ПНЕВМОКЛАССИФИКАТОР
PNEUMATIC SIZING SCREEN

Изобретение относится к устройствам для классификации тонкоизмельченного полидисперсного сыпучего материала на две фракции, частицы продукта которых отличаются крупностью и аэродинамическими свойствами. Оно может быть использовано для выделения из продуктов измельчения зерна пшеницы высокобелковой фракции муки.
Известно устройство для разделения тонкоизмельченного полидисперсного сыпучего материала на две фракции, частицы которого отличаются крупностью и аэродинамическими свойствами. Это устройство предназначено для выделения из продуктов измельчения зерна пшеницы высокобелковой фракции муки [1]. Данное устройство представляет собой циклон-разгрузитель с регулируемым подсосом воздуха в нижней части. Такое устройство имеет низкий эффект разделения исходного продукта на фракции, так как продукт концентрируется у цилиндрической части корпуса циклона-разгрузителя в виде слоя, где частицы сцепляются друг с другом, при этом только незначительное количество мелкой фракции может выйти из слоя продукта и, следовательно, увлечься выходящим из циклона-разгрузителя воздухом. Поэтому мелкие частицы попадают в несвойственную им фракцию, что и обуславливает низкий эффект пневмоклассификации продукта.
Известен также Пневмоклассификатор [2], имеющий неподвижный спиралеобразный корпус, воздухораспределительную решетку с поворотными лопастями, расположенными по дуге окружности, сосной с корпусом, а также вращающееся рабочее колесо с радиальными лопатками, расположенное соосно с воздухораспределительной решеткой и корпусом, патрубок для ввода чистого воздуха в пространство между корпусом и воздухораспределительной решеткой, патрубок для ввода транспортирующего воздуха с исходным продуктом в кольцевое пространство между воздухораспределительной решеткой и рабочим колесом, патрубки для вывода крупной и мелкой фракции продукта с воздухом.
Недостатками этого пневмоклассификатора является невозможность регулирования вводимого в пространство между воздухораспределительной решеткой и корпусом чистого воздуха, оказывающего существенное влияние на результат пневмоклассификации исходного полидисперсного продукта на фракции по крупности и аэродинамическим свойствам. Положение лопастей воздухораспределительной решетки заостренной частью в сторону пространства между корпусом и воздухораспределительной решеткой, а широкой частью между воздухораспределительной решеткой и рабочим колесом приводит к срывам воздушного потока в этом кольцевом пространстве и образованию излишних вихрей воздуха в рабочей зоне, где происходит разделение продукта на требуемые фракции, и, следовательно, к снижению эффективности разделения на крупную и мелкую фракции. Кроме того, во входном патрубке для ввода транспортирующего воздуха с исходным продуктом не регулируется скорость ввода воздуха, что не дает возможности оперативно регулировать скорость поступления исходного продукта в рабочую зону для обеспечения наиболее эффективного режима пневмоклассификации продукта на крупную и мелкую фракции.
В пневмоклассификаторе [2] приспособление для выпуска крупной фракции продукта выполнено в виде винтовой поверхности, что не позволяет управлять концентрацией крупной фракции в выходящем вместе с ней воздухе и, соответственно, концентрацией мелкой фракции в выходящем вместе с ней воздухе. Иначе говоря, пневмоклассификатор [2] не дает возможности управлять соотношением расходов воздуха, выходящих с крупной и мелкой фракциями, и не позволяет более точно подбирать типоразмеры циклонов-разгрузителей, в которых происходит отделение полученных фракций продукта от воздуха. Это обстоятельство снижает эффективность работы циклонов-разгрузителей, что, в конечном итоге, сказывается на экологии, так как в атмосферу выбрасывается повышенное количество пылевидного материала.
Известен также спиральный воздушный сепаратор фирмы Альпине [3], содержащий ограничительные признаки, аналогичные устройству пневмоклассификатора [2], однако отличающийся тем, что для вывода крупной фракции продукта в конце воздухораспределительной решетки установлен "карман" со шнеком. В этот "карман" попадает только часть продукта, так как воздух, минуя его, при рециркуляции захватывает некоторое количество материала, который, попадая в зону классификации, снижает тем самым эффективность процесса разделения продукта на крупную и мелкую фракции.
Таким образом, исходя из анализа уровня техники известных устройств аналогичного с изобретением назначения, наиболее близким по конструктивным признакам является пневмоклассификатор [2], который и принят за прототип.
Задачей изобретения является достижение более высокой эффективности пневмоклассификации и достижение более четкого управления границами разделения сыпучего продукта на фракции с заданными размерами частиц.
Поставленная задача решена тем, что в предложенном пневмоклассификаторе, имеющем неподвижный спиралеобразный корпус, воздухораспределительную решетку с поворотными лопастями, расположенными по дуге окружности, сосной с корпусом, а также вращающееся рабочее колесо с радиальными лопатками, расположенное соосно с воздухораспределительной решеткой и корпусом, патрубок для ввода чистого воздуха в пространство между корпусом и воздухораспределительной решеткой, патрубок для ввода транспортирующего воздуха с исходным продуктом в кольцевое пространство между воздухораспределительной решеткой и рабочим колесом, патрубки для вывода крупной и мелкой фракции продукта с воздухом, патрубки ввода продукта с воздухом и вывода крупной фракции с воздухом снабжены регулируемыми поворотными заслонками с возможностью изменения величины зазора между заслонкой и воздухораспределительной решеткой, а поворотные лопасти воздухораспределительной решетки имеют каплеобразную форму в поперечном сечении, причем широкая часть поворотной лопасти воздухораспределительной решетки повернута к спиральной стенке корпуса, а заостренная часть - вовнутрь кольцевого пространства между воздухораспределительной решеткой и рабочим колесом, патрубок для ввода чистого воздуха снабжен двумя поворотными заслонками, регулирование положения которых выполняется как поворотом навстречу друг другу, так и совместным поворотом в любую из двух сторон с помощью сдвоенного рычажно-винтового устройства.
Сопоставительный анализ пневмоклассификатора по предполагаемому изобретению с прототипом показывает, что он отличается наличием дополнительных элементов и их взаимосвязью, а именно патрубки ввода продукта с воздухом и вывода крупной фракции с воздухом снабжены регулируемыми поворотными заслонками с возможностью изменения величины зазора между заслонкой и воздухораспределительной решеткой, а поворотные лопасти воздухораспределительной решетки имеют каплеобразный профиль в поперечном сечении. Снабжение патрубка ввода продукта с воздухом регулируемой поворотной заслонкой позволяет изменять скорость движения транспортирующего воздуха, что в свою очередь позволяет создавать оптимальную скорость подачи продукта в кольцевое пространство между воздухораспределительной решеткой и рабочим колесом. Выполнение поворотных лопастей воздухораспределительной решетки в виде каплеобразного профиля в поперечном сечении обеспечивает более равномерное обтекание лопастей воздухом, что приводит к созданию более организованного воздушного потока в пространстве между воздухораспределительной решеткой и рабочим колесом.
Указанные отличия предлагаемого пневмоклассификатора в уровне известной техники не обнаружены.
Таким образом, предлагаемое решение соответствует критерию "новизна".
Рассмотрим, как каждый из отличительных признаков предложенного пневмоклассификатора влияет на решение поставленной задачи.
Снабжение патрубка ввода продукта с воздухом регулируемой поворотной заслонкой с возможностью изменения величины зазора между заслонкой и воздухораспределительной решеткой позволяет увеличить скорость воздушного потока и, следовательно, скорость относительного движения частиц вдоль воздухораспределительной решетки, усиливая, таким образом, центробежную силу инерции частиц, движущихся в кольцевом пространстве между решеткой и рабочим колесом. Поскольку воздушный поток с исходным продуктом подается в патрубок посредством пневмотранспортирования, то изменение расхода этого потока нежелательно. В этом случае требуемая скорость потока устанавливается регулированием зазора между концом заслонки и решеткой, обеспечивая, таким образом, наилучшие показатели классификации продукта на фракции по крупности частиц.
Снабжение патрубка для вывода крупной фракции с воздухом регулируемой поворотной заслонкой с возможностью изменения величины зазора между заслонкой и воздухораспределительной решеткой позволяет регулировать концентрацию крупной фракции в воздухе, отводимом из пневмоклассификатора через этот патрубок путем регулирования количества отводимого воздуха и изменения соотношения количеств отводимого воздуха, как с крупной, так и с мелкой фракцией. При этом обеспечивается изокинетичность потоков воздуха с обеих сторон заслонки, являющейся непременным условием наиболее эффективной пневмоклассификации продукта по крупности частиц. Кроме того, установив требуемое с точки зрения эффективности пневмоклассификации соотношение количеств выходящего с крупной и мелкой фракцией воздуха, появляется возможность более точно подобрать типоразмеры циклонов-разгрузителей, где происходит отделение обеих фракций продукта от воздуха, что позволяет отделить эти продукты от воздуха с большей эффективностью, снизив, таким образом, количество пылевых выбросов в атмосферу и сократив потери полноценного продукта.
Выполнение поворотных лопастей воздухораспределительной решетки в виде каплеобразного профиля в поперечном сечении и расположение лопастей, широкой частью повернутых к спиральной стенке корпуса, а заостренной частью - в сторону кольцевого пространства между воздухораспределительной решеткой и рабочим колесом, позволяет в этом пространстве, являющемся рабочей зоной классификации, организовать более равномерный воздушный поток, с меньшими срывами потока и завихрениями после прохождения воздуха между лопастями.
Снабжение патрубка для ввода чистого воздуха двумя поворотными заслонками, регулирование положения которых выполняется как поворотом навстречу друг другу, так и совместным поворотом в любую из двух сторон посредством сдвоенного рычажно-винтового устройства, позволяет направлять вводимый в пространство между корпусом и воздухораспределительной решеткой воздух в виде управляемого факела, как по скорости, так и по направлению, что совместно с положением поворотных лопастей воздухораспределительной решетки позволяет наиболее равномерно распределить по длине решетки воздушный поток и отрегулировать количество воздуха с целью достижения наибольшего эффекта классификации продукта по размерам частиц.
На чертежах схематично изображен общий вид предлагаемого пневмоклассификатора, на фиг.1 - фронтальная проекция, на фиг.2 - горизонтальная проекция.
Пневмоклассификатор содержит неподвижный спиралеобразный корпус 1; воздухораспределительную решетку 2 с поворотными лопастями 3, расположенными по дуге окружности сосной с корпусом 1, а также вращающееся рабочее колесо 4 с радиальными лопатками 5, расположенное соосно с воздухораспределительной решеткой 2 и корпусом 1; патрубок 6 для ввода чистого воздуха в пространство 7 между корпусом 1 и воздухораспределительной решеткой 2; патрубок 8 для ввода транспортирующего воздуха с исходным продуктом в кольцевое пространство 9 между воздухораспределительной решеткой 2 и рабочим колесом 4; патрубок 10 для вывода крупной и патрубок 11 для вывода мелкой фракции продукта с воздухом.
Патрубок 6 для ввода чистого воздуха снабжен двумя поворотными заслонками 12 и 13, регулирование положения которых может выполняться как поворотом навстречу друг другу, так и совместным поворотом в одну из двух сторон с помощью сдвоенного рычажно-винтового устройства 14.
Поворотные лопасти 3 воздухораспределительной решетки 2 имеют каплеобразную форму в поперечном сечении, причем широкая часть лопасти повернута к спиральной стенке корпуса 1, а заостренная часть - вовнутрь кольцевого пространства 9 между воздухораспределительной 2 решеткой и рабочим колесом 4.
Патрубок 8 для ввода транспортирующего воздуха с исходным продуктом снабжен поворотной заслонкой 15 с возможностью изменения величины зазора между заслонкой и воздухораспределительной решеткой 2.
Патрубок 10 для вывода крупной фракции продукта с воздухом снабжен поворотной заслонкой 16 с возможностью изменения величины зазора между заслонкой и воздухораспределительной решеткой 2.
Частота вращения рабочего колеса 4 регулируется в зависимости от положения как лопастей 3 воздухораспределительной решетки 2, так и положения поворотных заслонок 12, 13, 15, 16. Для привода рабочего колеса используется электродвигатель 17 с возможностью изменения частоты вращения рабочего колеса 4.
Пневмоклассификатор является элементом всасывающей пневмотранспортной установки, например размольного отделения мукомольного завода, и поэтому находится под вакуумом. Следовательно, для функционирования пневмоклассификатора к патрубку 8 для ввода транспортирующего воздуха с исходным продуктом присоединяют материалопровод пневмотранспортной установки, а к патрубкам 10 и 11 присоединяют циклоны-разгрузители со шлюзовыми затворами для отделения крупной и мелкой фракции продукта от транспортирующего воздуха. Патрубок 6 для ввода чистого воздуха остается открытым и воздух в него засасывается из рабочего помещения мукомольного завода за счет вакуума, создаваемого вентилятором пневмотранспортной установки.
Ниже рассматривается лишь работа собственно пневмоклассификатора, подразумевая, что он включен во всасывающую пневмотранспортную установку как ее элемент.
Пневмоклассификатор работает следующим образом.
Исходный продукт в виде тонкоизмельченного полидисперсного материала с транспортирующим его воздухом вводится через патрубок 8 в кольцевое пространство 9. Чистый воздух засасывается внутрь пневмоклассификатора через патрубок 6 и попадает в пространство 7 между корпусом 1 и воздухораспределительной решеткой 2 с лопастями 3. Частицы исходного продукта, попавшие в кольцевое пространство 9 между рабочим колесом 4 и воздухораспределительной решеткой 2, испытывают воздействие двух силовых факторов. С одной стороны, за счет движения по криволинейной траектории в кольцевом пространстве на частицу действует центробежная сила инерции, направленная в сторону воздухораспределительной решетки 2 и стремящаяся переместить частицу к решетке, с другой стороны, воздух, прошедший между лопастями 3 решетки из пространства 6, создает силу сопротивления частицы воздушному потоку, направленную в сторону рабочего колеса 4. В зависимости от соотношения силы инерции и сил сопротивления частица перемещается либо к воздухораспределительной решетке 2, либо к рабочему колесу 4. Более крупные частицы под преобладающим воздействием сил инерции отбрасываются на лопасти 3 воздухораспределительной решетки 2 и, скользя по ее поверхности, попадают вместе с несущим воздухом в зазор между заслонкой 15 и последней лопастью решетки. Далее они выводятся через патрубок 10 в циклон-разгрузитель (не показан), где отделяются от воздуха и выводятся как крупная фракция из циклона-разгрузителя через шлюзовой затвор (не показан). Мелкие частицы под преобладающим воздействием сил сопротивления воздушному потоку уносятся воздухом к рабочему колесу 4 и, пройдя между его радиальными лопатками 5, удаляются из пневмоклассификатора через патрубок 11 в циклон-разгрузитель, присоединенный к этому патрубку, где после отделения от несущего воздуха частицы в виде мелкой фракции продукта выводятся через шлюзовой затвор. Таким образом, исходный продукт тонкоизмельченного полидисперсного материала разделяется на две фракции, крупную и мелкую, отличающиеся размерами и аэродинамическими свойствами.
Вращающееся рабочее колесо 4 с радиальными лопатками 5 позволяет удлинить траекторию частиц в кольцевом пространстве между воздухораспределительной решеткой 2 и рабочим колесом 4, пролонгируя, таким образом, время обработки продукта в кольцевом пространстве 9 и, следовательно, повышая эффективность классификации продукта на две фракции. Причем для достижения наибольшего эффекта классификации производят регулирование частоты вращения рабочего колеса 4.
Эффективность пневмоклассификации оценивают как пределами (границами) разделения (сепарации), так и граничным размером частиц, устанавливаемым как основной параметр, в зависимости от соответствующих технологий, по требованиям которых производится классификация продукта на фракции по крупности частиц. Так, например, при измельчении из продуктов измельчения зерна пшеницы высокобелковой фракции таким граничным размером является значение δ=17 мкм.
В фракции с размерами менее δ=17 мкм преобладают частицы с большим содержанием растительного белка, в фракции с размерами более δ=17 мкм - с большим содержанием гранул крахмала.
Описанное выше выполнение пневмоклассификатора позволяет достичь повышения эффективности пневмокласснфикации продукта, которое обеспечивается лучшей организацией воздушных потоков внутри пространства пневмоклассификатора за счет лучшего распределения воздуха вдоль воздухораспределительной решетки и управления количеством и скоростью воздуха с помощью поворотных заслонок; достичь лучшего качества потоков воздуха, прошедших между лопастями воздухораспределительной решетки за счет уменьшения завихрений и срывов воздушного потока на концах лопастей; обеспечить управление скоростью воздуха, а следовательно, и частиц продукта внутри кольцевого пространства; регулировать концентрацию крупной и мелкой фракции продукта в воздушных потоках выходящих через патрубки, а также управлять соотношением количеств воздуха в этих потоках, что в свою очередь позволяет более точно выбрать типоразмер циклонов-разгрузителей для отделения полученных фракций продукта и снизить, таким образом, пылевые выбросы в атмосферу и потери полноценного продукта.
Источники информации
1. Максимчук О.И. Исследование и разработка способа получения высокобелковой пшеничной муки на мельницах, оборудованных пневматическим транспортом: Автореф. дис.… канд. техн. наук. - М., 1969.
2. Патент DE 10044104 С2, Германия, МПК 7 В07В 7/083.
3. Ушаков С.Г., Зверев И.И. Инерционная сепарация пыли. - М.: Энергия. 1974. - 169 с.