ЗАМКНУТЫЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР ЗЕРНОВЫХ СМЕСЕЙ
CLOSED PNEUMATIC SEPARATOR FOR GRAIN MIXTURES

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для очистки зерна и продуктов его переработки, а именно к воздушным сепараторам с замкнутым циклом воздушного потока, и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве, в мукомольно-элеваторной, крупяной и комбикормовой промышленности.
Известен замкнутый пневматический сепаратор зерновых смесей, включающий пневмосепарирующий канал с боковым загрузочным окном, выполненным на его внутренней стенке и имеющий в нижней части приспособление для вывода очищенного зерна, диаметральный вентилятор, всасывающий патрубок которого соединен с пневмосепарирующим каналом, воздухоподводящий канал, осадочную камеру с приспособлением для вывода легких примесей, сообщенную с выхлопным диффузором вентилятора через входное жалюзийное окно, расположенное в зоне его криволинейной стенки, и через перепускной канал, имеющий регулятор расхода воздуха, с нижней частью пневмосепарирующего канала [Пат. 2166384 Российская Федерация, МПК В07 В 4/00. Замкнутый пневматический сепаратор зерновых смесей / Болотов А.К., Сайтов В.Е.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Вятская государственная сельскохозяйственная академия». - №99124222/13; заявл. 15.11.1999; опубл. 10.05.2001. Бюл. № 13].
В данном сепараторе в результате исключения осадочной камеры из воздушного тракта основного генерируемого воздушного потока и уменьшения длины воздушного тракта достигается снижение металлоемкости и его аэродинамического сопротивления.
Недостатком пневматического сепаратора является то, что из-за различных стохастических явлений легкие примеси могут быть не полностью выловлены жалюзийным окном, расположенным в выхлопном диффузоре вентилятора, и поступать через воздухоподводящий канал в зону сепарации, а затем захватываться зернами очищенного продукта. Это обстоятельство ухудшает качество очистки зерновой смеси.
Кроме того, легкие примеси (пыль, мучка) с малыми скоростями витания не полностью осаждаются в осадочной камере из-за малых ее габаритов и выносятся через перепускной канал с воздушным потоком в пневмосепарирующий канал в зону пневмосепарации зернового материала, а затем захватываться зернами очищенного продукта. Это обстоятельство также ухудшает качество очистки зерновой смеси.
Низкий эффект очистки зерновой смеси данным сепаратором обуславливается также неорганизованным подводом воздушного потока (с не заданной или требуемой структурой) в зону сепарации.
Другим недостатком сепаратора является то, что при очистке зерновой смеси повышенной влажности, а также маслянистых культур, легкие примеси, проходящие через рабочее колесо диаметрального вентилятора, могут налипать на лопатках вентилятора, что влечет к утрате заложенных конструктивных параметров и ухудшению его работоспособности.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату к предлагаемому изобретению относится замкнутый пневматический сепаратор зерновых смесей, включающий пневмосепарирующий канал с боковым загрузочным окном, выполненным на его внутренней стенке и имеющий в нижней части приспособление для вывода очищенного зерна, диаметральный вентилятор, всасывающий патрубок которого соединен с пневмосепарирующим каналом, воздухоподводящий канал, осадочную камеру с приспособлением для вывода легких примесей, сообщенную с выхлопным диффузором вентилятора через входное жалюзийное окно, расположенное в зоне его криволинейной стенки, и через перепускной канал, имеющий регулятор расхода воздуха, с нижней частью пневмосепарирующего канала, причем воздухоподводящий канал через окно с регулировочной заслонкой сообщен с всасывающим патрубком диаметрального вентилятора и в месте сообщения с пневмосепарирующим каналом имеет направляющие плоскости, а во всасывающем патрубке диаметрального вентилятора установлен инерционный жалюзийный воздухоочиститель, образующий с внешней стенкой отводной канал, сообщающий верхний выход пневмосепарирующего канала с осадочной камерой [Пат. 68374 Российская Федерация, МПК В07В 4/00. Замкнутый пневматический сепаратор зерновых смесей / Сайтов В.Е., Бурков А.И., Григорьев Д.В., Глушков А.Л.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Вятская государственная сельскохозяйственная академия». - №2007125005/22; заявл. 02.07.07; опубл. 27.11.07, Бюл. № 33] - прототип.
Наличие направляющих пластин в воздухоподводящем канале обуславливает организованный подвод воздушного потока с оптимальной структурой в зону сепарации зерновой смеси. Это обстоятельство повышает качество сепарации зерновой смеси.
Размещение во всасывающем патрубке диаметрального вентилятора инерционного жалюзийного воздухоочистителя, образующего с внешней стенкой сепаратора отводной канал, сообщающий верхний выход пневмосепарирующего канала с осадочной камерой уменьшает расход металла на изготовление системы очистки воздуха и снижает ее сопротивление.
Однако инерционный жалюзийный воздухоочиститель не обеспечивает полную очистку воздуха от легких примесей. Это обусловлено тем, что воздушный поток, проходя через нижнюю ссуженную часть жалюзийной решетки инерционного воздухоочистителя, захватывает часть наиболее трудноотделимых частиц (пыль, мучку), которые далее поступают во всасывающий патрубок диаметрального вентилятора. Соответственно, при очистке зерновой смеси повышенной влажности, а также маслянистых культур, данные трудноотделимые легкие примеси, проходящие через рабочее колесо диаметрального вентилятора, могут налипать на лопатках вентилятора, что влечет к утрате заложенных конструктивных параметров и ухудшению его работоспособности.
Далее, как и в аналоге, легкие примеси могут быть не полностью выловлены жалюзийным окном, расположенным в выхлопном диффузоре вентилятора, и поступать через воздухоподводящий канал в зону сепарации, а также трудноосаждаемые легкие примеси (пыль, мучка) не полностью могут быть осаждены в малогабаритной осадочной камере, которые далее поступают через перепускной канал в нижнюю часть пневмосепарирующего канала в зону пневмосепарации зернового материала. Вследствие этого легкие примеси в пневмосепарирующем канале захватываются зернами очищенного материала. Это обстоятельство ухудшает качество очистки сепарируемого материала.
Кроме того, при сепарации зерновой смеси с высокой удельной подачей длина струи сплошного потока увеличивается, что приводит к сгруживанию зерновой смеси на стенке пневмосепарирующего канала, расположенной напротив питающего приспособления. Последнее не обеспечивает равномерной подачи зерновой смеси по глубине и высоте пневмосепарирующего канала. В связи с различной скважностью вводимой зерновой струи сопротивление ее неодинаково по глубине пневмосепарирующего канала, оно имеет наименьшую величину в центральной части и увеличивается по направлению к стенкам канала. В результате этого статическое давление воздушного потока у стенок перед зерновой струей возрастает, а в центральной части падает. Вследствие этого, согласно уравнению Бернулли, появляется градиент динамического давления, имеющий направление от стенок к центральной части канала. Соответственно, изменяется и скорость воздушного потока, которая получает максимальное значение в центральной части канала и уменьшается по направлению к его стенкам. Поэтому неравномерное распределение зерновой смеси и неравномерный спектр скоростей воздуха перед ней приводит к ухудшению качества очистки зерновой смеси.
Переток части воздуха из воздухоподводящего канала через окно с регулировочной заслонкой во всасывающий патрубок диаметрального вентилятора, минуя пневмосепарирующий канал и пропуск воздуха из осадочной камеры по перепускному каналу с регулировочной заслонкой в нижнюю часть пневмосепарирующего канала, не обеспечивает независимую и плавную регулировку скорости воздушного потока в пневмосепарирующем канале, усложняет в обслуживании и эксплуатации конструкцию замкнутого пневматического сепаратора.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что у известного замкнутого пневматического сепаратора зерновых смесей, включающего пневмосепарирующий канал с боковым загрузочным окном и имеющего в нижней части приспособление для вывода очищенного зерна, диаметральный вентилятор, всасывающий патрубок которого соединен с пневмосепарирующим каналом, воздухоподводящий канал, содержащий в месте сообщения с пневмосепарирующим каналом направляющие плоскости, осадочную камеру с приспособлением для вывода легких примесей, инерционный жалюзийный воздухоочиститель, установленный во всасывающем патрубке диаметрального вентилятора и образующий с внешней стенкой отводной канал, сообщающий верхний выход пневмосепарирующего канала с осадочной камерой, в стенке, противолежащей боковому загрузочному окну с бункером выполнен проем, сообщающий пневмосепарирующий канал с вертикальным инерционным каналом, имеющим в нижней части выпускное отверстие в пневмосепарирующий канал, оборудованное скатной плоскостью, оканчивающейся горизонтальным участком, а осадочная камера с установленным в ней пылеосадителем через отсасывающий канал с расширенным входным сечением сообщена с всасывающим патрубком диаметрального вентилятора, сообщающимся через перепускной канал выходом пневмосепарирующего канала с установленной на внутренней стенке регулировочной заслонкой, причем отводной канал в нижней части через окно сообщается с всасывающим патрубком диаметрального вентилятора в зоне наклонной стенки отсасывающего канала.
В результате анализа литературных источников не обнаружено идентичного выполнения предлагаемого устройства. При этом отличительные от прототипа признаки придают заявляемой совокупности новые свойства, проявляющиеся в положительном эффекте.
Применение бункера в пневматическом сепараторе обеспечивает при его заполнении зерновым материалом равномерное его распределение по ширине пневмосепарирующего канала при вводе через боковое загрузочное окно. Это обстоятельство необходимо для качественной очистки зерна от примесей.
Наличие проема в стенке, противолежащей боковому загрузочному окну, и сообщение пневмосепарирующего канала через данный проем с вертикальным инерционным каналом обеспечивает отвод сконцентрированного и сгруживаемого у данной стенки зернового материала. Вследствие этого по глубине пневмосепарирующего канала сохраняется равномерно разрыхленный зерновой поток, обусловливающий равномерное распределение скорости воздушного потока, а соответственно более высокий эффект очистки зерна.
Применение в нижней части вертикального инерционного канала впускного отверстия позволяет поступающую в него часть зернового материала направлять на повторную очистку в пневмосепарирующий канал. В результате повторного поступления части зернового материала в пневмосепарирующий канал противоположно вводимому основному его потоку достигается равномерное распределение по глубине канала зернового материала. Скорости воздушного потока, вследствие отмеченного, в пневмосепарирующем канале, распределяются равномерно, что приводит к повышению качества очистки зернового материала и снижению выноса полноценного зерна с легкими примесями в отходы.
Расположение у вертикального инерционного канала впускного отверстия в пневмосепарирующий канал ниже его бокового загрузочного окна обеспечивает разделение зернового материала на два потока, что уменьшает его толщину (плотность), способствует большему разрыхлению и снижению вероятности столкновения легких частиц и полновесного зерна. Данное обстоятельство обусловливает повышение эффективности очистки зернового материала, в особенности при высоких удельных нагрузках [Бурков А.И., Сычугов Н.П. Зерноочистительные машины. Конструкция, исследование, расчет и испытание. - Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2000. - С. 115].
Наличие во впускном отверстии вертикального инерционного канала скатной плоскости, оканчивающейся горизонтальным участком, улучшает расслаивание и взвешивание частиц зернового материала в ограниченном по размерам вертикальном пневмосепарирующем канале. Это условие пневмосепарации зернового материала повышает качество очистки зерна.
Установка регулировочной заслонки в выходе пневмосепарирующего канала на его внутренней стенке обусловливает плавную регулировку скорости воздушного потока в пневмосепарирующем канале, простую в обслуживании и эксплуатации конструкцию замкнутого пневматического сепаратора.
Сообщение всасывающего патрубка диаметрального вентилятора, через перепускной канал с выходом пневмосепарирующего канала с установленной на внутренней стенке регулировочной заслонкой обусловливает переток значительного количества основного воздушного потока, очищенного от легких примесей и движущихся концентрированно возле наружной стенки на выходе пневмосепарирующего канала, к вентилятору минуя инерционный жалюзийный воздухоочиститель, что обусловливает уменьшение сопротивления сети и снижение, соответственно, удельного расхода энергии на обработку зернового материала.
Сообщением отводного канала в нижней части через окно с всасывающим патрубком диаметрального вентилятора в зоне наклонной стенки отсасывающего канала обеспечивается осаждение вынесенных воздушным потоком через нижнюю ссуженную часть жалюзийной решетки инерционного воздухоочистителя трудноотделимых частиц (пыль, мучку) из-за потери скорости на расширенном участке всасывающего патрубка и поступление в отводной канал для транспортировки в малогабаритную осадочную камеру. Это обстоятельство обуславливает полное выделение легких примесей инерционным воздухоочистителем и повышение качества очистки зернового материала в результате поступления чистого воздуха от диаметрального вентилятора по воздухоподводящему каналу в зону сепарации зернового материала, а также повышение устойчивости работы диаметрального вентилятора при очистке зернового материала маслянистых и других культур любой влажности из-за исключения налипания данных примесей на лопатках вентилятора. Кроме того, такая компоновка инерционного жалюзийного воздухоочистителя уменьшает расход металла на изготовление системы очистки воздуха и снижает ее сопротивление.
Наличие в осадочной камере пылеосадителя обеспечивает за счет гравитационно-инерционных сил качественное осаждение в нем легких примесей, в том числе трудноотделимых частиц (пыль, мучку), влекущее в итоге повышение качества очистки зернового материала в результате исключения попадания данных примесей повторно в зону сепарации зернового материала.
Сообщением осадочной камеры с всасывающим патрубком диаметрального вентилятора через отсасывающий канал обеспечивается вывод очищенного воздуха во всасывающий патрубок диаметрального вентилятора для повторного использования в технологическом процессе очистки зернового материала. Применение отсасывающего канала с расширенным входным сечением исключает захват и транспортирование воздушным потоком из осадочной камеры даже трудноотделимых частиц (пыль, мучку).
В итоге, при работе предлагаемого устройства достигается положительный эффект, превосходящий эффект прототипа. Новая совокупность признаков заявляемого устройства, обеспечивающая получение положительного эффекта, обладает существенными отличиями.
На фигуре представлен продольно-вертикальный вид замкнутого пневматического сепаратора зерновых смесей, где стрелками показано движение потока сепарируемого материала, потока основного воздуха с легкими примесями, потока легких примесей, потока очищенного материала и очищенного воздушного потока.
Замкнутый пневматический сепаратор зерновых смесей состоит из диаметрального вентилятора 1, имеющего всасывающий патрубок 2 и выхлопной диффузор 3, соединенный с воздухоподводящим каналом 4, осадочной камеры 5 с приспособлением 6 для вывода легких примесей, пневмосепарирующего канала 7, в нижней части которого расположено приспособление 8 для вывода очищенного зерна. Воздухоподводящий канал 4 содержит в месте сообщения с пневмосепарирующим каналом 7 направляющие плоскости 9. На внешней стенке пневмосепарирующего канала 7 расположено загрузочное окно 10 с бункером 11. В стенке, противолежащей боковому загрузочному окну 10 выполнен проем 12 сообщающий пневмосепарирующий канал 7 с вертикальным инерционным каналом 13, имеющим в нижней части выпускное отверстие 14 в пневмосепарирующий канал 7, оборудованное скатной плоскостью 15, оканчивающейся горизонтальным участком. Пневмосепарирующий канал 7 верхним выходом сообщен с всасывающим патрубком 2 диаметрального вентилятора 1, в котором установлен инерционный воздухоочиститель 16, образующий с внешней стенкой пневмосепаратора отводной канал 17, сообщающий также верхний выход пневмосепарирующего канала 7 с осадочной камерой 5. Осадочная камера 5, в которой установлен пылеосадитель 18, сообщается также через отсасывающий канал 19 с расширенным входным сечением с всасывающим патрубком 2 диаметрального вентилятора 1. Всасывающий патрубок 2 диаметрального вентилятора 1 сообщается также через перепускной канал 20 с выходом пневмосепарирующего канала 7 с установленной на внутренней стенке регулировочной заслонкой 21. Отводной канал 17 в нижней части через окно 22 сообщен с всасывающим патрубком 2 диаметрального вентилятора 1 в зоне наклонной стенки отсасывающего канала 19.
Замкнутый пневматический сепаратор зерновых смесей работает следующим образом.
Исходный зерновой материал из бункера 11 через загрузочное окно 10 поступает в вертикальный пневмосепарирующий канал 7, где продувается восходящим воздушным потоком, нагнетаемым диаметральным вентилятором 1 по воздухоподводящему каналу 4, в результате которого выделяются легкие примеси. Часть полноценного зерна и легких примесей, движущихся по параболическим траекториям, близко расположенным к стенке, противолежащей загрузочному окну 10, поступают через проем 12 в инерционный канал 13, где под действием сил тяжести и инерции, разгоняясь, направляются через впускное отверстие 14 на повторную очистку в пневмосепарирующий канал 7 равномерно распределяясь в нем. При этом не удаленная ранее часть легких примесей из потока зернового материала выделяется воздушным потоком. Полноценные зерна исходного сепарируемого материала, имеющие скорость витания большую, чем скорость воздуха в пневмосепарирующем канале 7, падают вниз и приспособлением 8 выводятся из пневмосепаратора с замкнутым циклом воздушного потока (фракция очищенного материала). Частицы легких примесей, имеющие скорость витания меньшую, чем скорость воздуха, выносятся из пневмосепарирующего канала 7, и концентрированно двигаясь возле наружной стенки инерционного воздухоочистителя 16, уносятся по отводному каналу 17 в осадочную камеру 5 вместе с частью воздуха. Основной воздушный поток, очищенный от легких примесей, проходя через перепускной канал 20 и жалюзийную решетку инерционного воздухоочистителя 16, через всасывающий патрубок 2 поступает на колесо диаметрального вентилятора 1. Воздушный поток, проходя через нижнюю часть жалюзийной решетки инерционного воздухоочистителя 16, захватывает часть наиболее трудноотделимых частиц (пыль, мучку), которые на расширенном участке всасывающего патрубка 2 диаметрального вентилятора 1 в зоне наклонной стенки отсасывающего канала 19 из-за потери скорости выпадают и по окну 22 поступают в нижнюю часть отводного канала 17, а затем уносятся в осадочную камеру 5. В осадочной камере 5 легкие примеси за счет гравитационно-инерционных сил осаждаются и приспособлением 6 выводятся наружу (фракция отходов). Очищенный от легких примесей воздух из осадочной камеры 5 по отсасывающему каналу 19 с расширенным входным сечением поступает во всасывающий патрубок 2 диаметрального вентилятора 1. Очищенный воздушный поток от легких примесей из всасывающего патрубка 2 захватывается лопатками колеса диаметрального вентилятора 1, которым через выхлопной диффузор 3 нагнетается по воздухоподводящему каналу 4 снова в пневмосепарирующий канал 7 для последующего выполнения технологического процесса.
Скорость воздуха в проточной части пневматического сепаратора, а следовательно, в пневмосепарирующем канале 7 регулируется изменением проходного сечения верхнего выхода пневмосепарирующего канала 7 установкой в соответствующее положение регулировочной заслонки 21. Регулирование режима сепарирования может осуществляться также изменением частоты вращения диаметрального вентилятора 1. В этом случае регулировочная заслонка 21 находится в фиксированном положении.
Производительность пневматического сепаратора регулируется изменением удельной зерновой нагрузки через загрузочное окно 10 открыванием или закрыванием регулировочной заслонкой площади выпускного отверстия бункера 11.
Преимуществом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом является повышение качества очистки зернового материала, уменьшение удельной энергоемкости процесса пневмосепарации.