пока не активирован. После того, как камера заполнится флюидизируемым порошкообразным материалом, флюидизирующий элемент 4' выключается и переходит в неактивированное состояние (см. фиг. 5.)Thus, when the fluidizing element 4' is activated, the angle of repose of the powdered material changes, and it begins to flow into the chamber 3', accumulating on the lower fluidizing element 5', which is not yet activated. After the chamber is filled with fluidized powder material, the fluidizing element 4' turns off and goes into an inactive state (see Fig. 5.)

Затем, как показано далее на фиг. 5, производится активация нижнего флюидизирующего элемента 5', и флюидизируемый порошкообразный материал начинает поступать в вертикальный выходной канал 2' и далее в приемное устройство, такое как электролизёр (не показан). Это количество материала, накапливаемое в камере 3', представляет собой контрольный объем. Этот объем передается за один цикл, единовременным включением флюидизирующего элемента, в течение достаточного для этого периода времени.Then, as shown further in FIG. 5, the lower fluidizing element 5' is activated, and the fluidized powder material begins to flow into the vertical outlet channel 2' and further into a receiving device such as an electrolytic cell (not shown). This amount of material accumulated in the chamber 3' is the control volume. This volume is transferred in one cycle, by the one-time inclusion of the fluidizing element, for a sufficient period of time for this.

Как вариант, флюидизирующий элемент может включаться на относительно короткие периоды времени с частотой, регулируемой управляющим устройством, например, контроллером электролизера. Размер дозы, в этом случае, будет зависеть от продолжительности периода активации флюидизирующего элемента. Таким образом, можно контролировать общее количество флюидизируемых материалов, дозируемых в течение периода времени, например, 24 часов. Это можно сделать, зарегистрировав количество циклов выгрузки контрольного объема и умножив это число на размер контрольного объема.Alternatively, the fluidizing element may be turned on for relatively short periods of time at a frequency controlled by a control device, such as a cell controller. The size of the dose, in this case, will depend on the duration of the period of activation of the fluidizing element. In this way, the total amount of fluidized materials dispensed over a period of time, for example 24 hours, can be controlled. This can be done by recording the number of sample volume discharge cycles and multiplying this number by the size of the sample volume.

Флюидизирующий элемент 5' может обеспечивать транспортировку порошкового материала из камеры 3', главным образом, в радиальном направлении в секторе 360° и вниз в выходной канал 2', т.е.The fluidizing element 5' can transport the powder material from the chamber 3' mainly in the radial direction in a 360° sector and down into the outlet channel 2', i.e.

- 3 043014 обеспечивая транспортировку в 3 измерениях. При такой транспортировке возникает небольшое или незначительное трение между материалом и установкой.- 3 043014 providing transportation in 3 dimensions. During this transport, little or no friction occurs between the material and the machine.

На фиг. 6 показан вид в разрезе второго варианта реализации установки для подачи (объемных) доз флюидизируемых порошковых материалов. Под действием силы тяжести материал падает из верхнего входного канала 1 на верхний флюидизирующий элемент 4 и заполняет верхнюю камеру 9 между внешним корпусом 6, который может иметь цилиндрическую форму, и отклоняющим элементом 7, который может иметь коническую форму. Заполнение камеры заканчивается, когда верхняя поверхность материала достигает выходного торца верхнего канала подачи 1. Нижняя часть данной установки абсолютно аналогична показанной на фиг. 1 и содержит конический отклоняющий элемент 7', соответствующий флюидизирующий элемент 5 и выходной канал 2.In FIG. 6 shows a sectional view of a second embodiment of a facility for delivering (volumetric) doses of fluidizable powder materials. Under the action of gravity, the material falls from the upper inlet 1 onto the upper fluidizing element 4 and fills the upper chamber 9 between the outer casing 6, which may be cylindrical in shape, and the deflecting element 7, which may be conical in shape. The filling of the chamber is completed when the upper surface of the material reaches the outlet end of the upper feed channel 1. The lower part of this installation is exactly the same as shown in Fig. 1 and contains a conical deflecting element 7', a corresponding fluidizing element 5 and an outlet channel 2.

На фиг. 7 приведен вид в разрезе установки для подачи доз флюидизируемых порошковых материалов, аналогичной показанной на фиг. 6, в режиме заполнения. Флюидизирующий элемент 4 включает поступление флюидизируемого порошкового материала в дозировочную камеру 3, в которой материал скапливается на нижнем флюидизирующем элементе 5, который находится в неактивированном состоянии. После того, как дозировочная камера 3 заполнится, т.е. когда материал достигнет уровня 8 входного канала, флюидизирующий элемент 4 переключается в неактивированное состояние. Уровень заполнения может определяться с помощью известных средств индикации уровня.In FIG. 7 is a cross-sectional view of a fluidized powder dosing facility similar to that shown in FIG. 6, in filling mode. The fluidizing element 4 includes the flow of the fluidized powder material into the dosing chamber 3, in which the material accumulates on the lower fluidizing element 5, which is in an inactive state. After the dosing chamber 3 is filled, i.e. when the material reaches the level 8 of the inlet channel, the fluidizing element 4 switches to an inactive state. The fill level can be determined using known level indication means.

На фиг. 8 показана установка в режиме подачи. В данном варианте реализации, весь контрольный объем выпускается одним циклом, и, таким образом, представляет собой дозу.In FIG. 8 shows the installation in feed mode. In this embodiment, the entire control volume is released in one cycle, and thus represents a dose.

При активации нижнего флюидизирующего элемента 5 флюидизируемый материал начинает поступать в вертикальный выходной канал 2 и далее в приемное устройство, такое как электролизёр (не показан). Это объем одной дозы. Размер (объем) дозы определяется, в основном, геометрическими параметрами камеры 3, такими как диаметр корпуса 6 и высота вставки входного канала 8, но также и параметрами конструкции конического отклоняющего элемента и флюидизирующего элемента 5, такими как диаметр центрального отверстия СН. Более короткий канал, заканчивающийся выше в камере 3, увеличивает размер дозы, а при канале, глубже входящем в камеру 3, размер дозы уменьшается.When the lower fluidizing element 5 is activated, the fluidized material begins to flow into the vertical outlet channel 2 and further into a receiving device, such as an electrolytic cell (not shown). This is the volume of one dose. The size (volume) of the dose is determined mainly by the geometric parameters of the chamber 3, such as the diameter of the body 6 and the height of the insertion of the inlet channel 8, but also by the design parameters of the conical deflecting element and the fluidizing element 5, such as the diameter of the central hole CH. A shorter channel, ending higher in chamber 3, increases the dose size, and with a channel deeper into chamber 3, the dose size decreases.

На фиг. 9 показан вид в разрезе реализованного прототипа второго варианта реализации устройства, описанного выше.In FIG. 9 is a sectional view of a realized prototype of the second embodiment of the device described above.

Конусовидные отклоняющие элементы 7 и 7', расположенные над флюидизирующими элементами 4 и 5, соответственно, отводят материал наружу к стенкам корпуса 6. Угол естественного откоса предотвращает выход нефлюидизированного материала, определяемый расстоянием по вертикали от конуса до флюидизирующего элемента и его радиальной протяженностью относительно периферии выходного канала. Когда флюидизирующий элемент активируется, угол естественного откоса и изменяется, и материал начинает выходить через выходной канал. Флюидизирующие элементы 4' и 5', которые могут обеспечивать транспортировку порошкового материала в радиальном направлении во входной 8 и выходной 2 каналы в 360-градусном секторе и вниз в выходной канал 2, таким образом, обеспечивают транспортировку материала в 3 измерениях.The cone-shaped deflecting elements 7 and 7', located above the fluidizing elements 4 and 5, respectively, divert the material outward to the walls of the housing 6. The angle of repose prevents the exit of unfluidized material, determined by the vertical distance from the cone to the fluidizing element and its radial extension relative to the periphery of the outlet channel. When the fluidizing element is activated, the angle of repose changes and material begins to exit through the exit channel. The fluidizing elements 4' and 5', which can transport the powder material in the radial direction into the inlet 8 and outlet 2 channels in a 360-degree sector and down into the outlet channel 2, thus provide material transportation in 3 dimensions.

Входной канал 8 может быть снабжен средством для удлинения/втягивания, например, с помощью подвижной гильзы 8', надетой на трубку входного канала, таким образом, что можно регулировать расстояние между выходом из входного канала и отклоняющим элементом 7'. Таким образом, обеспечивается возможность регулирования объема материалов, поступающих в камеру 3.The inlet 8 can be provided with means for extending/retracting, for example by means of a movable sleeve 8' placed on the inlet tube, so that the distance between the outlet of the inlet and the deflecting element 7' can be adjusted. Thus, it is possible to control the volume of materials entering the chamber 3.

На фиг. 10 представлены характеристики прототипа дозатора соответственно настоящему изобретению, показанного на фиг. 9, а именно, зависимость точности обеспечения размера доз от продолжительности периода активации флюидизирующего элемента.In FIG. 10 shows the characteristics of a prototype dispenser according to the present invention shown in FIG. 9, namely, the dependence of the accuracy of ensuring the size of the doses on the duration of the period of activation of the fluidizing element.

Активация флюидизирующих элементов производилась путем подачи воздуха под давлением 6 бар (600 кПа) через разные интервалы времени. Время подачи (разгрузки дозировочной камеры 3) было постоянным и равнялось 5 с. Продолжительность периода между активациями заполняющего элемента и подающего элемента (пауза) также было постоянным и равным 5 с. Время активации заполняющего элемента варьировалось и составляло 5 с, 8 с, 10 с и 15 с. Все замеренные циклы продемонстрировали надежно повторяемые значения веса доз (965 г). Величина стандартного отклонения составила 4-7 г (или менее 1%).The fluidizing elements were activated by supplying air at a pressure of 6 bar (600 kPa) at different time intervals. The feed (unloading of the dosing chamber 3) time was constant and equal to 5 s. The duration of the period between the activations of the filling element and the supply element (pause) was also constant and equal to 5 s. The activation time of the filling element varied and was 5 s, 8 s, 10 s and 15 s. All cycles measured showed reliably repeatable dose weights (965 g). The standard deviation was 4-7 g (or less than 1%).

На фиг. 11 представлены характеристики прототипа дозатора соответственно настоящему изобретению, показанного на фиг. 9, а именно, зависимость среднего размера дозы от продолжительности периода активации.In FIG. 11 shows the characteristics of a prototype dispenser according to the present invention shown in FIG. 9, namely, the dependence of the average dose size on the duration of the activation period.

Флюидизирующему элементу (для геометрии дозатора, показанной на фиг. 9) требуется ~3,5 с для заполнения камеры. Более длительное время активации не приведет к изменению размера дозы. (При продолжительности времени активации менее 3,5 с размер доз уменьшается).The fluidizing element (for the dispenser geometry shown in Fig. 9) takes ~3.5 seconds to fill the chamber. A longer activation time will not change the dose size. (When the duration of the activation time is less than 3.5 s, the size of the doses is reduced).

На фиг. 12 представлены характеристики прототипа дозатора соответственно настоящему изобретению, показанного на фиг. 9, а именно, зависимость среднего размера дозы от давления воздуха при активации флюидизирующего элемента.In FIG. 12 shows the characteristics of a prototype dispenser according to the present invention shown in FIG. 9, namely, the dependence of the average dose size on air pressure upon activation of the fluidizing element.

Флюидизация (и подача) глинозема начинается при относительно низком давлении воздуха (менее 1 бар, т.е. менее 100 кПа). После работы с давлением воздуха на флюидизирующем элементе выше 3,5Fluidization (and feeding) of alumina starts at a relatively low air pressure (less than 1 bar, ie less than 100 kPa). After working with air pressure on the fluidizing element above 3.5

- 4 043014 бар (350 кПа) флюидизация и расход порошка стабилизируются. Дальнейшее повышение давления воздуха не приводит к каким-либо значительным изменениям размера дозы.- 4 043014 bar (350 kPa) fluidization and powder consumption are stabilized. Further increase in air pressure does not lead to any significant changes in the dose size.

Существует несколько преимуществ, характерных для устройства согласно настоящему изобретению, обусловленных тем фактом, что оно практически не требует технического обслуживания, поскольку не содержит подвижных элементов и не подвержено износу.There are several advantages inherent in the device according to the present invention, due to the fact that it is practically maintenance-free, since it does not contain moving parts and is not subject to wear.

Раскрываемый в настоящем описании принцип подачи (по сравнению с существующими системами подачи в электролизёрах) обеспечивает более стабильные размеры доз, менее подверженные влиянию: изменений давления воздуха;The delivery principle disclosed herein (compared to existing electrolyser delivery systems) provides more stable dose sizes less affected by: changes in air pressure;

временных настроек и разрешающей способности;time settings and resolution;

характеристик флюидизации и реологических характеристик материала.fluidization characteristics and rheological characteristics of the material.

Кроме того, устройство согласно настоящему изобретению отличается небольшими габаритами относительно его дозировочной емкости, простыми стандартными компонентами, и может работать при низких давлениях воздуха при активации флюидизирующих элементов, не создавая при этом проблем с деаэрацией.In addition, the apparatus of the present invention is small in size relative to its dosing tank, has simple standard components, and can operate at low air pressures when the fluidizing elements are activated without deaeration problems.

Claims (10)

1. Устройство для подачи доз флюидизируемых материалов, содержащее один верхний входной канал (1', 8), один нижний выходной канал (2', 2), корпус (6', 6) и первый флюидизирующий элемент (5', 5) для управления выпуском материалов из выходного канала (2', 2), при этом флюидизирующий элемент (5', 5) имеет кольцеобразную форму, и его внешняя периферия прилегает к внутренней стенке корпуса (6', 6), а также содержащее второй флюидизирующий элемент (4', 4) круглой формы для регулирования подачи материалов из входного канала (1', 8), отличающееся тем, что содержит отклоняющий элемент (7', 7'), при этом второй флюидизирующий элемент (4', 4) установлен над отклоняющим элементом (7', 7'), и отклоняющий элемент (7', 7'), входной канал (1', 8), выходной канал (2', 2) и первый флюидизирующий элемент (5', 5) для управления выпуском материалов из выходного канала (2', 2) расположены соосно в корпусе (6', 6), причем указанные входной канал (1', 8), отклоняющий элемент (7', 7'), корпус (6', 6) и первый флюидизирующий элемент (5', 5) образуют камеру (3', 3), которая определяет контрольный объем.1. A device for supplying doses of fluidized materials, containing one upper inlet channel (1', 8), one lower outlet channel (2', 2), a housing (6', 6) and the first fluidizing element (5', 5) for control the release of materials from the outlet channel (2', 2), while the fluidizing element (5', 5) has an annular shape, and its outer periphery is adjacent to the inner wall of the housing (6', 6), and also containing the second fluidizing element ( 4', 4) of a round shape for controlling the supply of materials from the inlet channel (1', 8), characterized in that it contains a deflecting element (7', 7'), while the second fluidizing element (4', 4) is installed above the deflecting element (7', 7'), and deflecting element (7', 7'), inlet channel (1', 8), outlet channel (2', 2) and first fluidizing element (5', 5) to control the release materials from the outlet channel (2', 2) are located coaxially in the housing (6', 6), and the specified input channel (1', 8), deflecting element (7', 7'), housing (6', 6) and the first fluidizing element (5', 5) forms a chamber (3', 3) which defines the control volume. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отклоняющий элемент (7', 7') имеет круглую форму и установлен соосно в корпусе (6', 6) в положении под входным каналом (1', 8), и имеет диаметр больше диаметра входного отверстия выходного канала (2', 2), и, кроме того, расположен на расстоянии по вертикали над первым флюидизирующим элементом (5', 5), тем самым предотвращая поступление материалов в выходной канал до тех пор, пока не будет произведена активация первого флюидизирующего элемента (5', 5).2. The device according to claim 1, characterized in that the deflecting element (7', 7') has a round shape and is installed coaxially in the housing (6', 6) in position under the inlet channel (1', 8), and has a diameter larger than the diameter of the inlet of the outlet channel (2', 2), and, in addition, is located at a vertical distance above the first fluidizing element (5', 5), thereby preventing materials from entering the outlet channel until activation of the first fluidizing element (5', 5). 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отклоняющий элемент (7') имеет цилиндрическую форму.3. The device according to claim 1, characterized in that the deflecting element (7') has a cylindrical shape. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отклоняющий элемент (7') имеет форму конуса, вершина которого направлена вверх.4. The device according to claim 1, characterized in that the deflecting element (7') has the shape of a cone, the top of which is directed upwards. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что перед камерой (3) расположена верхняя камера (9), заполняемая через верхний канал (1), причем управление потоком из верхней камеры (9) в камеру (3) по входному каналу (8) осуществляется отклоняющим элементом (7) и флюидизирующим элементом (4).5. The device according to claim 4, characterized in that in front of the chamber (3) there is an upper chamber (9), filled through the upper channel (1), and the control of the flow from the upper chamber (9) to the chamber (3) through the inlet channel ( 8) is carried out by the deflecting element (7) and the fluidizing element (4). 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что положение входного канала (8) по вертикали относительно отклоняющего элемента (7') может регулироваться, или указанный входной канал (8) снабжен телескопической частью (8').6. The device according to claim 5, characterized in that the vertical position of the inlet (8) relative to the deflecting element (7') can be adjusted, or said inlet (8) is provided with a telescopic part (8'). 7. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что первый флюидизирующий элемент (5', 5) имеет круглое центральное отверстие (СН), сообщающееся с входным отверстием выходного канала (2', 2).7. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the first fluidizing element (5', 5) has a circular central hole (CH) in communication with the inlet of the outlet channel (2', 2). 8. Способ подачи доз флюидизируемых материалов с помощью устройства по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что дозирование и транспортировку материалов осуществляют путем активации второго флюидизирующего элемента (4', 4) и первого флюидизирующего элемента (5', 5) в течение заданного промежутка времени (2', 2).8. Method for supplying doses of fluidized materials using a device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the dosing and transportation of materials is carried out by activating the second fluidizing element (4', 4) and the first fluidizing element (5', 5) in during a given period of time (2', 2). 9. Способ подачи доз флюидизируемых материалов с помощью устройства по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что дозирование и транспортировку материала осуществляют путем активации второго флюидизирующего элемента (4', 4), которая обеспечивает поступление флюидизируемых материалов в камеру (3', 3) и ее заполнение, последующую деактивацию второго флюидизирующего элемента (4', 4) и активацию первого флюидизирующего элемента (5', 5), с освобождением камеры (3', 3) и поступлением флюидизируемого материала в вертикальный выходной канал и приемное устройство.9. Method for supplying doses of fluidized materials using a device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the dosing and transportation of the material is carried out by activating the second fluidizing element (4', 4), which ensures the flow of fluidized materials into the chamber (3' , 3) and its filling, subsequent deactivation of the second fluidizing element (4', 4) and activation of the first fluidizing element (5', 5), with the release of the chamber (3', 3) and the flow of the fluidized material into the vertical outlet channel and the receiving device . 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что количество дозируемого материала может быть замерено10. The method according to claim 9, characterized in that the amount of material dispensed can be measured - 5 043014 периодическим заполнением/разгрузкой определенной объемной камеры (3', 3), разгрузка которой может быть произведена путем подачи одной большой дозы, соответствующей объему камеры (3', 3), или путем подачи нескольких маленьких доз.- 5 043014 periodic filling / unloading of a certain volumetric chamber (3', 3), which can be unloaded by applying one large dose corresponding to the volume of the chamber (3', 3), or by applying several small doses.