УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕПАРАЦИИ СЫПУЧИХ СМЕСЕЙ

Полезная модель относится к области разделения сыпучих смесей по такими признакам, как вес, форма и свойства поверхности входящих в них частичек и может найти применение в сельском хозяйстве при очистке зерна и продуктов его переработки, а также в пищевой, химической, горнорудной, металлургической и строительной областях промышленности для сепарации сыпучих смесей продувкой начального материала, который находится в состоянии свободного падения.
Известно устройство для сепарации сыпучих смесей (см. ″Тракторы и сельхозмашины″ №2, 1964 г., стр. 27), которое содержит корпус, в котором установлены загрузочное устройство, камера сепарации с устройством для сбора и вывода из устройства компонентов с более высоким коэффициентом трения, и рабочий орган.
Рабочий орган выполнен в форме цилиндрового ротора с внутренней разделительной поверхностью. Цилиндровый ротор установлен с возможностью вращения относительно оси, установленной под углом к горизонту. При этом внутренняя разделительная поверхность рабочего органа покрыта ворсистой тканью (сукном ″бета″).
Недостатком известного устройства для сепарации сыпучих смесей является высокая сложность процесса сепарирования и низкое качество разделения материала на отдельные фракции. Это обусловлено тем, что в устройстве для сбора и вывода фракции с более высоким коэффициентом трения использован желоб с установленным внутри него шнеком, в который частички могут попасть только после отрыва от разделительной поверхности ротора в зоне, близкой к верхней точке цилиндра. В сыпучих смесях разность коэффициентов трения разных фракций (фракций, компоненты которых имеют наиболее низкий и наиболее высокий коэффициенты трения) небольшая. Вследствие этого при изготовлении цилиндра из традиционных материалов, например стали, частички фракции с наибольшим коэффициентом трения не могут подняться на высоту, достаточную, чтобы собрать их к желобу и вывести шнеком из устройства.
Известно устройство для сепарации сыпучих смесей (см. патент РФ №2287380 от 20.11.06 г., МПК В07В 13/11, 13/14, опубл. 20.11.2006 г.), которое содержит корпус, в котором установлены загрузочное устройство, камера сепарации с приемником готовой фракции и узлом для вывода верхней фракции, рабочий орган, выполненный в форме цилиндрового ротора с внутренней разделительной поверхностью, и привод.
В известном устройстве узел для вывода верхней фракции выполнен в виде щелевого наконечника, соединенного с помощью воздухопровода со всасывающей воздушной системой с регулируемым давлением.
Недостатками известного устройства являются высокая сложность процесса сепарирования и низкое качество разделения материала на отдельные фракции, что обусловлено недостаточной мощностью воздушного потока, а также низкая надежность и сложность конструкции из-за наличия большого количества конструктивных элементов и подвижных связей между ними, а также из-за высокой вероятности попадания в воздухосборники устройства мелких примесей, находящихся на полу вокруг машины.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для сепарации сыпучих смесей (см. патент Украины на полезную модель №74087, МПК В07В 13/00, опубл. 10.10.2012 г.), содержащее корпус, в котором установлены загрузочное устройство, камера сепарации с отражателем и приемниками готовых фракций с регулированным входом, соединенная передней частью с рабочим органом, содержащим соединенный с электродвигателем импеллер с лопастями, выполненными профилированными из полимерного или композитного материала, спрямляющий аппарат, неподвижно установленный в непосредственной близости к импеллеру, камеру статического давления и формирователь воздушного потока, при этом электродвигатель, импеллер с лопастями, спрямляющий аппарат, камера статического давления и формирователь воздушного потока установлены последовательно, импеллер с лопастями размещен на валу электродвигателя внутри рабочего органа, а загрузочное устройство дополнительно оснащено направляющим элементом.
Работа устройства, описанного в патенте №74087, сводится к изменению траектории свободного падения зерна воздушным потоком, создаваемым импеллером, и дальнейшему распределению и делению исходного материала на фракции в зависимости от массы, размера и формы.
Исходный материал, далее "зерно", подается в бункер, распределяется по ширине лотка под собственным весом, и в таком виде поступает равномерным потоком в камеру сепарации, где происходит его расслоение и деление по массе, размеру и форме, за счет воздействия на зерно воздушного потока от импеллера.
Под воздействием потока воздуха траектория свободного падения более легких частиц, имеющих большую парусность, отклоняется на больший угол относительно вертикальной оси, следовательно, более легкие частицы попадают в приемники готовых фракций, расположенные на максимальном удалении от источника воздушного потока, а частицы исходного материала большей массы изменят свою траекторию на меньший угол и попадут, соответственно, в другие приемники готовых фракций, расположенные ближе к источнику воздушного потока.
Как показала практика, работа устройства, приведенного в описании к патенту №74087, имеет свои особенности, а именно, если частицы сепарируемого материала имеют правильную форму, близкую к сферической (просо, рапс, горох и т.д.), то для высокого качества сепарации необходим равномерный поток воздуха, где возможные пульсации и завихрения сводятся к минимуму. При калибровке исходного материала, состоящего из частиц неправильной формы (пшеница, овес, подсолнечник и т.д.), качество сепарации напрямую будет зависеть от направления положения таких частиц при падении к направлению воздушного потока. То есть, любое отдельно взятое зернышко может расположиться по направлению к воздушному потоку или торцом или боком. При таком расположения зерна, проходящего через воздушный поток, его парусность, а, соответственно, и траектория падения одной и той же частицы может оказаться разной. В случае расположения зернышка торцом к воздушному потоку, оно будет иметь меньшую парусность, и окажется в «тяжелой» фракции. При расположении этого же зернышка боком к воздушному потоку, оно будет иметь большую парусность, будет смещено дальше, следовательно, попадет в «легкую» фракцию.
Таким образом, недостатком известного устройства является низкое качество разделения материала на отдельные фракции.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования устройства для сепарации сыпучих смесей, в котором новая форма выполнения элементов позволяет повысить качество процесса сепарирования и обеспечить повышение степени разделения материала за счет создания потока воздуха с разной степенью пульсации, улучшающего калибровку частиц неправильной формы.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для сепарации сыпучих смесей, содержащем корпус, в котором установлены загрузочное устройство, камера сепарации с отражателем и приемниками готовых фракций с регулированным входом, соединенная передней частью с рабочим органом, содержащим соединенный с электродвигателем импеллер с лопастями, выполненными профилированными из полимерного или композитного материала, спрямляющий аппарат, неподвижно установленный в непосредственной близости к импеллеру, камеру статического давления и формирователь воздушного потока, при этом электродвигатель, импеллер с лопастями, спрямляющий аппарат, камера статического давления и формирователь воздушного потока установлены последовательно, импеллер с лопастями размещен на валу электродвигателя внутри рабочего органа, а загрузочное устройство дополнительно оснащено направляющим элементом, новым является то, что лопасти импеллера выполнены с установочным углом равным 5-50°, а спрямляющий аппарат выполнен в виде пластин, равномерно радиально закрепленных на центральной оси.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом заключается в том, что заявленное конструктивное выполнение устройства для сепарации сыпучих смесей, а именно то, что:
- лопасти импеллера выполнены с установочным углом, равным 5-50°;
- спрямляющий аппарат выполнен в виде пластин, равномерно радиально закрепленных на центральной оси;
в совокупности с известными признаками полезной модели позволяют повысить качество процесса сепарирования и обеспечить повышение степени разделения материала за счет создания потока воздуха с разной степенью пульсации, улучшающего калибровку частиц неправильной формы.
Калибровка частиц неправильной формы будет производиться в пульсирующем потоке воздуха. При этом каждая частица неправильной формы, попав в пульсирующий поток воздуха, начнет вращаться, занимая всевозможные положения, и сепарация будет производиться по среднему значению поверхности отдельно взятой частицы, то есть с большей точностью.
Достижение технического результата обеспечивается одновременным использованием крыльчатки импеллера с разными установочными углами лопастей от 5-50°, а также расположением в максимальной близости к крыльчатке спрямляющего аппарата, выполненного в виде пластин, равномерно радиально закрепленных на центральной оси.
Выбор указанных углов обусловлен тем, что при проведении экспериментов выяснилось, что для создания пульсирующего потока воздуха необходима крыльчатка, имеющая максимально возможный установочный угол лопастей до 50°, поскольку дальнейшее увеличение угла приводит к срыву потока и падению КПД работы импеллера. При таких установочных углах крыльчатки для достижения необходимой скорости воздушного потока, обеспечивающего сепарацию, нет необходимости в больших оборотах импеллера, поскольку используется большой шаг лопастей. При работе такого импеллера на малых оборотах и расположении спрямляющего аппарата в максимальной близости к крыльчатке и создается необходимая пульсация воздуха в момент, когда лопасти пересекают плоскости, соответствующие расположению пластин равномерно радиально закрепленных на центральной оси, из которых выполнен неподвижно установленный спрямляющий аппарат.
В момент «встречи» лопасти с пластинами спрямляющего аппарата, нагнетаемый поток воздуха «срезается» этими пластинами и создается необходимая пульсация воздуха на частоте, равной частоте вращения крыльчатки. Малые обороты крыльчатки обусловлены необходимостью создания небольшой частоты пульсации воздуха, способной «разворачивать» частицы сепарируемого материала. Следовательно, благодаря большому углу установки лопастей появляется возможность, не раскручивая до больших частот вращения импеллер, получить необходимую скорость и пульсацию воздушного потока, обеспечивающую лучшую сепарацию частиц неправильной формы.
При использовании сепаратора для калибровки материала, состоящего из частиц правильной формы, требуется более равномерный поток воздуха, что обеспечивается уменьшением угла установки лопастей крыльчатки импеллера до значения, равного 5°. Дальнейшее уменьшение угла установки лопастей, как было выяснено при проведении испытаний, приводит к падению КПД импеллера. Для сохранения необходимой скорости воздушного потока при работе импеллера с малым установочным углом лопастей скорость его вращения повышают. При увеличении скорости вращения импеллера, соответственно, повышается частота пульсации воздушного потока до более высоких частот. Поток воздуха, пульсирующий с высокой частотой, становится практически равномерным. Это обеспечивает высокое качество калибровки частиц правильной формы.
Выполнение спрямляющего аппарата в виде пластин, равномерно радиально закрепленных на центральной оси, то есть в виде так называемой «снежинки», обеспечивает получения пульсации воздуха при чередующемся совпадении неподвижных плоскостей спрямляющего аппарата с лопастями крыльчатки импеллера в определенный момент относительно центра вращения крыльчатки, а также устранение спирального вихря, возникающего при работе импеллера.
Повышение степени разделения материала осуществляется оптимизацией соотношения веса частичек сыпучей смеси и силы их аэродинамического сопротивления. Пульсирующий поток воздуха, который создается заявленным устройством, является более точным и стабильным во времени и пространстве, что особенно важно при сепарации частиц неправильной формы.
Действие такого потока многократно и разнонаправлено влияет почти на каждую частицу сыпучей смеси.
На фиг.1 изображена общая схема устройства для сепарации сыпучих смесей. На фиг.2 изображен импеллер, установочный угол лопастей которого составляет 5-50°. На фиг.3 изображен спрямляющий аппарат.
Устройство для сепарации сыпучих смесей содержит корпус 1, в котором установлены загрузочное устройство 2, камера 3 сепарации с отражателем 4 и приемниками 5 готовых фракций с регулируемым входом, которая соединена передней частью с рабочим органом 6, содержащим последовательно установленные импеллер 7, соединенный с электродвигателем 8, спрямляющий аппарат 9, камеру 10 статического давления и формирователь 11 воздушного потока, объединенные в один блок. При этом импеллер 7 с лопастями 12 размещен на валу электродвигателя 8 внутри рабочего органа 6. Установочный угол лопастей 12 составляет 5-50°. Спрямляющий аппарат 9 неподвижно установлен в непосредственной близости к импеллеру 7 и выполнен в виде пластин 13, радиально равномерно закрепленных на центральной оси. Внешняя сторона пластин 13 жестко соединена с внешним ободом. Лопасти 12 выполнены профилированными из полимерного материала - поликарбоната, полиамида, капролона, или композитного материала - стеклоуглепластиков, стеклопластиков.
Загрузочное устройство 2 выполнено в виде бункера, дополнительно оснащенного направляющим элементом 14. Направляющий элемент 14 может быть выполнен с прямой или непрямой стороной со стороны камеры сепарации. Непрямая сторона может быть зигзагообразной, или волнообразной, или любой ломаной.
Устройство работает следующим образом.
Работа устройства для сепарации сыпучих смесей основана на изменении траектории свободного падения сыпучего материала смесей воздушным потоком, который создается рабочим органом 6 с импеллером 7, и дальнейшем распределении и делении материала на фракции в зависимости от массы, размера и формы. Сыпучий материал, далее "зерно", подают в устройство для сепарации сыпучих смесей, в корпусе 1 которого размещено загрузочное устройство 2, где зерно распределяется по ширине камеры 3 сепарации с отражателем 4 и приемниками 5 готовых фракций с регулированным входом, где и происходит его деление по массе, размеру и форме за счет действия на зерно воздушного потока. Воздушный поток создается лопастями 12, установочный угол которых составляет 5-50°, импеллера 7, размещенного на валу электродвигателя 8 внутри рабочего органа, и через спрямляющий аппарат 9, неподвижно установленный в непосредственной близости к импеллеру 7 и выполненный в виде пластин 13, равномерно радиально закрепленных на центральной оси, камеру 10 статического давления и формирователь 11 воздушного потока подается в камеру 3 сепарации. При этом лопасти 12 импеллера 7, которые выполнены профилированными из полимерного или композитного материала и установлены под заданным углом, обеспечивают необходимые параметры потока воздуха. Загрузочное устройство 2, выполненное в виде бункера, оснащенного направляющим элементом 14 с прямой или непрямой стороной со стороны камеры сепарации - зигзагообразной, или волнообразной, или любой ломаной, улучшает рассевание зерна и его взаимодействие с воздушным потоком.
Пульсирующий поток воздуха, обеспечиваемый заявляемым устройством, является более точным и стабильным во времени и пространстве, что особенно важно при сепарации частиц неправильной формы. Действие такого потока многократно и разнонаправлено влияет почти на каждую частицу сыпучей смеси, подаваемую загрузочным устройством 2.
После сепарации зерно распределяется после приемников 5 готовых фракций или фасуется в мешки. При необходимости часть зерна можно отправлять через сборники обратных фракций к загрузочному устройству 2 для повторной сепарации.
Работа устройства возможная в пяти режимах:
1 - режим предварительной очистки;
2 - режим первичной очистки;
3 - режим калибрования;
4 - смешанный режим (калибрование и очистка одновременно),
5 - реверсивный режим (очистка устройства).
Устройство для сепарации сыпучих смесей может использоваться для таких целей:
- из пшеницы 6 класса отобрать зерна 3-го и 4-го классов (если они там есть);
- отобрать зерна, пораженные клопом-ракушкой и долгоносиком;
- очистить зерно пшеницы от остюга, овса;
- разделить смесь пшеницы и ячменя до 60% за один проход;
- отобрать горох, пораженный брухусом;
- отделить гнилую кукурузу от здоровой;
- осуществлять одновременную сушку зерна до 3% за проход при его очистке и калибровании в воздушном потоке;
- выделить из общей охапки наиболее жизнеспособные, продуктивные зерна;
- выделить зерна пшеницы, которые имеют повышенное содержание клейковины.
За счет способности устройства выделять зерна с наибольшей массой в две и три фракции выделяют наиболее плотные и полновесные зерна с повышенным содержанием белка и клейковины.
Устройство может быть использовано для рассевания на крупозаводах, где разделяют крупу на семь фракций и при этом отбивают мучку и обеспечивают крупе высокое товарное качество.
Устройство может перерабатывать практически все виды сельскохозяйственных культур - от мелкосеменных (люцерна, мак, рапс) до кукурузы, бобов и семян сахарной свеклы; а также сепарировать промышленные сыпучие материалы (мелкую каменную крошку для минеральной штукатурки) и т.д.
Таким образом, полезная модель обеспечивает повышение степени разделения материала при одновременном повышении надежности и упрощении конструкции устройства за счет повышения эффективности использования рабочего органа.