АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ СУШИЛКА КОМБИНИРОВАННОГО ТИПА
AERODYNAMIC DRYER OF COMBINED TYPE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройствам для сушки, а именно к аэродинамическим сушилкам комбинированного типа, содержащим транспортер для подачи сырья в измельчитель, выход которого соединен с основным цилиндром, теплогенератор с вентилятором для подачи воздуха в основной цилиндр, выход которого через конфузор и тормозящий патрубок соединен с цилиндром досушки, выход которого соединен с аэродинамическим блоком, состоящим из разделителя потоков на два потока, соединенных с узлом пересечения потоков, выходы которого соединены с двумя выводными циклонами, и может быть использовано в сельскохозяйственной и медицинской промышленности.
В данном описании применяются термины:
Псевдоожижение — это процесс, при котором по сути твердая статическая масса переводится в псевдосостояние, подобное состоянию жидкой массы. В отличие от сжижения в псевдожидкое состояние переводится не газ, а сыпучая (при определенных обстоятельствах) масса.
Тормозящий патрубок – патрубок, соединяющий основной цилиндр с цилиндром досушки. Технологически выполнен  увеличением площади поперечного сечения трубопровода.
Сопло Лаваля  –  техническое приспособление, которое служит для ускорения газового потока, проходящего по нему. В простейшем случае такое сопло может состоять из пары усечённых конусов, сопряжённых узкими концами.  Угол раскрытия сопла в диапазоне 12–30° практически не влияет на его эффективность, дальнейший рост угла раскрытия приводит к снижению эффективности сопл. Степень расширения сопл Лаваля увеличивает их эффективность в зоне низких противодавлений.
Законцовка – оконечная часть конструкции винта-ножа.
Уровень техники
Известны аэродинамические сушилки с применением вихревого метода обезвоживания с последующим применением псевдоожиженного слоя на перерабатываемое сельхозсырье и метода встречных потоков. Так, из уровня техники известна аэродинамическая сушилка комбинированного типа, содержащая транспортер для подачи сырья в измельчитель, выход которого соединен с основным цилиндром, теплогенератор с вентилятором для подачи воздуха в основной цилиндр, выход которого через конфузор и тормозящий патрубок соединен с цилиндром досушки, выход которого через сопло Лаваля  соединен с аэродинамическим блоком, состоящим из разделителя потоков на два потока, соединенных с узлом пересечения потоков, выходы которого соединены с двумя выводными циклонами, см. патент на изобертение №2577670, опубликован  27.12.2015.
Данная аэродинамическая сушилка является наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату устройством и выбрана за прототип предлагаемого изобретения.
Недостатком этой сушилки является невысокая надежность работы сушилки в плане производительности с исходным продуктом различной плотности и повышенной влажности, в частности, при плотности сырья более 0,8 т/куб м и влажности более 80% продукт на такой системе не может подняться и заваливает основной цилиндр. При неправильной подаче сырья (скорость подачи сырья кг/сек) это приводит к остановке двигателя основного цилиндра.
Раскрытие изобретения
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение главным образом имеет целью предложить способ определения взаимосвязей параметров производственного процесса, при котором определяют параметры производственного процесса, позволяющие по меньшей мере сгладить как минимум один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить повышение надежности и производительности работы сушилки с исходным продуктом различной плотности и влажности, что и является поставленной технический задачей.
Для достижения этой цели аэродинамическая сушилка комбинированного типа содержит транспортер для подачи сырья в измельчитель, выход которого соединен с основным цилиндром, теплогенератор с вентилятором для подачи воздуха в основной цилиндр, выход которого через конфузор и тормозящий патрубок соединен с цилиндром досушки, выход которого соединен с аэродинамическим блоком, состоящим из разделителя потоков на два потока, соединенных с узлом пересечения потоков, выходы которого соединены с двумя выводными циклонами, согласно изобретению основной цилиндр и цилиндр досушки содержат тарелку с лопастями, расположенную на вращающемся валу с закрепленными на нем верхними, средними и нижними ножами, при этом нижние и верхние ножи имеют лопастное закручивание, а средние ножи выполнены прямыми.
При этом верхние ножи могут иметь углы лопастного закручивания по хорде в диапазоне 40-50° в корне, 30-40° на средней части хорды и 15-25° на конце.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность:
- предотвращать скапливание сырья на дне основного цилиндра,
- удерживать его минимальное количество времени и
- облегчить унос сырья посредством тяги верхних двух винтов.
Существует вариант изобретения, в котором нижние и верхние ножи имеют углы лопастного закручивания по хорде в диапазоне 40-50° в корне, 30-40° на средней части хорды и 15-25° на конце.
Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность создать оптимальные условия для облегчения уноса сырья.
Существует и такой вариант изобретения, в котором средние ножи имеют загнутые законцовки.
Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность устанавливать различный загиб законцовок в зависимости от физических свойств сырья - плотности и влажности.
Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения не известна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения, а так как проблема, которую решает данное изобретение, не могла быть решена на существующих системах, это показывает неочевидность данного решения для специалиста в данной области, что, в свою очередь свидетельствует о соответствии критерию «наличие изобретательского уровня» для изобретения.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемыечертежи, на которых:
- фиг. 1 изображает схему аэродинамической сушилки, вид сбоку, согласно изобретению,
- фиг. 2 изображает схему аэродинамической сушилки, вид сверху, согласно изобретению,
- фиг. 3 изображает общий вид основного цилиндра или цилиндра досушки согласно изобретению,
- фиг. 4 изображает схему ножей в основном цилиндре или в цилиндре досушки согласно изобретению,
- фиг. 5 изображает этапы работы  аэродинамической сушилки согласно изобретению,
Согласно фиг. 1-4 аэродинамическая сушилка комбинированного типа содержит  транспортер 1 для подачи сырья в измельчитель 2, выход которого соединен с основным цилиндром 3. Аэродинамическая сушилка также содержит  теплогенератор 4 с вентилятором 41 для подачи воздуха в основной цилиндр 3, выход которого через конфузор 5 (который может быть выполнен, как  несколько состыкованных между собой конусных тел) и тормозящий патрубок 6 соединен с цилиндром досушки 7, выход которого, например, через сопло Лаваля 8  соединен с аэродинамическим блоком 9, состоящим из разделителя потоков 91 на два потока, соединенных с узлом пересечения потоков 92, выходы которого соединены с двумя выводными циклонами 10, выходы которых соединены с двумя дробилками мелкодисперсного продукта 11, выходы которых соединены с малым выходным циклоном 12 для выдачи готового продукта на выходной транспортер 13.
Основной цилиндр 3 содержит тарелку 31 с лопастями, расположенную на вращающемся валу 32 с закрепленными на нем верхними 33, средними 34 и нижними 35 ножами, при этом нижние 35 и верхние 33 ножи имеют лопастное закручивание, а средние ножи 34 выполнены прямыми.
Нижние 35 и верхние 33 ножи имеют углы лопастного закручивания по хорде в диапазоне 40-50° в корне, 30-40° на средней части хорды и 15-25° на конце. Средние ножи 34 имеют загнутые законцовки.
Лопасти тарелки показаны как позиция 36 на фиг. 4.
Цилиндр досушки содержит точно так же тарелку с лопастями, расположенную на вращающемся валу с закрепленными на нем верхними, средними и нижними ножами, при этом нижние и верхние ножи имеют лопастное закручивание, а средние ножи выполнены прямыми. Ввиду того, что устройство цилиндров одинаковое, то эти позиции не показаны.
Количество ножей может варьироваться в зависимости от сырья. Ножи могут быть установлены по четыре на валу в одном ряду, а может их быть в общем и другое количество. Также может быть вариант, когда они установлены двойные, как на фигуре 4 в нижнем и среднем ряду, чтобы увеличить подъемную силу.
Осуществление изобретения
Аэродинамическая сушилка комбинированного типа работает следующим образом. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения. Имея в виду, что данный пример не ограничивает применение изобретения.
Этап А1. Создают поток теплоносителя вентилятором-дымососом 41 среднего или высокого давления, соединенным с теплогенератором 4. Начальная температура Т=60-80°. С. Количество воздуха, как теплоносителя, варьируется в зависимости от физических свойств сырья и имеет оптимальные значения 20-40 тыс. куб. м/час.
Этап А2. Подают такой теплоноситель по касательной в основной цилиндр 3. При этом создается закрученный вихрь. Когда в цилиндрическую трубу по касательной к ее внутренней поверхности подается поток воздуха высокого давления, он движется по окружности и под действием центробежных сил прижимается к поверхности. Возникают достаточно большие силы трения, которые тормозят поток и нагревают его. Поэтому на стенках камеры основного цилиндра 3 выделяется тепло и слой воздуха у стенки нагревается. А в центре царит пониженное давление потому, что центробежные силы оттягивают воздух от центральной зоны.
Этап А3. Раскручивают расположенный в центре основного цилиндра 3 вал с закрепленными на нем верхними, средними и нижними ножами со скоростью 3000 об/мин, что в центре основного цилиндра 3 еще более понижает давление. Струя прилипает к закруглённой  поверхности основного цилиндра 3. При этом на ней в средней части создаётся разряжение, увлекающее сырье вверх в область ножевой части. При этом боковая стенка препятствует свободному поступлению воздуха с одной стороны струи воздушной смеси, создавая вихрь в зоне пониженного давления.
Этап А4. Продукт подают от измельчителя 2 в основной цилиндр 3 пневматически на 2/3 радиуса основного цилиндра.
Этап А5. Специальная конструкция ножей и угол заточки, а именно, когда нижние и верхние ножи имеют углы лопастного закручивания по хорде в диапазоне 40-50° в корне, 30-40° на средней части хорды и 15-25° на конце, создает необходимую подъемную силу и скос потока от центра к периметру, где находится так называемая "подушка" от  теплоносителя, запущенного по касательной. Продукт входит в подушку у стенки под углом. Это увеличивает площадь соприкосновения с теплоносителем в десятки раз. Подушка-теплоноситель закручена в вихрь.
Законцовки ножей загибаются или нет в зависимости от физических свойств продукта - плотности и влажности.
Продукт находится на ножах в области между областью пониженного и повышенного давления. Также  происходит и механическое воздействие - кинетическая энергия на продукт от ножей, что серьезно снижает влажность. Продукт при движении в вихре бросает из области повышенного давления в область пониженного и обратно. Создается эффект эксплозии и имплозии. Также подушка у стенки препятствует залипанию продукта.
Воздух в основном цилиндре 3 движется по окружности, а такое движение является неравномерным, т.к. здесь постоянно меняется вектор движения. Во-вторых, воздух резко тормозится из-за трения в трубе. Объединение двух неравномерных видов движения - вращательного и замедляющегося - приводит к заметному выбросу энергии.
Этап А6. Подъемную силу продукту придают нижние, средние и верхние ножи винта, которые работают больше не как нож, а как система подъема и уноса сырья в конус 5, расположенный над основным цилиндром 3.
Этап А7. Увеличивают скорость в конусе при понижении давления. Конус 5 как бы дополнительно затягивает поток.
Этап А8. Затем понижают скорость за  конусом 5 при сглаживании потока (ламинарное движение). Это достигается трубой 6 увеличенного диаметра.
Этап А9. Затем продукт увлекают потоком в цилиндр досушки 7 также по касательной. Точно такая же  специальная конструкция ножей и угол заточки, а именно, когда нижние и верхние ножи имеют углы лопастного закручивания по хорде в диапазоне 40-50° в корне, 30-40° на средней части хорды и 15-25° на конце, создает необходимую подъемную силу и скос потока от центра к периметру. То есть вал с ножами создает завихрение, а рассчитанный диаметр цилиндра досушки 7 в средней части дает возможность создать псевдоожиженный слой. При скорости потока больше скорости витания происходит унос продукта из цилиндра досушки 7.
Этап А10. Для ускорения продукта на выходе цилиндра досушки 7 располагают сопло наподобие сопла Лаваля, которое увеличивает скорость потока и при этом  происходит сглаживание потока. В нашей схеме это может быть как само сопло Лаваля, так и любой ускоритель потока, выполненный по схеме сопла Лаваля.
Этап А11. Разделяют поток с продуктом на два прямых участка 93 с уменьшением диаметра трубы. При этом движение продукта имеет ламинарный характер. Продукт разгоняется в этих двух потоках.
Этап А12. Посредством узла пересечения потоков 92 производят столкновение встречных потоков, что усиливает взаимодействие частиц друг на друга с высвобождением энергии. Соударяясь, продукт выбивает возможно оставшуюся часть влаги. Угол встречных потоков имеет значения от 120° до 160°.
Этап А13. Далее поток снова разделяют на выходе узла пересечения потоков 92 и подают в циклоны 10, где происходит  процесс аспирации. В циклонах 10 воздух уходит вверх, продукт падает вниз со скоростью 3,5-4,4 м/с.
Этап А14. Подают продукт из циклонов 10 в молотковые дробилки 11 пневматического действия ДКР и потом через тройник подают в малый выходной циклон 12, где производят высвобождение воздуха. В общем такие дробилки могут ставиться, а могут нет. Сито на дробилке контролирует дисперсность порошка. Еще преимущество в том, что создается разреженность в циклоне 10, чем помогаем работе системе.
Этап А15. Продукт из малого выходного циклона 12 подают на выходной транспортер 13 и отправляют на фасовку.
Последовательность этапов является примерной и позволяет переставлять, убавлять, добавлять или производить некоторые операции одновременно без потери возможности производить сушки и дробление продукта.
Промышленная применимость
Аэродинамическая сушилка комбинированного типа может быть осуществлена специалистом на практике и при осуществлении обеспечивают реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.
В соответствии с предложенным изобретением изготовлен опытный образец аэродинамической сушилки комбинированного типа.
Испытания опытного образца аэродинамической сушилки показали, что она обеспечивает возможность работы с продуктом различной плотности, в частности возможность работы при плотности сырья продукта более 800 кг/куб. м.
Установка средних винтов позволяет держать вихрь в закрученном положении, а продукт - в нужной зоне для процесса выбивания влаги. Верхние винты создают подъемную силу для уноса подсушенного продукта в зону конуса 5 с последующим поступлением его в цилиндр досушки 7.
Дополнительным полезным техническим результатом заявленного изобретения является то, что оно позволило создать новую аэродинамическую сушилку комбинированного типа для сушки  видов сырья с высокой плотностью и влажностью, а применение системы винтов и тарелки с лопатками-вентиляторами увеличить производительность.
Таким образом, в данном изобретении достигнута поставленная задача – повышение надежности и производительности работы сушилки с исходным продуктом различной плотности и влажности.
Аэродинамическая сушилка комбинированного типа может применяться для сушки овощей, фруктов, зелени, грибов, а также для сушки и помола пивной дробины, лузги, соломы, зеленной массы, опила, коры, листьев, хвойных веток, камышей, превращая исходное сырье в высушенный порошок, пригодный для фасовки, гранулирования и экструдирования.
Основным преимуществом этой технологии является то, что обезвоживание растительного сырья и измельчение его в порошок происходит с полным сохранением структуры клетки - генетически законченной ячейки жизни, что позволяет не только полностью сохранить биоэнергетику исходного сырья, все витамины, макро- и микроэлементы, органические кислоты и другие  питательные вещества, содержащиеся в исходном сырье, но и в десятки раз увеличить суммарный энергетический заряд продукта, а это дает двойной положительный эффект воздействия на организм человека. Колоссальным преимуществом переработанного таким образом сырья является то, что со временем оно не теряет своих первоначальных свойств, тогда как сохраняемые даже в самых комфортных условиях овощи и фрукты к середине зимы уже более чем наполовину теряют свои положительные свойства. При этом потеря полезных веществ – незначительная.