СПОСОБ СЕПАРАЦИИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ И СЕПАРАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR SEPARATION OF BULK MATERIALS AND A SEPARATOR FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к техническим средствам сепарации сыпучих материалов и может применяться в сельском хозяйстве, зерноперерабатывающей, деревообрабатывающей, химической, горнообогатительной и других отраслях промышленности.
Известен способ сепарации семян, реализованный пневморешетным устройством по патенту РФ 2274501 С2 МПК В07В 4/06, опубликовано 20.04.2006, Бюл. 11. Способ включает подачу семенного вороха в наклонный цилиндр, продуваемый воздушным потоком, подачу вороха вращающимися разбрасывающими лопатками в воздушный поток, выделение легких примесей в воздушном потоке, перемещение вороха в цилиндрическое решето, выделение семян на решете. При этом разбрасывающие лопатки установлены на внутренней поверхности цилиндра и вращаются вместе с цилиндром, решето жестко связано с цилиндром и вращается вместе с ним, наклонный воздушный поток ограничен корпусом цилиндра. Недостатком известного способа и реализующего его пневморешетного устройства является низкая эффективность выделения легких примесей. Это обусловлено тем, что в наклонном воздушном потоке четкость выделения легких примесей низкая из-за кратковременности действия потока и, кроме того, ворох, находящийся на решете, не обрабатывается воздушным потоком и часть легких примесей остается в очищенных семенах.
Прототипом заявленного способа является наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности способ сепарации сыпучих материалов, осуществляемый при работе сортировки для измельченных древесных материалов (SU 1699656, МПК В07В 1/24, опубликовано 23.12.1991, бюл. 47). Способ-прототип включает подачу сепарируемого исходного материала во вращающееся цилиндрическое решето, перемещение материала по решету под действием вращения и наклона решета, выделение мелкой фракции из исходного материала сквозь отверстия решета, подачу находящегося на решете материала вращающимися лопатками в воздушный поток, выделение воздушным потоком легкой фракции из этого материала, вывод выделенных фракций. При этом воздушный поток формирован внутри цилиндра решета и направлен радиально от периметра цилиндра к его центру.
Прототипом заявленного сепаратора сыпучих материалов, то есть второго изобретения группы является указанная выше сортировка для измельченных древесных материалов (далее сортировка) осуществляющая рассмотренный способ-прототип (источник информации тот же). Сортировка содержит загрузочное устройство, вращающееся цилиндрическое решето, установленный внутри решета вал, воздушный канал ограниченный цилиндром решета и валом, установленные на валу лопатки, регулировочное устройство для регулировки положения лопаток относительно поверхности решета. При этом цилиндрическое решето и вал с лопатками вращаются в одну сторону.
Способ и устройство реализуются следующим образом. Исходный материал, содержащий кроме кондиционной части легкую и мелкую некондиционные фракции поступает во вращающееся цилиндрическое решето и перемещается по решету под воздействием вращения и наклона решета, при этом частицы материала, размер которых меньше размера отверстий, проходят сквозь решето. Остающийся на решете материал захватывается вращающимися лопатками и подается в воздушный поток организованный внутри цилиндра решета и направленный радиально от периметра цилиндра решета к его центру. Поток воздуха, проходящий сквозь не занятые материалом отверстия решета к центру цилиндра, продувает подброшенный лопатками материал, захватывает частицы легкой фракции и выводит их за пределы решета. За время прохождения материала по решету процесс повторяется несколько раз. Очищенный материал сходит с решета и выводится из сепаратора.
Недостатки указанных прототипов - способа и сортировки следующие. Во-первых, несмотря на многократность повторения процесса продувки материала воздухом, эффективность выделения легкой фракции низкая. Это обусловлено небольшой протяженностью радиального потока, так как его размеры ограничены диаметром цилиндра решета и, вследствие этого, воздействие радиального потока воздуха на материал кратковременное, легкие частицы не успевают выделиться из подброшенного лопатками материала. Кроме того. слой материала, находящийся между поверхностью цилиндра и лопатками, не захватывается лопатками и не подвергается воздействию воздуха, поэтому в сходящем с решета обработанном материале находится большое количество невыделенной легкой фракции. Во-вторых, радиальный поток воздуха, проходя сквозь отверстия решета, препятствует прохождению мелких частиц сквозь отверстия решета, уменьшая тем самым эффективность выделения мелкой фракции. Низкая эффективность выделения легких и мелких фракций обуславливают низкую производительность способа-прототипа и сортировки реализующего этот способ.
Задачей заявляемой группы изобретений является устранение недостатков прототипов, а именно повышение эффективности выделения легкой фракции воздушным потоком, повышение эффективности выделения мелкой фракции на решете и, соответственно, повышение производительности.
Эта задача в первом изобретении решена тем, что согласно изобретению, способ сепарации сыпучих материалов, как и его прототип, включает подачу сепарируемого исходного материала во вращающееся цилиндрическое решето, перемещение материала по решету под действием вращения и наклона решета, выделение мелкой фракции из исходного материала сквозь отверстия решета, подачу оставшегося на решете материала вращающимися лопатками в воздушный поток, выделение воздушным потоком легкой фракции из оставшегося на решете материала, вывод выделенных фракций. В отличие от прототипа, в заявленном способе воздушный поток формируют за торцом цилиндрического решета со стороны вывода материала с решета, при этом воздушному потоку придают направленное движение вверх, вращение лопаток, осуществляющих подачу материала в воздушный поток, производят против направления вращения цилиндрического решета и, дополнительно, концы лопаток выдвигают за пределы решета.
Формирование воздушного потока за торцом цилиндрического решета со стороны вывода материала позволяет обработать воздушным потоком весь материал, сходящий с решета и, следовательно, повысить эффективность выделения легкой фракции. Вертикальный воздушный поток направленный вверх позволяет провести четкое выделение легких частиц за счет более длительного пребывания частиц материала в сепарирующем воздушном потоке, протяженность которого за пределами решета может быть достаточно большим и, тем самым, обеспечить высокую эффективность выделения легкой фракции.
Необходимо отметить, что сепарация в воздушном потоке может быть качественной только при наличии равномерной подачи материала в поток. Вращающееся цилиндрическое решето постоянно увлекает материал, находящийся на его поверхности, в сторону своего вращения. При отсутствии дополнительного действия, заключающейся в смещении материала при сходе с решета в противоположную сторону вращения решета, поступление материала в вертикальный воздушный поток будет неравномерным, то есть смещенным в одну сторону, и не даст качественной очистки материала воздушным потоком. Введение в процесс схода материала с решета действия смещения материала путем вращения лопаток, подающих материал в вертикальный воздушный поток, против направления вращения решета позволяет смещать часть материала в сторону противоположную вращению решета. При этом особенно эффективно материал сдвигается концами лопаток выдвинутыми за предел решета, где воздействие вращающегося решета на поток сходящего материала отсутствует. Таким образом, за счет противоположных вращений решета и распределительных лопаток сыпучий материал, сходящий с поверхности решета, смещаясь в разные стороны, равномерно распределяется по ширине вертикального воздушного потока формированного за торцевой частью цилиндрического решета, что позволяет повысить эффективность выделения легкой фракции.
Вывод воздушного потока за пределы решета позволяет устранить продувку воздухом отверстий решета. Благодаря отсутствию воздействия встречного воздуха на выделяемые сквозь отверстия мелкие частицы увеличивается эффективность выделения мелких фракций.
Указанная выше новая совокупность общих существенных признаков заявленного способа во всех случаях его осуществления позволяет обеспечить достижение технического результата, указанного в задаче изобретений.
Кроме того, в конкретных исполнениях данного способа сепарации сыпучих материалов перед цилиндрическим решетом со стороны ввода исходного сепарируемого материала в решето формируют дополнительный воздушный поток с направленным движением вверх. Формирование дополнительного воздушного потока перед поступлением материала в цилиндрическое решето позволяет предварительно выделить наиболее легкую фракцию из сепарируемого материала перед подачей в цилиндрическое решето, что позволяет повысить эффективность очистки материала в сепараторе, то есть усиливает технический результат, указанный в задаче изобретений.
Во втором изобретении указанная выше задача решена следующим образом. Сепаратор сыпучих материалов, как и его прототип, содержит загрузочное устройство, вращающееся цилиндрическое решето, пневмосепарирующий канал, установленный внутри решета вал, установленные на валу лопатки, регулировочное устройство для регулировки положения лопаток относительно поверхности решета. В отличие от прототипа пневмосепарирующий канал для сепарации сыпучего материала направленным вверх воздушным потоком выполнен с передней, задней и боковыми стенками и установлен со стороны выгрузного конца решета, вал установлен с возможностью вращения в противоположном направлении относительно вращения решета, лопатки имеют кривизну рабочей поверхности или выполнены плоскими и установлены с возможностью выдвижения их концов наружу за торец цилиндрического решета. Кривизна рабочей поверхности лопаток способствует распределению сыпучего материала сходящего с решета по ширине пневмосепарирующего канала. Выполнение лопаток плоскими позволяет упростить процесс их изготовления. Названная новая совокупность общих существенных признаков заявленного сепаратора, то есть второго изобретения, во всех случаях его осуществления позволяет осуществлять способ по первому изобретению, который, как отмечено выше, всегда обеспечивает достижение технического результата, указанного в задаче изобретений.
Кроме того, в конкретных исполнениях данного сепаратора сыпучих материалов лопатки выполнены с возможностью регулировки угла наклона к радиусу цилиндра решета. Регулировка угла наклона лопаток к радиусу цилиндра решета способствует регулировке равномерности распределения материала, сходящего с поверхности решета, по ширине пневмосепарирующего канала при изменении подачи материала или его свойств.
Кроме того, в конкретных исполнениях данного сепаратора сыпучих материалов с загрузочной стороны решета снабжен дополнительно вторым пневмосепарирующим каналом с направленным вверх воздушным потоком, выполненным с передней, задней и боковыми стенками. Подача сепарируемого материала сначала в дополнительный пневмосепарирующий канал позволит выделить наиболее легкие примеси до поступления материала в решето и тем самым улучшить условия выделения мелкой фракции на решете и повысить эффективность выделения легкой фракции.
Сущность изобретений поясняются чертежами.
На фиг. 1 изображена схема сепаратора сыпучих материалов, на фиг. 2 показана схема распределения материала при сходе с решета (вид с торца решета).
На чертежах приняты следующие обозначения позиций:
А - цилиндрическое решето; Б - распределительный ротор; 1 - секция выделения мелких примесей; 2 - сортировальная секция; 3 - приводные и опорные ролики; 4 - прижимные ролики; 5 - шкив привода приводных роликов; 6 - вал распределительного ротора; 7 - лопасти для распределения материала по решету; 8 - лопатки для распределения материала при сходе с решета; 9 - рама; 10 - подшипниковые опоры; 11 - шкив привода вала распределителя ротора; 12 - спицы лопастей; 13 - спицы лопаток; 14 - регулировочное устройство спиц лопастей; 15 - регулировочное устройство спиц лопаток; 16 - регулировочное устройство для выдвижения лопаток; 17 - торец решета; 18 - очистительное устройство отверстий решета; 19 - лоток для сбора и вывода мелких примесей; 20 - лоток для сбора и вывода отсортированных фракций; 21 - второй пневмосепарирующий канал; 22 - загрузочное устройство второго пневмосепарирующего канала; 23 -осадочная камера второго пневмосепарирующего канала; 24 - воздушный патрубок второго пневмосепарирующего канала; 25 - лоток загрузки решета; 26 - первый пневмосепарирующий канал; 27 - лоток загрузки первого пневмосепарирующего канала; 28 - осадочная камера первого пневмосепарирующего канала; 29 - воздушный патрубок первого пневмосепарирующего канала; 30 - опорная часть рамы; 31 - регулировочное устройство угла наклона решета; 32 - шарнирное соединение рамы с ее опорной частью;  - сепарируемый сыпучий материал;  - легкие частицы;  - мелкие частицы;  - отсортированная решетом фракция;  - отсортированная воздухом фракция;  - воздух;  - очищенный материал; ϕ - угол между лопаткой и радиусом распределительного ротора; СМ - сепарируемый материал, сходящий с решета.
Цилиндрическое решето А (фиг. 1, 2), содержит секцию выделения мелких примесей 1 и сортировальную секцию 2. Секций может быть и больше. Решето А установлено на приводных и опорных роликах 3 и удерживается прижимными роликами 4. Приводные ролики 3 имеют шкив привода 5. Внутри цилиндрического решета размещен распределительный ротор сыпучего материала Б. Ротор Б состоит из вала 6, лопастей 7 для распределения материала по решету и лопаток 8 для распределения материала при сходе с решета. Вал 6 ротора установлен на раме 9 на подшипниковых опорах 10 и имеет приводной шкив 11. Цилиндрическое решето А и распределительный ротор Б имеют возможность вращения в разных направлениях. Лопасти 7 закрепленные на валу 6 при помощи спиц 12 и вращаются вместе с валом 6. Лопатки 8 так же вращаются вместе с валом и закреплены на нем при помощи спиц 13. Положение лопастей 7 и лопаток 8 относительно поверхности решета А регулируются изменением длины спиц 12 и 13 при помощи регулировочных устройств 14 и 15. Лопатки 8 имеют регулировочное устройство 16, при помощи которого могут выдвигаться за торец 17 решета А. Для очистки отверстий решета А на раме 9 установлено очистительное устройство 18. Под секциями 1 и 2 решета установлены лотки 19 и 20 для сбора и вывода, соответственно, мелких и отсортированных фракций сыпучего материала. С загрузочной стороны решета установлен дополнительный второй пневмосепарирующий канал 21 с загрузочным устройством 22, осадочной камерой 23 и воздушным патрубком 24. Между вторым пневмосепарирующим каналом 21 и цилиндрическим решетом 1 установлен лоток загрузки решета 25. С выгрузной стороны решета установлен основной первый пневмосепарирующий канал 26 с лотком для его загрузки 27, осадочной камерой 28 и воздушным патрубком 29. Уклон решета А и ротора Б к горизонту регулируется путем изменения положения регулируемой части рамы 9 относительно опорной части рамы 30 при помощи регулировочного устройства 31 и шарнирного соединения 32.
Сепаратор работает следующим образом.
При установившихся режимах вращения цилиндрического решета А и распределительного ротора Б, приводимых во вращение шкивами 5, 11 от привода, а также установившихся режимах движения воздушных потоков, создаваемых вентиляторами в пневмосепарирующих каналах 21, 26, производится подача сепарируемого материала в сепаратор (фиг. 1). Зерновая масса, либо другой сыпучий материал, имеющий в своем составе различные по своему размеру и аэродинамическим свойствам частицы, загрузочным устройством 22 подается в дополнительный второй пневмосепарирующий канал 21. В канале 21 производится выделение наиболее легких частиц сыпучего материала, которые воздушным потоком выносятся в осадочную камеру 23 и осаждаются. Материал, после выделения легких частиц, из второго канала 21 поступает на лоток загрузки решета 25 и далее в цилиндрическое решето А. В цилиндрическом решете А сыпучий материал увлекается поверхностью решета в сторону его вращения. При достижении толщины сепарируемого материала величины большей зазора между поверхностью цилиндрического решета А и лопастями 7 распределительного ротора Б на материал начинают действовать лопасти 7 ротора. Так как ротор Б имеет вращение в противоположную сторону относительно решета А, то лопасти 7 сдвигают часть материала в направлении своего вращения, распределяя сепарируемый материал по свободной поверхности решета А. Благодаря распределению сепарируемого материала по окружности цилиндра решета увеличивается площадь для рабочего процесса сепарации, улучшаются условия для выделения частиц сквозь отверстия решета.
Первой сепарирующей секцией решета по ходу движения сепарируемого материала является секция выделения мелких примесей 1. В этой секции 1 мелкие примеси проходят сквозь отверстия секции, попадают на лоток вывода мелких примесей 19 и выводятся из сепаратора. Оставшаяся масса перемещается далее в сортировальную секцию 2. Если сепарируемый материал зерновая масса, то в сортировальной секции проходом сквозь отверстия секции выделяются мелкие, щуплые, дробленые зерна, которые попадают на лоток вывода 20 и выводятся из сепаратора.
Для качественной сепарации в первом пневмосепарирующем канале 26 важно равномерное распределение материала при подаче в канал. Вращающееся решето А постоянно увлекает материал находящийся на его поверхности в сторону своего вращения. Распределительные лопатки 8, установленные на валу 6 на конечном участке решета вращаются в противоположную относительно решета сторону и смещают этот материал в сторону своего вращения (фиг 1, 2). При этом, особенно эффективно материал сдвигается выдвинутыми за торец 17 решета концами лопаток 8, когда материал сходит с решета и воздействие решета на материал прекращается. Таким образом, за счет противоположных вращений решета и распределительных лопаток сыпучий материал, сходящий с поверхности решета, равномерно распределяется по ширине лотка загрузки первого пневмосепарирующего канала 27.
Распределенный равномерно по ширине лотка 27 материал поступает в первый основной пневмосепарирующий канал 26, скорость движения потока воздуха в котором выше скорости движения потока воздуха в дополнительном втором пневмосепарирующем канале 21. В первом пневмосепарирующем канале 26, в случае сепарации зерновой массы, воздушным потоком из потока зерна выделяются биологически неполноценные щуплые и дробленые зерновки, которые затем осаждаются в осадочной камере 28 и выводятся. Очищенный материал выходит из пневмосепарирующего канала 26 и выводится из сепаратора. При изменении подачи материала или его свойств регулировка равномерности распределения материала по ширине канала 26 производится изменениями частот вращений решета А и распределительного ротора Б, величины выдвижения лопаток 8 за торец 17 решета А, расстояния между краем лопаток 8 и поверхностью цилиндра А. Дополнительно регулировка осуществляется изменением радиуса кривизны рабочей поверхности лопаток 8 и угла наклона ϕ лопаток 8 к радиусу цилиндра решета А, в случае выполнения лопаток 8 плоскими - изменением угла наклона ϕ лопаток 8.
Проведенная предварительная экспериментальная проверка показала эффективность заявляемого способа и сепаратора.
Использование заявленной группы изобретений позволит повысить эффективности выделения легкой фракции воздушным потоком и мелкой фракции на решете из сепарируемого материала и, соответственно, повысить производительность сепаратора.