УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ЗЕРНА ВОСХОДЯЩИМ ВОЗДУШНЫМ ПОТОКОМ
DEVICE FOR GRAIN SEPARATION BY AIR UPFLOW

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к зерноочистительным машинам, предназначенным для очистки и разделения зерна и других сыпучих материалов восходящим воздушным потоком, и может быть использовано для сортирования семян кукурузы, зерновых и бобовых культур.
Известен пневмосепаратор согласно патенту на изобретение RU 2192318 С1, МПК 7 B07B 4/08, приоритет 16.03.2001. Пневмосепаратор содержит вертикальный пневмосепарирующий канал с опорной сеткой и боковым загрузочным окном, осадочную камеру, вентилятор, устройства ввода очищаемого материала и вывода его фракций. При этом пневмосепарирующий канал снабжен разделительной перегородкой, которая установлена параллельно боковым стенкам на расстоянии 0.6…0.8 от бокового загрузочного окна и с зазором 0.25…0.35 глубины вертикального пневмосепарирующего канала относительно опорной сетки. Также длина разделительной перегородки равна 1,5…2,0 глубины вертикального пневмосепарирующего канала. Недостатком данного пневмосепаратора является то, что в зоне перед перегородкой процесс расслоения зернового материала замедляется, так как скорость воздушного потока за перегородкой выше, чем перед перегородкой, где слой зернового материала значительно превышает величину зазора между перегородкой и сеткой, в результате происходит нежелательный выброс полноценного зерна в осадочную камеру, что снижает качество пневмосепарации. Качество пневмосепарации снижается также за счет малой продолжительности процесса сепарации, так как зерно в данном пневмосепараторе движется по короткому пути с большой скоростью.
Известен канал для сепарации зерна восходящим воздушным потоком согласно патенту на изобретение RU 2193929 С1, МПК 7 B07B 4/08, приоритет 2002.01.30, выбранный в качестве наиболее близкого аналога. Канал для сепарации зерна восходящим воздушным потоком, образованный передней, задней и боковыми стенками, содержит установленную с наклоном от передней стенки к задней сетку и окна для ввода исходного и вывода обрабатываемого зернового материала. В канале для сепарации зерна поперек боковых стенок над сеткой с зазором установлено средство для стабилизации скорости воздушного потока по глубине и ширине канала камеры. Средство для стабилизации скорости воздушного потока выполнено в виде, по крайней мере, одного барьера, установленного поперек боковых стенок над сеткой с зазором, при этом зазор s между сеткой и нижним краем барьера связан со средней толщиной d частиц обрабатываемого материала и глубиной l канала соотношением 3d<s<l, а расстояние t от передней стенки до первого барьера и между соседними барьерами удовлетворяет соотношению s<t<0.75l. Однако при max и min значениях заявленных параметров теряется смысл конструкции устройства, так, например, при l=1000 мм, t=749 мм и s=748 мм или при l=25 мм, t=15 мм и s=10 мм устройство промышленно неприменимо. Основным недостатком данного канала для сепарации является низкое качество очистки (разделения) зернового материала. Это объясняется тем, что у барьеров со стороны подачи образуются буруны (валы зерна), которые вновь закручивают и перемешивают сепарируемый материал, уже начавший расслоение на тяжелые и легкие фракции, при этом эффект «кипящего слоя» нарушается. В буруне (вале зерна) надолго задерживаются легкие фракции и выбрасываются из него в осадочную камеру качественные полноценные зерна. Таким образом, качество очистки снижается, так как не обеспечивается равномерная плотность слоя зернового материала по глубине канала и непрерывное равномерное движение зерна в «кипящем слое». Качество пневмосепарации снижается за счет того, что вихревые зерновоздушные потоки, возникающие в бурунах перед каждым барьером, создают большие перепады скорости, за счет чего затруднено быстрое удаление легких частиц и равномерное выпадение (разделение) более тяжелых (плотных) частиц на дно сетки. Кроме того, наличие бурунов может привести к заторам зерна, уменьшению пропускной способности, а следовательно, к уменьшению производительности устройства.
Задачей заявляемого технического решения является повышение качества разделения зернового материала, снижение потерь качественного (полноценного) зерна и одновременно повышение производительности сепарации.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для сепарации зерна восходящим воздушным потоком, включающем в себя пневмокамеру, образованную передней, задней, боковыми стенками и сеткой, установленной с наклоном от передней стенки к задней, в передней и задней стенках которой имеются соответственно входное и выходное окна, а также установленное над сеткой средство для стабилизации скорости воздушного потока по глубине и ширине пневмокамеры, предлагается средство для стабилизации скорости воздушного потока выполнить, по крайней мере, из двух зигзагообразно изогнутых пластин высотой 100-160 мм, расположенных рядами на одинаковом расстоянии от сетки вдоль боковых стенок, связанных между собой в средней части по глубине пневмокамеры для обеспечения жесткости конструкции с помощью крепежных элементов и образующих зигзагообразные каналы, при этом пластины зигзагообразно изогнуты с равномерным шагом, на протяжении которого имеется сначала крутой относительно направления движения зернового материала участок, потом пологий участок, длина которого значительно меньше длины крутого участка, а соответствующие вершины всех зигзагообразно изогнутых пластин находятся на одной линии поперек направления движения зернового материала и ближайшие вершины соседних зигзагообразно изогнутых пластин по направлению движения зернового материала расположены на расстоянии, составляющем не менее 20 мм.
В предлагаемом устройстве для сепарации зерна восходящим воздушным потоком выполнение средства для стабилизации скорости воздушного потока, по крайней мере, из двух зигзагообразно изогнутых пластин высотой 100-160 мм, расположенных рядами на одинаковом расстоянии от сетки вдоль боковых стенок, связанных между собой в средней части по глубине пневмокамеры для обеспечения жесткости конструкции с помощью крепежных элементов и образующих зигзагообразные каналы, при этом пластины зигзагообразно изогнуты с равномерным шагом, на протяжении которого имеется сначала крутой относительно направления движения зернового материала участок, потом пологий участок, длина которого значительно меньше длины крутого участка, обеспечивает равномерную плотность зернового материала по глубине пневмокамеры и непрерывное равномерное движение зерна в «кипящем слое», что способствует повышению качества разделения зернового материала и снижению потерь качественного зерна, а также повышению надежности работы и повышению производительности за счет следующего. Благодаря тому, что сепарируемый зерновой материал скатывается вниз по сетке к выходному окну по зигзагообразным каналам, периодически меняя направление движения (то влево, то вправо) и скорость (то с ускорением, то с торможением), увеличивается длина пути, а следовательно, и продолжительность сепарации в пневмокамере будет не менее чем в ближайшем аналоге. При этом за счет оптимальной (зигзагообразной и неравноплечей) траектории движения зерна обеспечивается равномерная плотность зернового материала по глубине пневмокамеры, так как за счет стабилизации скорости движения зернового материала достигается непрерывное равномерное движение зерна в «кипящем слое» без образования бурунов и заторов, так как разность скоростей на крутом участке и на пологом участке существенно меньше, чем разность скоростей перед барьером и за барьером в устройстве - ближайшем аналоге. За счет этого создается возможность быстрого удаления легких частиц и непрерывного выпадения (разделения) более тяжелых (плотных) частиц на дно сетки, что повышает качество и производительность сепарации зернового материала.
Выполнение зигзагообразно изогнутых пластин так, что соответствующие вершины всех зигзагообразно изогнутых пластин находятся на одной линии поперек направления движения зернового материала и ближайшие вершины соседних зигзагообразно изогнутых пластин по направлению движения зернового материала расположены на расстоянии, составляющем не менее 20 мм, способствует обеспечению свободного прохода зернового материала без образования заторов.
На фиг.1 приведено заявляемое устройство для сепарации зерна восходящим воздушным потоком, вертикальный разрез устройства вдоль направления движения обрабатываемого материала. На фиг.2 приведено средство для стабилизации скорости воздушного потока, вид А на фигуре 1, где направление движения зернового материала обозначено сплошной жирной стрелкой с надписью «Направление потока материала», штрихпунктирной линией со стрелкой обозначено направление движения зернового материала в зазоре над сеткой на высоте, не превышающей h, а сплошной нежирной линией со стрелками обозначена зигзагообразная траектория движения зернового материала в зигзагообразном канале.
Устройство для сепарации зерна восходящим воздушным потоком, приведенное на фиг.1, 2, включает в себя пневмокамеру 1, образованную передней стенкой 2, задней стенкой 3, боковыми стенками 4, 5 и сеткой 6, установленной с наклоном от передней стенки 2 к задней стенке 3. Сетка 6 предназначена для поддерживания сепарируемого материала и для прохода восходящего потока воздуха. В передней стенке 2 над сеткой 6 выполнено входное окно 7 для ввода исходного зернового материала в пневмокамеру 1, а в задней стенке 3 - выходное окно 8 для вывода из пневмокамеры 1 тяжелой фракции обработанного зернового материала - готового чистого зерна. В пневмокамере 1 над сеткой 6 установлено средство 9 для стабилизации скорости воздушного потока по глубине и ширине пневмокамеры 1. Восходящий воздушный поток в пневмокамере 1 создается вентилятором (на фигурах не показан).
Средство 9 для стабилизации скорости воздушного потока, как показано на фигуре 2, выполнено в виде зигзагообразно изогнутых пластин 10, расположенных над сеткой 6 рядами параллельно друг другу вдоль боковых стенок 4,5 и образующих зигзагообразные каналы 11. Зигзагообразно изогнутые пластины 10 выполнены высотой 100-160 мм, например, из плоской металлической полосы прямоугольной формы и прикреплены торцами к передней 2 и задней 3 стенкам, а также связаны между собой хотя бы в средней части по глубине пневмокамеры 1 для обеспечения жесткости конструкции с помощью крепежных элементов (на фигурах не показаны). При этом зигзагообразно изогнутые пластины 10 имеют равномерный шаг, на протяжении которого имеется сначала крутой по отношению к направлению движения зернового материала участок (угол наклона α которого менее 90° по отношению к направлению движения зернового материала), потом пологий участок (угол наклона β которого более 90° по отношению к направлению движения зернового материала). Зигзагообразно изогнутые пластины 10 расположены рядами на одинаковом расстоянии h от сетки 6 и перпендикулярно плоскости сетки 6.
1
2
Соответствующие вершины всех зигзагообразно изогнутых пластин 10 находятся на одной линии 12 (поперек направления движения зернового материала), при этом длина l крутого участка значительно, например в два-три раза, превышает длину l пологого участка, а ближайшие вершины соседних зигзагообразно изогнутых пластин 10 (по направлению движения зернового материала) расположены на расстоянии Δ, составляющем не менее 20 мм для обеспечения свободного прохода материала.
Зазор h между сеткой 6 и средством 9 для стабилизации скорости воздушного потока определяется пропускной способностью сепарируемого материала.
Устройство для сепарации зерна восходящим воздушным потоком работает следующим образом.
Зерновой материал равномерно с помощью загрузочного устройства (на фигурах не показано) подается на наклонную поддерживающую сетку 6 через входное окно 7 в передней стенке 2. Зерновой материал равномерно заполняет зазор h между сеткой 6 и средством 9 для стабилизации скорости воздушного потока и его зигзагообразно изогнутые каналы 11. Под воздействием восходящего воздушного потока, создаваемого вентилятором (на фигурах не показан), исходный зерновой материал образует «кипящий слой», где каждая частица находится во взвешенном состоянии и обтекается воздушным потоком с определенной скоростью. Зерновой материал при движении вдоль наклонной сетки 6 под воздействием восходящего воздушного потока расслаивается, тяжелые фракции опускаются вниз, а легкие выносятся на поверхность «кипящего слоя». Тяжелые фракции (качественное зерно) заполняют всю поверхность сетки 6 и выводятся через выходное окно 8. Легкие фракции выбрасываются из «кипящего слоя» сепарируемого зернового материала, при этом одна часть, которая не относится к категории качественного зерна, выносится восходящим воздушным потоком в осадочную камеру (на фигурах не показана), а другая выбрасывается воздушным потоком через вентилятор в накопители (на фигурах не показаны).
Обеспечение постоянной скорости воздушного потока по всей поверхности сетки 6 гарантирует эффективность разделения и снижение потерь качественного зерна. Это достигается созданием равного сопротивления сепарируемого зернового материала восходящему воздушному потоку по всей глубине пневмокамеры 1 - от значительного слоя рыхлого смешанного зернового материала у передней стенки 2 до просепарированного тяжелого качественного зерна у окна 8 выгрузки из пневмокамеры 1 после удаления легких фракций.
1
2
Высота зазора h между сеткой 6 и средством 9 для стабилизации скорости воздушного потока, как правило, в 2.5÷5 раз меньше высоты Н зигзагообразно изогнутых пластин 10, а именно h=30÷60 мм и Н=100÷160 мм. Для повышения эффективности сепарации создаются участки интенсивной сепарации за счет зигзагообразной формы каналов 11. В процессе движения сепарируемой массы по наклонной сетке 6 от передней стенки 2 к задней стенке 3 скорость движения массы в зазоре h на протяжении шага t зигзагообразных каналов 11 значительно превышает скорость движения зерновой массы, движущейся по зигзагообразной траектории в каналах 11, т.к. l+l>t, которая движется на высоте Н и первой освобождается от легкой фракции. Зазор h пополняется тяжелыми зернами, опускающимися из зигзагообразных каналов 11. Все пространство зигзагообразных каналов 11 состоит из зигзагообразных (с равномерным шагом t) участков интенсивной сепарации, в нашем примере их три. Выполнение средства 9 для стабилизации скорости воздушного потока в виде зигзагообразных каналов 11 с оптимальными параметрами, а именно с чередованием крутых и пологих участков зигзагообразных каналов 11, позволяет задавать движущейся зерновой массе дополнительное направление влево и вправо с ускорением и торможением. В зависимости от размера /формы/ и массы сепарируемого материала угол наклона α крутого участка к направлению движения сепарируемого зернового материала составляет 10-30° при ширине S1 крутого участка в пределах от 100 до 150 мм, а угол наклона β пологого участка к направлению движения сепарируемого зернового материала составляет 100-140° при ширине S2 пологого участка в пределах от 20 до 50 мм, при этом расстояние Δ между ближайшими вершинами соседних зигзагообразно изогнутых пластин 10 каналов 11 составляет не менее 20 мм. Величина шага t выбирается в зависимости от величины углов α, β и от размеров пневмокамеры 1 и в данном случае составляет 200 мм при α=25°, β=105°.
Таким образом, конструкция заявляемого устройства для сепарации зерна восходящим воздушным потоком способствует повышению качества разделения зернового материала и уменьшению потерь зерна не менее чем на 10% за счет стабилизации скорости воздушного потока и устранения больших перепадов скоростей, что приводит к уменьшению вероятности заторов, к увеличению пропускной способности и производительности устройства.