PARTICLES FROM THE AIR FLOW EFFICIENT SEPARATION DEVICE AND METHOD
УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ВЫДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ИЗ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА

Область техники
Изобретение относится к устройству и способу для выделения частиц из воздушного потока, например, для использования в устройствах сушки зерновых, масличных культур и/или других сыпучих материалов.
Уровень техники
Правильный режим хранения зерновых и масличных культур гарантирует качество зерна, то есть для обеспечения качества важна не только тщательная очистка и собственно хранение, но и оптимальный режим сушки.
Документ DE 3309518 А1 описывает сепаратор для выделения мелкозернистых частиц из газообразной среды, в котором поток среды отклоняется, а цилиндрический пластинчатый сепаратор установлен со смещением в цилиндре с тангенциально направленным впуском запыленного воздуха.
Документ DE 737374 А раскрывает центробежный сепаратор, через который поток запыленного газа проходит по пологой спирали, с выводом пыли по окружности и осевым выпуском очищенного газа в форме цилиндрической решетки.
К традиционным сыпучим осушаемым материалам относится, в частности, кукуруза, пшеница, рис и семя подсолнечника. Как правило, зерновые и масличные культуры просушиваются до уровня влажности хранения непосредственно после поступления на склад. Если материал поступает с полей, сушилки используются, например, также при погрузочно-разгрузочных работах. Основное назначение сушилки, помимо обеспечения лежкости, заключается в предотвращении ухудшения качества материалов во время последующей транспортировки. Кроме того, сушилки используются в обрабатывающих процессах, например, на маслозаводах выполняют просушивание масличных культур перед отжимом до степени, при которой остаточное содержание влаги в семенах будет оптимальным для соответствующей обработки. Кроме того, при производстве риса требуется просушивать рис после гидротермической обработки до оптимальной технологической или складской влажности.
В каждой отдельной области применения существует потребность в максимально бережной сушке с низким расходом энергии, а также эффективном удалении пыли из отработанного воздуха (воздушная сушка), отводимого из сушилки. При этом желательны высокоэффективные сепараторы, очищающие воздух для сушки путем осаждения частиц (например, волокон кукурузы) из воздушного потока в сепаратор перед возвратом очищенного таким образом воздуха в окружающую среду. Это позволяет снизить выброс пыли до значений, не превышающих предусмотренные законом ограничения.
Разумеется, простые фильтрующие системы непригодны для эффективного удаления частиц из воздуха для сушки вследствие возможной влажности используемого для сушки воздуха и обусловленного этим риска забивания фильтра и/или экономически нецелесообразны в случае большого расхода воздуха для сушки. Равным образом невыгодно использование сетчатых сепараторов, которые, как правило, способны удалять из воздушного потока только сравнительно крупные частицы.
Раскрытие сущности изобретения
Учитывая вышесказанное, необходимо разработать высокоэффективную систему пылеудаления, в частности, предназначенную для очистки воздуха для сушки, отводимого из сушильной установки для сыпучих материалов.
Поставленная задача решена признаками, раскрытыми в формуле изобретения.
Изобретение основано на концепции перенаправления очищаемого воздушного потока в центробежном сепараторе таким образом, чтобы первая часть частиц под действием центробежной силы перемещалась наружу, оставшаяся после этого вторая часть частиц отклонялась (повторно) пластинчатым элементом, отделяясь, тем самым, от воздушного потока под действием центробежной силы, а оставшаяся после этого третья часть частиц отделялась от остальной части воздушного потока сетчатым барабаном. Это позволяет реализовать высокоэффективную очистку воздушного потока, который, таким образом, можно выводить в окружающую среду.
В частности, изобретение относится к способу выделения частиц из воздушного потока, причем воздушный поток подают в центробежный сепаратор и отклоняют внутри него. При этом первая часть частиц движется под действием центробежной силы к наружной стенке центробежного сепаратора. Затем воздушный поток, очищенный в центробежном сепараторе от первой части частиц, проходит через наружную сторону пластинчатого элемента, расположенную напротив наружной стенки центробежного сепаратора. В результате вторая часть частиц осаждается из воздушного потока в пластинчатом элементе, в частности, за счет осуществляемого в нем (принудительного) отклонения потока. Воздушный поток, очищенный от первой и второй части частиц, проходит от внутренней стороны пластинчатого элемента через наружную сторону сетчатого барабана, причем третья часть частиц осаждается из воздушного потока на наружной стороне сетчатого барабана.
Таким образом, воздушный поток очищают от частиц в три этапа, что позволяет существенно снизить выброс пыли при отведении очищенного воздушного потока в окружающую среду.
Кроме того, изобретение относится к устройству для выделения частиц из воздушного потока, выполненному с возможностью отклонения поступающего воздушного потока. Устройство содержит пластинчатый элемент, сетчатый барабан, установленный с возможностью вращения, и всасывающий механизм, выполненный с возможностью всасывания частиц, находящихся на сетчатом барабане. Пластинчатый элемент и сетчатый барабан выполнены с возможностью осаждения частиц из проходящего через них воздушного потока. Кроме того, они расположены в устройстве таким образом, чтобы отклоненный воздушный поток поступал в сетчатый барабан через пластинчатый элемент.
При этом устройство выполнено с возможностью отклонения внутри него воздушного потока, например, с помощью изогнутого корпуса с соответствующим образом изогнутой / искривленной наружной стенкой или стенками, таким образом, чтобы уже в результате отклонения воздушного потока первая часть частиц могла быть выделена из воздушного потока под действием центробежной силы.
При этом пластинчатый элемент может располагаться напротив наружной стенки или стенок устройства таким образом, чтобы он находился в противоположном вектору центробежной силы направлении, что позволяет очищенному от первой части частиц воздушному потоку, по меньшей мере, частично проходить через пластинчатый элемент. Пластинчатый элемент выполнен с возможностью захвата или осаждения второй части частиц из воздушного потока, например, за счет повторного отклонения воздушного потока пластинками внутри пластинчатого элемента, вынуждающего частицы под действием силы тяжести и своей массы отделяться от отклоненного воздушного потока.
Сетчатый барабан выполнен с возможностью отделения третьей части частиц из воздушного потока за счет того, что воздушный поток проходит с внутренней стороны пластинчатого элемента через наружную сторону сетчатого барабана, задерживающую частицы. После этого воздушный поток, очищенный таким образом, можно отводить из внутренней части или внутренней стороны сетчатого барабана в окружающую среду.
В одном из вариантов осуществления пластинчатый элемент имеет цилиндрическую форму и расположен таким образом, чтобы воздушный поток проходил, в частности, извне цилиндра пластинчатого элемента, через обечайку цилиндра, в частности, вовнутрь цилиндра пластинчатого элемента.
В следующем варианте осуществления пластинчатый элемент и сетчатый барабан расположены концентрично и/или соосно, например, радиус (цилиндра) сетчатого барабана, соответственно, меньше радиуса (цилиндра) пластинчатого элемента. В пространстве между пластинчатым элементом и сетчатым барабаном частицы могут захватываться наружной стороной сетчатого барабана и, таким образом, отделяться от воздушного потока в качестве третьей части частиц.
В следующем варианте осуществления третья часть частиц всасывается с наружной стороны сетчатого барабана. Это позволяет предотвратить, например, накопление избыточного количества частиц между пластинчатым элементом и сетчатым барабаном и, следовательно, забивание этого промежутка, что может привести к ухудшению качества очистки воздушного потока и/или даже к отказу устройства. Всасывания третьей части частиц с наружной стороны сетчатого барабана выполняют, в частности, непрерывно во время процесса осаждения и/или с регулируемой периодичностью в течение определенного периода времени.
В следующем варианте осуществления сетчатый барабан имеет цилиндрическую форму (с радиусом и длиной цилиндра) и может содержать, в частности, проволочную сетку или металлическую ткань, способную задерживать частицы (пыли) из воздушного потока.
Всасывание частиц с наружной стороны сетчатого барабана можно производить, например, по оси длины сетчатого барабана, например, с помощью механизма всасывания, например, вытяжного рукава или консоли с длиной, равной длине сетчатого барабана. При этом по всей длине всасывающего механизма может быть выполнена одна или несколько соответствующих прорезей, предназначенных для всасывания частиц по оси длины сетчатого барабана. Всасывающий механизм в одном из вариантов осуществления фиксирован (например, установлен на устройстве) и остается неподвижным во время выполнения операции всасывания.
В следующем варианте осуществления сетчатый барабан вращается относительно пластинчатого элемента. Вращение сетчатого барабана, в частности, вокруг своей продольной оси позволяет особенно эффективно отделять частицы от воздушного потока и равномерно распределять отделенные частицы по внешней стороне сетчатого барабана, предотвращая преждевременное забивание промежутка. При этом направление вращения сетчатого барабана может соответствовать направлению отклонения воздушного потока или быть встречным ему.
Кроме того, вращение сетчатого барабана позволяет повысить эффективность всасывания из промежуточного пространства, в частности, при использовании стационарного механизма всасывания. Например, вытяжной рукав охватывает, как было описано выше, всю площадь поверхности сетчатого барабана, если сетчатый барабан вращается вокруг своей продольной оси. Во время процесса осаждения это позволяет очищать наружную поверхность сетчатого барабана от осажденных на нее частиц.
В следующем варианте осуществления приводной двигатель выполнен с возможностью приведения сетчатого барабана во вращение с заданной, в частности, предустановленной (перед выполнением процесса и/или во время него) регулируемой частотой. При этом частота вращения сетчатого барабана может составлять, например, от четверти оборота в минуту до десяти оборотов в минуту, в частности, от половины оборота до пяти оборотов в минуту, например, один оборот в минуту.
Воздух, отводимый с наружной стороны сетчатого барабана, можно, по меньшей мере, частично подавать обратно в устройство, в частности, в центробежный сепаратор. Это можно реализовать путем соединения всасывающего механизма с вентилятором, направляющим еще не очищенный воздух в устройство, в частности, центробежный сепаратор. Разрежение, создаваемое вентилятором на всасывающем механизме, позволяет всасывать осажденные на наружную сторону сетчатого барабана частицы и подавать их в еще не очищенный воздушный поток, который затем направляется вентилятором в устройство, в частности, центробежный сепаратор. Такая циркуляция позволяет наиболее эффективно очищать воздушный поток.
В следующем варианте осуществления устройство содержит первичный сепаратор и вторичный сепаратор, причем первичный сепаратор представляет собой центробежный сепаратор с изогнутым корпусом для воздушного потока и содержит пластинчатый элемент и сетчатый барабан. Вторичный сепаратор соединен с изогнутым корпусом первичного сепаратора таким образом, чтобы часть отклоненного воздушного потока, в частности, содержащая первую часть частиц, поступала из первичного сепаратора во вторичный сепаратор и повторно отклонялась там, например, для дополнительного улучшения результата осаждения и пылеудаления. При этом направление отклонения во вторичном сепараторе может быть, в частности, противоположным направлению отклонения в первичном сепараторе. Использование вторичного сепаратора может быть выгодно тем, что при установке вторичного сепаратора на отверстие в наружной стенке устройства или в изогнутом корпусе первичного сепаратора большинство частиц первой части будет попадать с воздушным потоком через отделяющую кромку во вторичный сепаратор и, тем самым, будет отделено от воздушного потока и, в частности, собрано вторичным сепаратором. При этом вторичный сепаратор может быть выполнен в виде (дополнительного) центробежного сепаратора.
Кроме того, изобретение относится к системе обработки зерновых культур, масличных культур и/или других сыпучих материалов. Система содержит сушильную установку для воздушной сушки сыпучих материалов и устройство, описанное выше в целом и/или в вариантах осуществления и/или с определенными признаками. Система выполнена с возможностью направления воздуха из сушильной установки после сушки сыпучих материалов в устройство в виде воздушного потока с содержанием частиц с последующей очисткой этого потока, например, вышеописанным способом.
В следующем варианте осуществления сушильная установка содержит вытяжной вентилятор, выполненный с возможностью отведения отработанного (сушильного) воздуха из сушильной установки в окружающую среду. Этот вытяжной вентилятор может быть расположен в системе таким образом, чтобы он направлял отработанный воздух в виде содержащего частицы воздушного потока на устройство, в частности, центробежный сепаратор, и, в частности, имел характеристики и/или функции вышеописанного вентилятора. Возможен вариант, в котором всасывающий механизм на наружной стороне сетчатого барабана будет соединен с вытяжным вентилятором таким образом, чтобы всосанные частицы смешивались с подлежащим очистке отработанным воздухом из сушильной установки, который затем вместе с всосанными частицами поступает в виде очищаемого воздушного потока в устройство, в частности, центробежный сепаратор. Это позволяет объединить сушильную установку с высокоэффективной системой пылеудаления.
В следующем варианте осуществления вентилятор и/или вытяжной вентилятор работает с мощностью более 20 кВт, в частности, более 40 кВт, предпочтительно, более 70 кВт, например, 75 кВт. Например, вентилятор и/или вытяжной вентилятор может работать с мощностью от 30 кВт до 110 кВт.
В следующем варианте осуществления устройство согласно изобретению и/или вышеописанная система подходит для осуществления описываемого изобретением способа при расходе воздуха более 200 м3/мин, в частности, более 500 м3/мин, предпочтительно, более 1000 м3/мин или более 1500 м3/мин, например, 1800 м3/мин. Например, устройство согласно изобретению и/или вышеописанная система может подходить для осуществления описываемого изобретением способа при расходе воздуха от 200 м3/мин до 2300 м3/мин.
В следующем варианте осуществления сетка сетчатого барабана имеет ячею размером более 0,8 мм, в частности более 1,0 мм, предпочтительно, более 1,3 мм, например 1,4 мм. Например, устройство может не подходить для фильтрации мелкой пыли из воздуха, например, для возврата очищенного от мелкой пыли воздуха в очищающую машину, включенную перед устройством.
Раскрытая концепция, лежащая в основе настоящего изобретения и заключающая в интеграции сетчатого барабана в пластинчатый элемент центробежного сепаратора, выгодна, в том числе, потому, что для дополнительного пылеудаления не требуется дополнительное монтажное пространство. Это позволяет обеспечить эффективное удаление пыли с уменьшением выброса пыли ниже предельно допустимых концентраций.
Краткое описание чертежей
Пояснения к изобретению приведены ниже со ссылкой на фигуры, раскрывающие определенные варианты осуществления изобретения. На фигурах изображено:
Фигура 1: схематичное изображение системы, состоящей из сушильной установки и устройства для выделения частиц из воздушного потока.
Фигура 2: схематичное изображение устройства для выделения частиц из воздушного потока.
Фигура 3: детализированное изображение устройства для выделения частиц из воздушного потока, например, детализированное изображение устройства, показанного на фигуре 2.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 изображена система 1 с сушильной установкой 2 и устройством 3 для выделения частиц из воздушного потока 231. Сушильная установка 2 содержит приточный модуль 21, вытяжной модуль 23 и сушильный модуль 22, расположенный между приточным модулем 21 и вытяжным модулем 23. Сыпучий материал можно подавать в сушильный модуль 22 через контейнер 221 для осушения в сушильном модуле 22 (горячим) воздухом. Нагретый приточный воздух 211 направляют в приточном модуле 21 на материал в сушильном модуле 22 в направлении, показанном стрелками. Отработанный воздух 231 из сушильного модуля 22 направляют через вытяжной модуль 23 в устройство 3 и очищают в нем. После этого чистый отработанный воздух 232 направляют из устройства 3 через вытяжной модуль 23 в окружающую среду.
На фигурах 2(А)-2(С) изображено устройство 3 для выделения частиц из воздушного потока в различных видах. Детализированное изображение этого устройства 3 также приведено на фигуре 3. На фигуре 2(A) (а также на фигуре 3) изображен разрез, например, вдоль линии А-А на фигуре 2(B); здесь показано, как отработанный воздух 231 в виде очищаемого воздушного потока поступает в центробежный сепаратор 31 (первичный сепаратор) или изогнутый корпус, где отклоняется, соответственно, таким образом, чтобы первая часть частиц из воздушного потока попадала под действием центробежной силы на наружную стенку 311 устройства 3 или центробежного сепаратора 31. Остальной воздушный поток направляют на наружную сторону пластинчатого элемента 312, противоположную наружной стенке 311, благодаря чему вторая часть частиц отделяется от воздушного потока в пластинчатом элементе 312. В частности, пластинчатый элемент отклоняет воздушный поток, например, примерно на 180°. При этом частицы, например, волокна кукурузы, могут ускоряться в направлении наружу под действием центробежной силы и, тем самым, осаждаться. От внутренней стороны пластинчатого элемента 312 воздушный поток направляют на наружную сторону сетчатого барабана 313 (например, с сеткой), на которой оседает третья часть частиц из воздушного потока. После этого очищенный таким образом воздушный поток направляют от внутренней стороны (или изнутри) сетчатого барабана 313 в виде очищенного отработанного воздуха 232 (см. фиг. 1) в окружающую среду.
При этом сетчатый барабан 313, в частности, установлен с возможностью вращения и вращается, например, в направлении, совпадающем с направлением отклонения воздушного потока 231 (см. стрелку а на сетчатом барабане 313), то есть в направлении потока в центробежном сепараторе 31.
Первая часть частиц, перемещающихся под действием центробежной силы наружу к наружной стенке 311, может быть направлена, например, через отделяющую кромку 321 в отверстии наружной стенки 311 первичного сепаратора 31 на вторичный сепаратор 32 (например, тоже центробежный сепаратор). Во вторичном сепараторе направление отклонения воздушного потока (обозначенное стрелкой b) может быть противоположно направлению отклонения в первичном сепараторе 31. Вторичный сепаратор 32 служит, например, для эффективного сбора первой части частиц и вывода этих частиц из устройства 3.
Частицы, осевшие на наружной стороне сетчатого барабана 313, можно удалять всасывающим механизмом 315 (см. фиг 2(B) и/или фиг. 3), чтобы предотвратить забивание пространства между пластинчатым элементом 312 и сетчатым барабаном 313. В целях повышения наглядности всасывающий механизм не показан на фигуре 2(A). Всасывающий механизм 315 может быть выполнен, например, в виде вытяжного рукава или консоли, показанного на сечении (фиг.2(C)), выполненном вдоль линии В-В на фиг. 2(A) и/или на фиг. 3, и соединяющего пространство между пластинчатым элементом 312 и сетчатым барабаном 313 с вытяжным модулем 23 (см. фиг. 1). Так как сетчатый барабан 313 выполнен с возможностью вращения, всасывающий механизм можно установить в устройстве 3 стационарно, не перемещая его во время процесса осаждения. В частности, устройство 3 может быть выполнено таким образом, чтобы всасывающий механизм 315 можно было установить с возможностью фиксации в любом угловом положении в окружном направлении сетчатого барабана, например, чтобы вытяжной рукав мог находиться в любой точке наружной стороны цилиндрической обечайки сетчатого барабана (например, параллельно или под углом к оси цилиндра сетчатого барабана). С помощью вытяжного вентилятора 234, расположенного в вытяжном модуле 23 и/или на нем и предназначенного для всасывания отработанного воздуха из сушильного модуля 22 и подачи отработанного воздуха 231 в устройство 3, может всасывать третью часть частиц из промежутка с помощью всасывающего механизма 315. После этого частицы 233 (см. фиг. 1) поступают в вытяжной модуль 23 и, тем самым, возвращаются в виде отработанного воздуха 231 или вместе с отработанным воздухом 231 в устройство 3. Это позволяет эффективно очищать отработанный воздух 231, отводимый из сушильного модуля 22.
Кроме того, устройство 3 может содержать приводной двигатель 314, например, электродвигатель, приводящий сетчатый барабан 313 во вращение вокруг его продольной оси (см. фиг. 2(B) и 2(C)). При вращении сетчатого барабана 313 относительно пластинчатого элемента 312 всасывающий механизм 315 охватывает всю площадь наружной стороны сетчатого барабана 313, что позволяет гарантированно удалить осевшие на ней частицы. Таким образом, всасывающий механизм 315 можно установить в устройстве 3 стационарно, не перемещая его во время процесса осаждения.
В соответствии с вышеописанными вариантами осуществления изобретения предложено устройство, система и способ, позволяющие с высокой эффективностью удалять частицы из воздушного потока. При этом в основе изобретения лежит концепция, согласно которой при использовании центробежного сепаратора с встроенным пластинчатым элементом в пластинчатый элемент встроен сетчатый барабан, установленный, в частности, с возможностью вращения.
Предложенное изобретение позволяет, например, повысить уровень пылеудаления, в результате чего станет возможным снизить уровень выброса пыли ниже предписанных предельно допустимых концентраций, не допуская прилипания, часто возникающего в противном случае при влажном отработанном воздухе.