ПНЕВМОСЕПАРАТОР С ПОВОРОТНЫМИ БАРЬЕРАМИ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЗЕРНА И ДРУГИХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ВОСХОДЯЩИМ ВОЗДУШНЫМ ПОТОКОМ
AIR SEPARATOR WITH ROTARY BARRIERS FOR UPFLOW SEPARATION OF CEREALS AND OTHER LOOSE MATERIALS

Изобретение относится к технике для разделения зерна и других сыпучих материалов воздушным потоком и может найти применение при очистке зерна и семян в сельском хозяйстве и продуктов переработки зерна в мукомольно-крупяной и комбикормовой промышленности, других отраслях.
Известен семеочиститель с каналом для сепарации зерна восходящим воздушным потоком, образованный передней, задней и боковыми стенками. Для ввода исходного материала в канал в передней стенке имеется загрузочное окно, а для вывода из канала тяжелой фракции используется открытая нижняя часть самого канала. Для аккумуляции легких примесей - частиц (пыль), взвешенных в воздухе, имеется пылесборник (Семеочиститель СВУ-5, М.С.Кулагин и др. Механизация послеуборочной обработки и хранения зерна и семян. М.: Колос, 1979, с.35).
При эксплуатации со временем наблюдается ухудшение качества воздушной очистки вследствие уменьшения скорости воздушного потока, обусловленное чрезмерным засорением пылесборника легкими примесями. В связи с этим для сохранения стабильного воздушной потока, оператором необходимо часто отслеживать состояния пылесборника.
Исследования работы такого канала показали, что скорость воздуха в канале вблизи передней стенки, где вводится зерновой материал, недостаточно высока для эффективного выноса легких частиц из-за большого сопротивления сравнительно плотного зернового потока, в то время как у противоположной стенки, где зерновая струя уже распределилась по высоте в легко продуваемый поток, скорость воздуха слишком высока, что приводит к выносу повышенного количества полноценного зерна вместе с легким компонентом (А.Я.Малис и А.Р.Демидов. Машины для очистки зерна воздушным потоком. М.: Машгиз, 1962, с.30-56, фиг.17, 29-30).
В связи с этим производительность семяочистительной машины увеличивают в основном за счет ширины канала, увеличением габаритов и частой очисткой пылесборника, чем обуславливаются большие габариты машин, сложность равномерной загрузки по ширине канала, снижение эффективности разделения зернового материала в сравнении с машинами меньшей производительности и чрезмерным засорением пылесборника легкими примесями.
В применяемых до настоящего времени производственных семяочистительных машинах ширина канала, как правило, многократно превосходит его глубину.
Применяются фильтры элементы, пылесборники большими габаритами и частым засорением легкими примесями, что обуславливает интенсивный износ и снижение надежности отдельных частей фильтрующих элементов.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявленному изобретению является выбранная зерноочистительная пневмосортировальная машина с каналом для сепарации зерна восходящим воздушным потоком (Очистительная пневмосортировальная машина ПСМ-5, В.Ф.Федоренко и Е.Л.Ревякин. Зерноочистка - состояние и перспективы. М.: ФГНУ "Росинформагротех", 2006, с.204).
Машина состоит из пневмосортировального канала, образованного передней, задней и боковыми стенками, поддерживающей сетки, установленной с наклоном от передней стенки к задней, бункера приемного, устройства для регулировки подачи материала с окна для приема исходного и вывода обработанного зернового материала - выгрузное устройство очищенного материала, осадочной камеры фуражного зерна, механизма для регулировки воздушного потока, вентилятора и рамы вентилятора.
Для обеспечения безопасности эксплуатации машины на выходе вентилятора устанавливаются фильтрующая система - фильтрующие элементы (мешковина), аккумулирующие легкие примеси.
Фильтрующая система состоит из корпуса фильтра, фильтрующего элемента, находящегося в вертикальном положений и в весящем состоянии закрепленного к основанию корпуса фильтра хомутом.
Требуемая степень равномерности распределения скорости воздушного потока по глубине канала и соответствующая ей повышенная эффективность разделения зернового материала в канале обеспечиваются путем стабилизации плотности обрабатываемого зернового потока по глубине канала применением барьеров.
Применение сетки в канале улучшает процесс сепарации, обеспечивает некоторое повышение эффективности разделения зернового материала за счет того, что сетка, обладая сопротивлением воздушному потоку, способствует определенному выравниванию его скорости по глубине канала.
Требуемые санитарно-гигиенические условия работы оператора (запыленность) обеспечиваются фильтр-элементами, выполняющими аккумуляцию и предотвращающими выброс в атмосферу легких примесей.
Недостатком такой зерноочистительной машины является низкая надежность фильтрующих элементов (мешковины), трудоемкость обслуживания и необходимость регулярного контроля за засоренностью фильтр-элемента.
Оперативная трудоемкость ежесменного технического обслуживания составило 0,10, чел.ч. Удельная суммарная оперативная трудоемкость технического обслуживания 0,03 чел./ч.
Исследования работы такого канала показали, что поддерживающая сетка в канале улучшает процесс сепарации, однако, при эксплуатации на зернотоках наблюдается ее засорение инородными примесями. Снижается эффективность разделения зернового материала до 70% за счет того, что в сетке запирается полезная площадь, что способствует дестабилизации распределения скорости воздушного потока по глубине канала.
В ходе эксплуатационного исследования зерноочистительной машины, установлено, что процесс накопления фильтрующих элементов сопровождается деструктивным распределением скоростей витания компонентов зерновой смеси в восходящем воздушном потоке. В результате этого при 100% выделении овса потери ячменя могут составлять до 87,63%, а эффективность сепарирования по мере накопления в мешковине может составить не более 23,22%. Максимальная эффективность разделения при такой закономерности составляет не более 31,68%, при потерях ячменя 31% и полноте выделения овса 90,4%.
Полученные данные по распределению скоростей витания компонентов зерновой смеси в восходящем воздушном потоке, при которых наблюдаются нарушения технологических процессов в зерноочистительной машине при обработки зерновых культур, позволяет более правильно подобрать конструкцию системы фильтрации и средство защиты поддерживающей сетки от забивания внешними примесями при всасывании воздухом.
Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании такого пневмосепаратора, который учитывал бы деструкцию распределения скоростей витания компонентов зерновой смеси, вызванную нарушением пропускной способности поддерживающей сетки и чрезмерным накоплением в фильтре-элементе инородных примесей, и исключал бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается:
- в сохранении эффективности процесса разделения зернового материала при длительной эксплуатации пневмосепаратора на зернотоках;
- в защите поддерживающей сетки от внешних примесей за счет установки под ней прямоугольной формы, дополнительной защитной сетки с размером ячейки в просвете сетки 2х2 мм, общей площадью в два раза большей поддерживающей сетки;
- исключении чрезмерного накопления в фильтре-элементе примесей за счет установки в фильтре-элементе накопителя с саморегулирующим клапаном выгрузки примесей.
Указанный технический результат достигается в пневмосепараторе, содержащем поворотные барьеры, канал для сепарации зерна с восходящим воздушным потоком, образованный передней, задней и боковыми стенками, и содержащем установленную с наклоном от передней стенки к задней поддерживающую сетку и окна для приема исходного и вывода обрабатываемого зернового материала, при этом поперек боковых стенок над поддерживающей сеткой установлены с изменяемым зазором поворотный барьеры, а под поддерживающей сеткой установлена защитная сетка, общая площадь Ω которой больше общей площади S поддерживающей сетки и удовлетворяет неравенству 2Ω>S, причем пропускная способность сеток восходящему потоку воздуха связана с размером ячейки в просвете сетки и удовлетворяет неравенству f·h>j·k, где
f - ширина ячейки в просвете защитной сетки;
h - высота ячейки в просвете защитной сетки;
j - ширина ячейки в просвете поддерживающей сетки;
k - высота ячейки в просвете поддерживающей сетки.
Пневмосепаратор дополнительно содержит фильтр, закрепленный к выходящему окну вентилятора и к корпусу которого прикреплен накопитель с саморегулирующим клапаном выгрузки примесей, который открывается под действием силы тяжести содержимого в накопителе массы. То есть аккумуляция и вынос из пневмосепаратора легких взвешенных в воздухе частиц осуществляется при помощи накопителя с саморегулирующим клапаном выгрузки примесей.
Сохранить стабильное распределение скоростей витания компонентов зерновой смеси в восходящем воздушном потоке при длительной эксплуатации удалось путем размещения перед поддерживающей сеткой защитной сетки и установки накопителя с саморегулирующим клапаном выгрузки примесей.
При эксплуатационном исследовании разделяли зерновую смесь массой 13 кг и влажностью 12,8%, состоящую из зерен ячменя (основной материал) со средней массой 1000 зерен 44,62 г и овса (примесь) в количестве 12866 шт. со средней массой 1000 зерен 35,14 г.
В результате при 100% выделении овса потери ячменя составило 25,4%, а эффективность сепарирования сохранилось на отметке 79,7%. Максимальная эффективность разделения составило 68,8% при потерях ячменя 12% и полноте выделения овса 98,8%.
Сохранение при длительной эксплуатации в стабильном состояний плотности обрабатываемого в канале зернового потока, входящего в канал через приемное окно и взвешенного восходящим воздушным потоком, достигается тем, что легкие примеси находящихся в окружающей среде над поддерживающей сеткой всасываются и налипают на поверхность защитной сетки, сохраняя неизменным пропускную способность поддерживающей сетки. Так как суммарная площадь защитной сетки в два раза больше суммарной площади поддерживающей сетки, даже при значительном прикрытии некоторой части площади защитной сетки, сохраняется баланс между входящим и выходящим из зерноочистителя воздухом.
Установкой защитной сетки и накопителя с саморегулирующим клапаном выгрузки примесей обеспечивается требуемая стабильность плотности обрабатываемого зернового потока по всей глубине канала в течение длительной эксплуатации зерноочистителя, что является главным условием равномерного поля скоростей воздушного потока и, следовательно, высокой эффективности процесса разделения зернового материала.
Эффективность работы зерноочистителя, устойчивость показателей качества процесса сепарации на протяжении длительного эксплуатирования, надежность технологического процесса обеспечиваются рациональными соотношениями, связывающими основные параметры защитной сетки и накопителя с саморегулирующим клапаном.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена технологическая схема пневмосепаратора с поворотными барьерами; на фиг.2 - общий вид пневмосепаратора с поворотными барьерами (вид спереди); на фиг.3 - общий вид пневмосепаратора с поворотными барьерами (вид справа); на фиг.4 - вид сбоку накопителя с саморегулирующим клапаном выгрузки примесей; на фиг.5 - вид спереди накопителя с саморегулирующим клапаном выгрузки примесей; на фиг.6 - вид А по фиг.5; на фиг.7 - вид сверху накопителя с саморегулирующим клапаном выгрузки примесей.
В корпусе пневмосепаратора имеется канал для сепарации зерна восходящим воздушным потоком, образованный передней 1, задней 2 и боковыми 3 и 4 стенками, и содержит поддерживающую сетку 5 для поддерживания сепарируемого материала, загрузочный бункер 6 и окно 7 для ввода исходного материала в канал, выполненное в передней стенке 1 над сеткой 5, и выгрузной бункер 8 с окном 9 для вывода тяжелой фракции из канала у противоположной задней стенки 2. Над сеткой 5 поперек боковых стенок 3 и 4 установлены поворотные барьеры 10.
Под сеткой 5 установлена защитная сетка 11, выполненная из стальных прутиков диаметром в три раза меньше ширины ячейки просвета.
Отделяемый материал (фуражный материал - трудноотделимые примеси) аккумулируется в выгрузное средство 12, где под действием массы накопленного зерна открывается саморегулирующий клапан 13, за счет чего происходит вывод наружу массы накопленного зерна.
Мелкие, взвешенные в воздухе частицы (пыль и т.п.) всасываются радиальным вентилятором 14 и аккумулируется в фильтре-элементе (не показано), закрепленном хомутом к корпусу фильтра с одной стороны (вверху), а с другой - хомутом накопителя с саморегулирующим клапаном выгрузки примесей (не показано).
Поворотный барьер 10 прикреплен к боковым стенкам 3 и 4 канала при помощи стержня 15, проходящего по центру поворотного барьера 10. Регулирование угла поворота поворотного барьера 10 осуществляется рукояткой 16.
Поворотные барьеры 10 устанавливаются над сеткой 5 с зазором, достаточным для прохода по наклонной сетке 5 обрабатываемого зернового материала.
Регулирование количества подаваемого зернового материала осуществляется рукояткой 17.
Регулирование давлением восходящего воздушного потока в канале пневмосепаратора осуществляется рукояткой 18.
Накопитель с саморегулирующим клапаном выгрузки примесей состоит из защелки 19, крышки 20, пластины нижней 21, стенки боковой 22, дуги 23, пластины передней 24, кольца 25, кольца верхнего 26, пластины верхней 27, ушка крепления 28, крюка 29, ушка 30, прута калибровочного 31 диаметром 6 мм, длиной 260 мм, стенки проволочной тканной (d=1,2 мм) с квадратными ячейками нормальной точности №2.
Рабочий процесс осуществляется следующим образом.
Исходный зерновой материал, состоящий из зерна и подлежащий выделению более легкой, чем зерно, примеси, через загрузочное бункер 6 и окно 7 подается в канал, где подвергается воздействию восходящего воздушного потока, нагнетаемого снизу канала через защитную 11 и поддерживающую 5 сетки или отсасываемого сверху его каким-либо генератором воздушного потока (радиальный вентилятор). В результате воздействия восходящего воздушного потока зерновой материал приобретает состояние кипящего слоя и движется от передней стенки 1 к задней 2, расслаиваясь на фракции. Частицы легкой фракции (примесь) всплывают в верхние слои зернового потока, а более тяжелые частицы (основное зерно) остаются в нижних слоях потока обрабатываемого материала над поддерживающей сеткой 5, касаясь ее в той или иной степени в зависимости от скорости воздушного потока.
При встрече такого веерообразного потока зернового материала с первым поворотным барьером 10 его нижние слои, состоящие преимущественно из зерна, прекращают движение к задней стенке 2, опускаются вниз слоем на сетку 5, где возобновляется процесс дальнейшего выделения легких частиц. Верхний слой, состоящий из 35% зерна, перед ударом направлен под углом 90° к общей касательной, проведенной к ударяющимся телам в точке удара. Этот зерновой поток, опустившись на сетку 5, создает более высокое, чем веерообразный, сопротивление воздушному потоку, проходящему через него на участке между первым и вторым поворотными барьерами 10, тем самым снижая скорость воздушного потока, приближая ее к уровню как на участке сетки 5 между передней стенкой и первым поворотным барьером 10.
Другая часть зернового материала, расположенная в более высоких и менее плотных уровнях зернового потока и содержащая большее количество легких частиц, плавно, без травмирований, отражается от поверхности поворотного барьера, после чего зерновки опускаются на зерновой поток, а легкие трудноотделимые примеси поднимаются воздушным потоком и накапливаются в выгрузном бункере фуражного зерна, легкие взвешенные частицы выносятся из канала через верхний выход в фильтр-элемент и накапливаются в накопителе с саморегулирующим клапаном.
Еще одна часть потока обрабатываемого материала, движущаяся выше поворотного барьера 10, продолжает движение в воздушном потоке вверх к выходу и к задней 2 стенке канала. В этой части потока содержатся преимущественно легкие частицы.
На участке канала между первым и вторым поворотными барьерами 10 процесс сепарации материала, поступившего на поддерживающею сетку 5 в зазор между поддерживающей сеткой и первым барьером, осуществляется аналогично тому, как на участке между передней 1 стенкой и указанным поворотным барьером 10.
Второй поворотный барьер 10, так же как и первый, осаживает на поддерживающею сетку 5 основную часть зернового потока слоем, повышая его сопротивление воздушному потоку и стабилизируя его скорость на конечном участке канала между вторым поворотным барьером 10 и задней стенкой 2.
В результате создания благоприятных условий по скорости воздушного потока по всей глубине пневмосепарирующего канала с поворотными барьерами осуществляется равномерное распределение скоростей витания компонентов зерновой смеси в восходящем воздушном потоке в течение длительного времени эксплуатации (защитная сетка) и сохраняется стабильность очистки по мере накопления в накопителе с саморегулирующим клапаном.
Предлагаемое устройство позволяет уменьшить влияние внешних факторов (засорение поддерживающей сетки чужеродным частицами и чрезмерное засорение фильтр-элемента легкими примесями) на равномерность распределения скоростей витания компонентов зерновой смеси в восходящем воздушном потоке в течение длительного времени эксплуатации и повысить получение биологически ценных семян сельскохозяйственных культур.