Рис. 1 Рис. 1. Однокамерная сушилка
(наименования позиций – в тексте).
Новые возможности для сушильных теплотехнологических установок открывают вихревые термотрансформаторы – вихревые трубы (ВТ), при работе которых в небольшом объеме «сосуществуют» высокотурбулентные потоки с разными и легко регулируемыми уровнями температур [1-4]. Важные преимущества ВТ: простота, компактность, возможность создания целого ряда вихревых сушильных установок - от миниатюрных (диаметром 5-20 мм) - для лабораторной практики и медицинской промышленности до крупных (диаметром 50-200 мм и более) - для использования на временных зернохранилищах и в стационарных элеваторах [5-7].Крупную ВТ, питаемую от мощной высоконапорной воздуходувки, можно применить не только как сушилку, но, когда это потребуется, также и как источник холодного воздушного потока, эпизодически вдуваемого в слой дисперсного материала для устранения «саморазогрева» его при длительном хранении (например, зерна в элеваторах).
1. Однокамерная вихревая сушилка. Вихревая сушилка содержит загрузочную камеру 1 (рис. 1) с загрузочным 2 и разгрузочным 3 патрубками. Под камерой 1 размещена вертикально ВТ 4 с камерой вихревого энергоразделения 5 и диафрагмой 6. Циркуляционной трубкой 7 отверстие 9 диафрагмы 6 подключено к камере 1 через кольцевую щель (эжектор) 8, соосную разгрузочному каналу 3 и ВТ 4. Ширина кольцевой щели 8 больше размера частиц материала. В отверстии 9 диафрагмы 6 установлена разгрузочная течка 10, имеющая диаметр, больший диаметра трубки 7, а камеры 5 и 1 сообщены рециркуляционным подъемным каналом 11, имеющим заслонку 12.
Стрелками указаны направления движения частиц материала в вихревом потоке ВТ 4 (рис. 1), в циркуляционной трубке 7, в псевдоожиженном слое камеры 1 и в рециркуляционном канале 11. Отбрасываемые действием центробежных сил частицы попадают на периферию вихря – в горячий поток камеры 5, по каналу 11 поднимаются в камеру 1 и охлаждаются здесь холодным потоком, вдуваемым через кольцевую щель 8 из трубки 7.
2. Многокамерная мобильная вихревая сушилка. Простота регулирования режима работы и отсутствие необходимости в обслуживании и ремонте – существенные преимущества вихревой сушилки. Они привлекательны для теплотехнологических установок самого разнообразного применения; например, для простейшей передвижной зерносушилки (рис. 2), используемой при первоначальной сушке вблизи от мест уборки.
Сопловые вводы 16, 17, 18 ВТ подключены к напорной магистрали 19 воздуходувки 20, вал 21 которой через муфту 22 связан с валом 23 отбора мощности двигателя 24 внутреннего сгорания, сообщенного через муфту 25 и редуктор (систему передач) 26 с самоходным шасси 27, на котором смонтирована установка.В зависимости от назначения и влажности исходного дисперсного материала число сушильных камер (и, соответственно, число ВТ) может быть различным: от двух-трех - в зерносушилках до четырех-пяти - в установках для сушки биохимических препаратов.
На напорной магистрали 19 может быть установлен радиатор 28 для охлаждения сжатого воздуха до температуры, близкой к температуре окружающей атмосферы. ВТ 4, 6, 8 установлены под сушильными камерами 1, 5, 7 и снабжены трубками 29, 30, 31 для ввода дисперсного материала из камер 1, 5, 7 в осевую зону ВТ 4, 6, 8. В камере 1 размещен теплообменик-нагреватель 32, к газовому каналу (каналу теплоносителя) 33 которого подключен выхлопной тракт 34 двигателя 24. В тепловом контакте с каналом 33 расположены с равным шагом соосно ВТ 4 металлические ребра 35, например конической формы.
Многокамерная мобильная установка работает следующим образом. На самоходном шасси 27, приводимом в движение через муфту 25 и редуктор 26 двигателем 24, установка доставляется в район работы. Для запуска сушильных камер 1, 5, 7 в работу отключают муфту 25 и включают муфту 22. При этом вал 23 двигателя приводит во вращение вал 21 привода воздуходувки 20. Воздуходувка 20 всасывает из атмосферы воздух, сжимает его и по магистрали 19 через радиатор 28 нагнетает через сопловые вводы 16, 17, 18 в вихревые трубы 4, 6, 8. Образующиеся здесь высокоскоростные вихревые потоки претерпевают энергетическое разделение, при котором появляются в полости каждой ВТ нисходящее охлажденное ядро потока, движущееся к холодным концам 9, 10, 11 и восходящий нагретый периферийный поток, движущийся по направлению к сушильным камерам 1, 5, 7.Таким образом, поочередно осуществляются многократно повторяющиеся процессы:
Из конца 3 горячий поток выходит через теплообменник-нагреватель 32 в сушильную камеру 1, загружаемую дисперсным материалом из бункера 2. Нагретый горячим потоком материал из сушильной камеры 1 выводится по трубке 29 в осевую зону ВТ 4 и охлаждается здесь нисходящим холодным воздушным потоком. При этом охлажденные частицы материала, движущиеся в непосредственной близости от оси ВТ 4, достигают холодного конца 9, а частицы, более удаленные от оси, разбрасываются действием центробежных сил к периферии вихревого потока, подхватываются восходящим горячим потоком и через теплообменник-нагреватель 32 вновь попадают в сушильную камеру 1.
Таким образом, частицы материала подвергаются многократному нагреву и охлаждению потоками воздуха, имеющими различное статическое давление: минимальное в осевой зоне ВТ 4, 6, 8 и максимальное на входе в сушильные камеры 1, 5, 7. Для того, чтобы нагрев и охлаждение осуществлялись в широком диапазоне температур воздушных потоков (например, от 60…1500С до минус 10…00С) не требуется использование высоконапорных источников сжатого воздуха: воздуходувка 20, приводимая двигателем 24, должна подавать в магистраль воздух под давлением около 0,12…0,14 МПа.Если необходимо, установку используют и в роли «мобильного воздухоохладителя», обслуживающего элеваторы и зер-носклады. Чтобы переключить установку в «первый режим» ге-нератора холода, подающего воздух с температурой около 200С на охлаждение зерна в хранилищах, к пневмотрубам 12, 13, 14 подсоединяют воздушные рукава (на рис. 2 не показаны) для трассировки охлажденного воздуха в хранилище.
Если требуется получение воздуха, охлажденного до температуры 8…120С, переходят на «второй режим» генератора холода: пневмотрубы 12 и 13 подсоединяют рукавами 36 и 37 (на рис. 2 показаны пунктиром) соответственно к трубкам 30 и 31, а охлажденный воздух (в количестве вдвое меньшем, чем в «первом режиме») отбирают от пневмотрубы 14.При начинающемся росте производственного сектора экономики исследования установок с подачей дисперсного материала в вихревой поток будут возобновлены и продолжены в интересах энергетики, сельскохозяйственного производства и медицинской промышленности.