РОТОРНЫЙ ГРАНУЛЯТОР ДЛЯ ВЛАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к сельскохозяйственной технике, в частности к оборудованию для гранулирования кормов для рыб и их мальков.
Из уровня техники хорошо известны пресс-грануляторы, включающие вертикальную кольцевую матрицу, ролики и ножи для обрезания гранул (Технологии и оборудование для производства комбикормов и премиксов: учеб. пособие / В.И. Пахомов, Д.В. Рудой, С.В. Брагинец, О.Н. Бахчевников, А.В. Ольшевская; Донской гос.техн. ун-т. - Ростов-на-Дону: ДГТУ, 2019. - 228 с.). Необходимое для прессования материала давление создается при взаимодействии кольцевой вертикальной матрицы и прессующих роликов, перекатывающихся по ее поверхности.
Недостатком пресс-грануляторов с вертикальной кольцевой матрицей является то, что в них сложно получать гранулы корма для мальков рыб небольшого диаметра (0,8-3 мм) из влажного материала (влажность 30-40%). Устойчивое получение гранул из влажного измельченного материала в пресс-грануляторах возможно лишь при диаметре отверстий матрицы более 4 мм, причем этот процесс имеет очень высокую энергоемкость.
Из уровня техники известны грануляторы для влажных материалов (влажность 30-40%), применяемые в фармацевтической, пищевой и комбикормовой промышленности (Jacob М. (2014). Spheronization, Granulation, Pelletization, and Agglomeration Processes. In Microencapsulation in the Food Industry (pp. 85-98). Academic Press). Эти машины не имеют единого общепринятого названия, чаще всего их именуют корзинный гранулятор (basket granulator) либо роторный гранулятор для влажного рассыпного материала (wet powder rotary granulator). Они включают корзину для размещения влажного материала, в которой установлены соосно размещенные рассекатели и лопасти, вращающиеся в противоположных направлениях. Нижняя часть корзины представляет собой перфорированную кольцевую горизонтальную матрицу. В процессе работы корзинного гранулятора размещенные вверху рассекатели перемешивают влажный материал в корзине, а расположенные внизу лопасти продавливают его через отверстия кольцевой горизонтальной матрицы, формируя гранулы в горизонтальной плоскости. Применение таких грануляторов позволяет получать из влажных измельченных материалов гранулы малого диаметра (0,5-3 мм).
В частности, известно изобретение (патент JP 4057408B2 «Basket type extrusion granulator» («Экструзионный гранулятор корзинного типа»)), заявл. 12.12.2002, опубл. 03.05.2008), включающее цилиндрическую корзину, в которую загружают влажный материал, цилиндрический экран, установленный в нижней части корзины и снабженный множеством отверстий. Внутри корзины размещены нажимные ножи, которые перемешивают влажный материал и подают его вниз, и выдавливающие ножи, вращающиеся в направлении, противоположном движению нажимных ножей, и выталкивающие материал из отверстий цилиндрического экрана. Гранулятор включает дискообразный поворотный стол, принимающий гранулированный продукт, выдавливаемый из отверстий экрана. Данный гранулятор способен производить гранулы малого диаметра из влажного материала.
Недостатком данного технического решения является то, что в его составе нет режущего механизма, в частности подрезных ножей, что обуславливает невозможность получения гранул одинаковой длины, что снижает их качество.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является экструзионный ротационный гранулятор ZK-350 фирмы «JUNZHUO MACHINERY»)) (https://www.jzgranulator.com/product/zk-350-extruding-granulating-machine-rotating-granulator.html), включающий электропривод, станину, на которой установлен наклонный лоток и корзина с перфорированной нижней частью, в которой с возможностью вращения в противоположных направлениях установлены ножи и лопасти. Гранулятор включает режущий механизм, состоящий из установленных с возможностью вращения вокруг корзины подрезных ножей с механическим приводом, лезвия которых расположены с существенным зазором от наружной поверхности перфорированной нижней части корзины (кольцевой матрицы). Экструзионный ротационный гранулятор ZK-350 может производить гранулы из влажного материала малого диаметра и фиксированной длины.
Недостатком данного технического решения является нарушение формы и структуры гранул при их отрезании. Гранулы из влажного материала имеют низкую прочность и легко разрушаются, особенно при малом их диаметре. Так как лезвие подрезного ножа гранулятора имеет размеры, сопоставимые с диаметром гранул корма для мальков рыб и расположено с существенным зазором от наружной поверхности кольцевой матрицы, то в результате при резании влажного и мягкого материала происходит смятие поверхности отрезаемых гранул, искажение их формы и нарушение внутренней структуры, что приводит к ухудшению качества гранул корма за счет снижения их прочности и водостойкости. Кроме того, при размере лезвия ножа, сопоставимом с диаметром отверстия матрицы, нож периодически перекрывает его, препятствуя выходу гранулируемого материала из отверстия, снижая тем самым производительность гранулятора.
Задачей предлагаемого технического решения является стабильное получение из влажных материалов качественных гранул малого диаметра и заданной длины и предотвращение их повреждения на выходе из отверстий матрицы, а также повышение производительности гранулятора.
Поставленная задача решается путем использования технического решения, включающего электропривод и станину, на которой размещены наклонные лотки и корзина с находящимися в ней рассекателями и экструзионными лопастями, перфорированная кольцевая горизонтальная матрица и режущий механизм, причем режущий механизм включает электромагнитный вибропривод и секторы с режущими струнами, прилегающими к внешней поверхности матрицы с зазором, не превышающим диаметра режущей струны, и расположенными параллельно рядам отверстий матрицы с возможностью возвратно-вращательного движения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан общий вид роторного гранулятора для влажных материалов.
На фиг. 2 показан фронтальный вид роторного гранулятора для влажных материалов.
На фиг. 3 показан вид сверху роторного гранулятора для влажных материалов.
На фиг. 4 показан вид режущего механизма роторного гранулятора для влажных материалов.
На фиг. 5 показана схема работы режущего механизма роторного гранулятора для влажных материалов.
Роторный гранулятор для влажных материалов включает станину 1, на которой размещены электропривод 2 и вертикальная колонна 3 (фиг. 1, 2). На противоположных сторонах вертикальной колонны 3 закреплены два наклонных лотка 4. Сверху вертикальной колонны 3 установлены корзина 5, неподвижный обод 6, перфорированная кольцевая горизонтальная матрица 7 и режущий механизм 8.
Внутри корзины 5 на оси 9, размещенной внутри вертикальной колонны 3, установлены рассекатели 10 (фиг. 3). Под ними в корзине 5 расположены экструзионные лопасти 11, закрепленные на собственной оси (на фиг. не показана), представляющей собой трубу, внутри которой находится ось 9. Рассекатели 10 и экструзионные лопасти 11 установлены с возможностью вращения в противоположных направлениях.
Рассекатель 10 представляет собой прямоугольную пластину, торцовая поверхность которой выполнена в форме кругового сегмента, а боковая поверхность, ориентированная по направлению вращения рассекателя, имеет одностороннюю режущую кромку. Экструзионная лопасть 11 имеет форму сектора кольца, изгиб которого ориентирован в направлении ее вращения.
Режущий механизм 8 размещен с внешней стороны матрицы 7, охватывая ее наружную поверхность (фиг. 4). Режущий механизм 8 включает охватывающие корзину 5 и матрицу 7 подвижный обод 12, верхнее кольцо 13 и нижнее кольцо 14, соединенные стойками 15. К верхнему 13 и нижнему кольцам 14 болтами с гайками 16 прикреплены секторы 17 с окнами 18, таким образом, что каждый сектор 17 находится между двумя стойками 15. Между верхними и нижними секторами 17 натянуты режущие струны 19. Режущие струны 19 прилегают к внешней поверхности матрицы 7 с зазором, не превышающим диаметра режущей струны 19. Режущие струны 19 расположены параллельно друг другу и рядам отверстий 20 матрицы 7, таким образом, что в исходном нерабочем положении режущие струны 19 находятся между рядами отверстий 20 матрицы 7 (фиг. 4, 5). В состав режущего механизма 8 входит также изготовленная из пластика подставка 21, состоящая из верхней опоры 22, нижней опоры 23 и соединяющих их ребер 24. Ребра 24 проходят через зазоры между секторами 17. Секторы 17, прикрепленные к верхнему кольцу 13 и нижнему кольцу 14, опираются, соответственно, на верхнюю опору 22 и нижнюю опору 23. Подвижный обод 12 соединен с возможностью перемещения болтами с гайками 16 с неподвижным ободом 6, причем болты 16 проходят через имеющиеся в неподвижном ободе 6 прорези 25. Длина прорези 25 равна расстоянию между режущими струнами 19. Электромагнитный вибропривод 26 режущего механизма 8 размещен между подвижным ободом 12 и верхним кольцом 13 и соединен с ними. Также он соединен с неподвижным ободом 6. Электромагнитный вибропривод 26 подключен к внешнему источнику электрического тока.
Роторный гранулятор для влажных материалов работает следующим образом. Влажный материал, в частности рассыпной корм для мальков рыб, загружают в корзину 5 (фиг. 1, 3). Электропривод 2 через коническую передачу (на фиг. не показана) приводит во вращательное движение ось в форме трубы и размещенную внутри нее ось 9, которые, в свою очередь, сообщают вращательное движение закрепленным на них рассекателям 10 и экструзионным лопастям 11. Рассекатели 10 и экструзионные лопасти 11 вращаются в противоположных направлениях.
Рассекатели 10 перемешивают находящийся в корзине 5 влажный материал и разбивают комки, обеспечивая его однородность и позволяя перемещаться под действием силы тяжести в нижнюю часть корзины 5 (фиг. 3). Экструзионные лопасти 11 при вращении уплотняют влажный материал и выдавливают его через круглые отверстия 20 матрицы 7, формируя в горизонтальной плоскости цилиндрические гранулы (фиг. 5).
Электромагнитный вибропривод 26 режущего механизма 8 при подаче в него электрического тока сообщает возвратно-вращательное движение в горизонтальной плоскости подвижному ободу 12 и верхнему кольцу 13, которые перемещают связанные с ними стойки 15, нижнее кольцо 14 и секторы 17 вдоль внешней поверхности матрицы 7 (фиг. 4, 5). При этом болты 16, соединяющие неподвижный обод 6 и подвижный обод 12, перемещаются по прорези 25. В процессе движения сектора 17 опираются на верхнюю опору 22 и нижнюю опору 23 и скользят по их поверхности. Ребра 24 служат ограничителем перемещения секторов 17. При перемещении секторов 17 режущие струны 19 совершают возвратно-вращательное движение вдоль внешней поверхности матрицы 7, прилегая к ней с зазором, не превышающим диаметра режущей струны 19. В ходе перемещения режущие струны 19 пересекают ряды отверстий 20 матрицы 7, срезая выходящие из них гранулы. Величина перемещения каждой из режущих струн 19 равна расстоянию между соседними струнами. Длина получаемых из материала гранул регулируется частотой возвратно-вращательного движения секторов 17, задаваемой электромагнитным виброприводом 26.
Готовые гранулы под действием силы тяжести падают через окна 18 нижних секторов 17 на наклонные лотки 4, по которым скатываются в емкости для их оперативного хранения (на фиг. не показаны).
Стабильное получение из влажных материалов качественных гранул малого диаметра достигается использованием ротора, конструкция которого включает вращающиеся рассекатели, которые перемешивают влажный материал, и расположенные под ними экструзионные лопасти, вращающиеся в противоположном направлении и выдавливающие при низком давлении влажный материал через отверстия матрицы. Также оно достигается исполнением подрезного ножа в виде режущей струны и установки ее с минимальным зазором с внешней стороной матрицы, что позволяет срезать гранулы с минимальным отклонением размера по длине. Благодаря использованию для перемещения режущих струн электромагнитного вибропривода срезание гранул происходит значительно быстрее, чем при использовании механического привода режущего механизма.
Повышение производительности гранулятора достигается тем, что режущие струны, имея толщину меньшую, чем диаметр отверстий матрицы, не перекрывают их, не препятствуя выходу гранулируемого материала из отверстий матрицы, повышая тем самым производительность гранулятора.
Эффективное срезание гранул без нарушения их формы и структуры достигается тем, что диаметр режущей струны существенно меньше диаметра гранул корма для мальков рыб, составляющего 0,8-3 мм, а сама режущая струна прилегает к внешней поверхности матрицы гранулятора с зазором, значение которого не превышает значения диаметра режущей струны.
Применение полезной модели позволит обеспечить стабильное получение из влажных материалов качественных гранул корма малого диаметра и заданной длины и предотвратить их повреждение на выходе из отверстий матрицы гранулятора, что повысит эффективность приготовления кормов для мальков рыб в аквакультуре.