УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СБОРНИК ФРАКЦИЙ ДЛЯ СЕПАРАТОРОВ

Полезная модель относится к сепараторам, в частности, к их узлам - сборникам различных фракций, например, зерна злаковых культур, семян овощных и травяных культур, и может быть использована для очистки и сортировки зерна на селекционных станциях, элеваторах, в фермерских хозяйствах, заводах по производству семян и круп, а также в мукомольной, комбикормовой, химической и других отраслях промышленности.
Известен пневмосепаратор, содержащий бункер с вибролотком, струйный генератор, вентилятор, направляющий аппарат с двумя решетками, заслонку для регулирования режимов работы вентилятора, шторки со шкалами для регулирования процентного выхода разделенного на фракции материала, окно на бункере, панель управления, держатели тары для семян и сборник фракций отсепарированного материала, выполненный в виде набора лотков, выходные отверстия которых направлены в одну сторону к лицевой панели [см. патент России №68930 U1 по классу В07В 4/02 опубликованный 10.12.2007 года в Бюл. №34].
Основным недостатком известного сборника фракций является то, что выходные отверстия всех лотков направлены в одну сторону. Такое расположение лотков создает определенные неудобства из-за того, что лотки имеют относительно небольшой размер по ширине. Следовательно, выходные отверстия лотков располагаются довольно близко друг к другу, что затрудняет использование обычной габаритной тары (например, мешков) для отдельного сбора разных фракций (мешки, расширяясь по мере наполнения сепарированным материалом, естественно, будут мешать друг другу). Если же использовать нестандартную малогабаритную тару (например, небольшие мешочки), возникает необходимость в частой замене ее на пустую, поскольку тара, имеющая небольшой объем, будет быстро заполняться отсепарированным материалом.
Этот недостаток устранен в сборнике фракций для воздушного сепаратора, выполненного в виде набора лотков готовых фракций «а», выходные отверстия которых направлены в одну сторону, и лотков повторных фракций «б», выходные отверстия которых направлены в противоположную сторону. Причем лотков готовых фракций «а» в сборнике на два больше, чем лотков повторных фракций «б», а также указанные лотки готовых фракций «а» установлены в конце сборника. В эти дополнительные лотки готовых фракций «а», предназначены для таких фракций, неподлежащих возврату на повторную сепарацию [см. патент Украины №62866 А по классу В07В 4/02 опубликованный в 15.12.2003 году].
Основным недостатком данного сборника фракций является то, что он не обеспечивает качественного разделения сепарируемого материала. Этот недостаток поясняется следующим. В воздушном сепараторе, под аэродинамическим воздействием воздушного потока, легкие фракции в небольшом количестве оседают раньше, попадая в другие лотки, например, в лотки для средних фракций. Это обусловлено тем, что, пролетев приблизительно до середины сепарационной камеры, частицы материала теряют большую часть кинетической энергии, вследствие совокупного действия многих факторов, в частности, фактора столкновения частиц материала между собой. В результате процесс сепарации происходит с большой погрешностью.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является сборник фракций для сепараторов, выполненный в виде неизменного по месторасположению и количеству набора лотков для сбора прямых фракций «а», выходные отверстия которых направлены в одну сторону, и лотков для сбора промежуточных фракций «б», выходные отверстия которых направлены в противоположную сторону, причем лотков для сбора прямых фракций «а» в сборнике на два больше, чем лотков для сбора промежуточных фракций «б», а также указанные два лотка для сбора прямых фракций «а» установлены в конце сборника, кроме того, между несколькими смежными лотками расположены средства для формирования восходящего воздушного потока, выполненные в виде щелей, или отверстий, соединяющих сепарационную камеру с внешним пространством. Под действием разряжения, возникающим в нижней части сепарационной камеры, воздух поднимается сквозь щели или отверстия между лотками и создает восходящие потоки. Несколько таких потоков образуют воздушное течение, что замедляет падение случайных мелких фракций материала в не те лотки, которые предназначены для них. Воздушный поток относит их к соответствующему лотку [см. патент Украины №80499 С2 по классу В07В 4/02 опубликованный в 25.09.2007 году].
Данному техническому решению присущие, по меньшей мере, три основных недостатка, а именно.
Во-первых, довольно низкая культура технологии сепарации сыпучей смеси, в частности, зерна или семян. Этот недостаток поясняется следующим. Засасывание воздуха через щели между лотками происходит за счет эффекта эжекции, который имеет место при достаточно мощном перемещении сепарирующего воздушного потока вдоль сепарационной камеры. Следовательно, при больших габаритах сепаратора или при низких скоростях сепарирующего воздушного потока, засасывание воздуха через щели в сепарационную камеру будет довольно слабым: для этого не хватает скорости (или мощности) воздушного потока в камере для образования эффекта эжекции. А это, с одной стороны, практически не позволяет образовывать восходящее воздушное течение из-за отсутствия необходимой мощности подъемной силы, и, во-вторых, из-за указанного обстоятельства, некоторая часть сепарируемого материала, (те частицы, которые потеряли кинетическую энергию), будет, через щели шириной 20-25 мм, просто выпадать из сепаратора на пол, загрязняя собой окружающую среду и теряясь безвозвратно. Указанный недостаток создает определенные неудобства для рабочих, а производство нуждается в дополнительных определенных расходах на постоянную уборку помещения.
Во-вторых, в известном сборнике фракций все лотки в наборе имеют одинаковый размер по ширине, хотя, как свидетельствует практика, промежуточных фракций намного меньше, чем прямых фракций сепарируемого материала, причем промежуточные фракции, перемещаются в сепарационной камере более узкой полосой, чем прямые фракции. Следовательно, выполнение лотков одинаковыми по ширине означает, в сущности, потерю части готового материала из-за попадания части качественно сепарированных фракций в лотки для промежуточных фракций для повторной сепарации. А это, в свою очередь, приводит к снижению производительности сепаратора в целом из-за принудительной повторной сепарации качественно ранее отсепарированного материала.
И, в-третьих. Основной недостаток известного сборника фракций заключается в том, что лотки в наборе не могут изменять свое положение или переориентироваться, поскольку это не предусмотрено конструкцией самого сборника. Лотки в известном сборнике фракций крепятся стационарно и неподвижно, и изменить их местонахождение невозможно, поскольку они, в частности, их размеры, особенно ширина, связанны со щелями, которые образуются лишь между четко определенными лотками (не между всеми лотками, а лишь между третьим и четвертым). Поэтому лотки в наборе невозможно поменять местами. Следовательно, это обстоятельство делает известный сборник фракций приспособленным лишь для одного технологического процесса сепарации, то есть он не универсален.
В основу полезной модели поставлена задача создания универсального сборника фракций и повышение производительности процесса сепарации сыпучего материала за счет более точного разделения на фракции сепарируемого материала путем определения оптимальной ширины лотков для прямых и промежуточных фракций, а также путем обеспечения возможности переустановки лотков в зависимости от необходимости получения определенного технологическим процессом количества фракций сыпучего материала.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в сборнике фракций для сепараторов, выполненном в виде набора лотков для сбора прямых фракций, выходные отверстия которых направлены в одну сторону, и лотков для сбора промежуточных фракций, выходные отверстия которых направлены в противоположную сторону, согласно предложению, лотки в наборе установлены без зазоров между собой, имеют одинаковые симметричные входные отверстия, преимущественно прямоугольной формы, и выполнены съемными с возможностью их разворота на 180° в горизонтальной плоскости для изменения функционального назначения развернутых лотков. В зависимости от технологической необходимости, лотки, например, предназначенные для сбора промежуточных фракций, можно развернуть на противоположную сторону, и именно так их сделать лотками для сбора уже прямых фракций, и наоборот, лотки для сбора прямых фракций разворачивают в противоположную сторону и, именно так делают их лотками для сбора промежуточных фракций. Следовательно, возможность разворота лотков позволяет считать сборник фракций универсальным, быстро переналаживаемым на любой режим сепарации сыпучего материала.
Лотки также могут быть выполненными разными по своей ширине. Учитывая, что при сепарации сыпучей смеси плотность разделения потока зерен в каждой фракции происходит по нормальному закону (закону Гаусса), и 95,4 процентов материала каждой фракции находится в пределах четырех среднеквадратичных отклонений (σ) (известная закономерность в статистике), целесообразно чтобы и ширина лотков для сбора прямых фракций также равнялась 4σ, а ширина лотков для сбора промежуточных фракций равнялась 1σ. Указанная ширина лотков для сбора прямых фракций позволяет изымать из потока до 95,4% качественно отсепарированного материала каждой фракции и таким образом получить максимальную производительность процесса сепарации сыпучей смеси. Указанная ширина лотков для сбора промежуточных фракций 1σ вполне достаточна для полного сбора промежуточных фракций для возврата их на повторную сепарацию, поскольку, из-за столкновение частиц материала между двумя смежными потоками материала прямых фракций, то есть за пределами 4σ, вызывает полную потерю этими частицами материала запаса кинетической энергии, вынуждая их под действием гравитационной силы (собственного веса) падать вниз и непосредственно попадать только в лотки для сбора промежуточных фракций. В каждый лоток для сбора промежуточных фракций, при определенной их ширине, будет попадать лишь 4,6% сепарируемого материала - по 2,3% от каждого потока прямых фракций, которые попадают в соответствующие смежные лотки для сбора прямых фракций. Исходя из изложенного, оптимальное расстояние между центрами двух смежных лотков для сбора прямых фракций должно составлять 5σ (2σ - половина одного лотка для сбора прямых фракций +1σ - ширина лотка для сбора промежуточных фракций +2σ - половина второго (смежного) лотка для сбора прямых фракций). Следовательно, указанный размер лотков для сбора прямых и промежуточных фракций, в частности их ширина, является оптимальной, обоснованной и позволяет получить максимальную производительность технологического процесса разделения на отдельные фракции сепарируемой сыпучей смеси.
Дальнейшая сущность предложенного технического решения поясняется совместно с иллюстративным материалом, на котором изображено следующее: фиг.1 - общий вид предложенного сборника фракций с лотками одинаковой ширины и поочередно развернутыми в разные стороны, пример варианта с пространственной ориентацией лотков для обычного разделения зернового материала на отдельные фракции. Пунктирной линией показан сепаратор для воздушной сепарации сыпучей смеси в текучей среде; фиг.2 - то же самое, пример варианта с пространственной ориентацией лотков при очистке исходного зернового материала от камней и легких примесей биологического происхождения; фиг.3 - то же самое, пример варианта с пространственной ориентацией лотков при подготовке зернового материала под посев; фиг.4 - общий вид предложенного сборника фракций с лотками разной ширины и поочередно развернутыми в разные стороны; фиг.5 - то же самое, с пространственной ориентацией лотков для высококачественного отбора зернового материала для селекционных целей; фиг.6 - вариант крепления лотков к сепаратору с помощью барашковых гаек; фиг.7 - вариант выполнения лотков задвижными в пазы рамки и фиксации шпилькой; фиг.8 - распределение плотности потока сепарируемого материала по нормальному закону для пояснения целесообразности использовать в сборнике лотки для сбора прямых и промежуточных разными по ширине.
Предложенный сборник фракций для сепараторов выполнен в виде набора лотков для сбора прямых фракций 1, выходные отверстия 2 которых направлены в одну сторону, и лотков для сбора промежуточных фракций 3, выходные отверстия 4 которых направлены в противоположную сторону, которые прикрепляются к рамке 5 сепаратора с помощью, например, барашковых гаек 6. Лотки 1 и 3 в наборе установлены без зазоров между собой, имеют одинаковые симметричные входные отверстия 7, преимущественно прямоугольной формы, и выполнены съемными с возможностью их разворота на 180° в горизонтальной плоскости для изменения функционального назначения развернутых лотков 1 или 3. В зависимости от технологической необходимости, лотки для сбора промежуточных фракций 3 разворачивают на противоположную сторону, и именно так их используют в качестве лотков для сбора прямых фракций, и наоборот, лотки для сбора прямых фракций 1 разворачивают в противоположную сторону и используют в качестве лотков для сбора промежуточных фракций. В рамке 5 могут быть выполненные продольные пазы 8. В этом варианте конструктивного выполнения рамки 5, лотки 1 и 3 уже не съемные, а задвижные в указанные пазы 8. В этом случае их можно фиксировать с помощью всего лишь одной обычной шпильки 9, установленной в торце рамки 5. Возможность разворота лотков 1 и 3 делает сборник фракций универсальным, быстро переналаживаемым на любой режим сепарации сыпучего материала.
Лотки 1 и 3 могут быть выполненными разными по своей ширине для еще большего повышения производительности процесса сепарации сыпучей смеси. Определение и обоснование ширины лотков для сбора прямых фракций 1 и ширины лотков для сбора промежуточных фракций 3, поясняется следующими априорными рассуждениями.
В науке теоретически и экспериментально доказано, что большое количество случайных величин распределяются по нормальному закону, известному, как закон Гаусса. Однородный сыпучий материал, отдельные частицы которого выступают в виде случайных величин, во время сепарации образуют потоки фракций, которые вполне закономерно имеют деление плотности в каждом потоке по нормальному закону распределения. Из теории статистики известно [см. книгу: Ефимова М.Р., Петрова Е.В., Румянцев В.Н. Общая теория статистики: Учебник. - М., ИНФРА-м, 1996, 416 с; см. стр.143-144 и рис.5.10], что в промежутке x±σ оказывается 68,3% частиц принадлежащих к соответствующей фракции; в промежутке x±2σ оказывается 95,4% частиц принадлежащих к соответствующей фракции; в промежутке x±3σ оказывается 99,7% частиц принадлежащих к соответствующей фракции, где x - средняя величина частиц во фракции; σ - среднеквадратичное отклонение от средней величины. Если лотки для сбора прямых фракций 1 выполнить шириной размером 2σ (по 1σ на сторону от средней величины), то во время сепарации 31,7% частиц будут попадать в лотки для сбора промежуточных фракций 3, среди которых окажется довольно много частиц прямых фракций, что снижает производительность процесса сепарации. Если лотки для сбора прямых фракций 1 выполнить шириной размером 6σ (по 3σ на сторону от средней величины), то во время сепарации лишь 0,3% частиц будут попадать в лотки для сбора промежуточных фракций 3, и в лотки для сбора прямых фракций 1 будет попадать довольно много частиц промежуточных фракций, что снижает качество процесса сепарации. Следовательно, оптимальным будет выполнение лотков для сбора прямых фракций 1 шириной размером 4σ (по 2σ на сторону от средней величины). В этом случае во время сепарации в лотки для сбора прямых фракций 1 будет попадать 95,4% качественно отсепарированного материала каждой фракции, а в лотки для сбора промежуточных фракций будет попадать 4,6% частиц, что позволяет получить одновременно максимальную производительность и качество процесса сепарации. Следовательно, оптимальное расстояние между центрами двух смежных лотков для сбора прямых фракций 1 должна составлять 5σ (2σ - половина одного лотка для сбора прямых фракций +1σ - ширина лотка для сбора промежуточных фракций +2σ - половина второго (смежного) лотка для сбора прямых фракций). Таким образом, предложенный размер лотков для сбора прямых фракций 1 и лотков для сбора промежуточных фракций 3, в частности их ширина, является оптимальным и полностью обоснованным.
Широкие лотки для сбора прямых фракций 1 и узкие лотки для сбора промежуточных фракций 3 в наборе могут быть установлены в любой последовательности, в зависимости от цели сепарации сыпучего материала. Продольный паз 8 позволяет изменять последовательность установления в рамку 5 лотков 1 и 3.
Предложенный универсальный сборник фракций работает следующим образом.
Во время сепарации, сепаратор генерирует каскад воздушных восходящих потоков, в которые подается из бункера материал, подлежащий сепарации, например, зерно злаковых сельскохозяйственных культур, которое в камере сепарации разделяется на отдельные фракции. В зависимости от технологической задачи сепарации, лотки для сбора прямых фракций 1 и лотки для сбора промежуточных фракций 3 соответственно разворачивают в нужную сторону и закрепляют на рамке 5 сборника фракций. Если в сборнике фракций лотки для сбора прямых фракций 1 и лотки для сбора промежуточных фракций 3 установленные поочередно (см. фиг.1), происходит разделение зерновой массы для длительного хранения на посевное зерно, продовольственное зерно и фуражное зерно. Если в сборнике фракций первым установлен лоток для сбора промежуточных фракций 3, далее установлены лотки для сбора прямых фракций 1 и последние два лотка являются лотками для сбора промежуточных фракций 3 (см. фиг.2), то происходит обычная очистка исходного зернового материала от камней и тяжелых примесей, которые попадают в первый лоток для сбора промежуточных фракций 3, а также очистки от легких примесей биологического и иного происхождения, которые попадают в последние два лотка для сбора промежуточных фракций 3. Если в сборнике фракций первыми установлены лотки для сбора промежуточных фракций 3, далее установлены лотки для сбора прямых фракций 1 и последние лотки являются лотками опять же для сбора промежуточных фракций 3 (см. фиг.3), то происходит отбор наилучшего, с точки зрения всхожести, зернового материала под посев. Все отмеченное выше точно также происходит при использовании лотков 1 и 3 разной ширины, но более качественно и производительно. Если в сборнике фракций широкие лотки для сбора прямых фракций 1 используются в качестве лотков для сбора промежуточных фракций, а узкие лотки для сбора промежуточных фракций 3 используются в качестве лотков для сбора прямых фракций и установлены в наборе поочередно (см. фиг.5), то происходит высококачественное разделение зерновой массы для селекционных целей. Такое зерно практически не будет иметь примесей других фракций. Следовательно, возможность использования предложенного сборника фракций для любых целями делает его действительно универсальным.
Существенное отличие заявляемого объекта от ранее известных, заключается в том, что лотки для сбора прямых и промежуточных фракций, из-за одинаковых размеров по длине и выполнения их съемными, могут изменять пространственную ориентацию, и по этой причине изменять свое функциональное назначение, в соответствии с целями сепарации сыпучей смеси, а также в том, что лотки для сбора прямых фракций и лотки для сбора промежуточных фракций имеют обоснованную определенную разную ширину. Указанные отличия, в совокупности, позволяют значительно расширить технологические возможности сборника фракций, максимально повысить производительность и качество процесса сепарации при использовании сепараторов любой конструкций, что делает его полностью универсальным. Ни один из известных сборников фракций не может обладать отмеченными свойствами, поскольку конструктивно выполненными таковыми, что их лотки не имеют возможности переустанавливаться в другие места и имеют одинаковый размер, как для сбора прямых фракций материала, так и промежуточных его фракций.
К техническим преимуществам предложенного технического решения, в сравнении с прототипом, можно отнести следующее:
- расширение функциональных возможностей сборника фракций за счет выполнения лотков разворачивающимися;
- универсальность сборника фракций за счет возможности расположения лотков в наборе в любой последовательности;
- возможность применения для любого технологического процесса разделения на фракции сыпучей смеси по этой же причине;
- повышение производительности процесса сепарации сыпучей смеси за счет того, что ширина лотков разная и строго обоснована;
- повышение качества сепарации сыпучей смеси по этой же причине;
- простота фиксации лотков на рамке за счет наличия в последней продольных пазов;
- сокращение времени сепарации за счет уменьшения объема возврата промежуточных фракций на повторную сепарацию;
- пригодность для применения в сепараторах любой конструкции за счет универсальности лотков в наборе.
Социальный эффект от внедрения предложенного технического решения, в сравнении с использованием прототипа, получают за счет увеличения выхода готового продукта, а также за счет более качественного процесса сепарации.
Экономический эффект от внедрения предложенного технического решения, в сравнении с использованием прототипа, получают за счет повышения производительности процесса сепарации сыпучей смеси.
Предложенное техническое решение проверено на практике, следовательно, приемлемо для промышленного применения, в известных источниках информации не обнаружено подобных сборников фракций с отмеченными в предложении существенными признаками, а потому, считается таковым, что может получить правовую защиту.
После описания предложенного сборника фракций, специалистам в данной отрасли знаний должно быть очевидным, что все вышеописанное является лишь иллюстративным, а не ограничительным будучи представленным данным примером. Многочисленные возможные модификации элементов сборника фракций, в частности средств крепления лотков к рамке, их длина, форма выходного отверстия, могут изменяться в зависимости от вида сепаратора и исходного состояния сыпучего сепарируемого материала, и, понятно, находятся в пределах объема одного из обычных и естественных подходов в данной области знаний и рассматриваются таковыми, которые находятся в пределах объема предложенного технического решения.
Квинтэссенцией предложенного технического решения является то, что лотки могут разворачиваться и использоваться по разным функциональным назначением, а также переставляться в различную последовательность и выполнены разными по ширине, и именно это обстоятельство позволило приобрести предложенному сборнику фракций перечисленные выше и другие преимущества. Изменение предложенного принципа универсальности лотков и принципа определения их ширины на другие, естественно, ограничивает спектр преимуществ, перечисленных выше, и не может считаться новыми техническими решениями в данной области знаний, поскольку другой, подобно описанному сборнику фракций, уже не будет требовать никакого творческого подхода от конструкторов и инженеров, а потому не может считаться результатами их творческой деятельности или новыми объектами интеллектуальной собственности, подлежащими защите охранительными документами.