ВЕРТИКАЛЬНЫЙ СЕПАРАТОР-ТРАНСПОРТЕР
VERTICAL SEPARATOR-TRANSPORTER

Изобретение относится к области разделения сыпучих смесей по упругости, форме и свойствам поверхности составляющих их частиц и может найти применение в сельском хозяйстве при очистке зерна и продуктов его переработки.
Известен вертикальный сепаратор-транспортер для сыпучих материалов [RU №2270062, кл. В07В 13/04, 2006.02.20], включающий вертикальный транспортирующий канал и по меньшей мере два ряда пересыпных полок. В стенках транспортирующего канала размещены вертикальные разделяющие элементы с клиновидными просеивающими отверстиями. По центру канала установлен подвижный несущий элемент, перемещающийся в направляющих посредством реечного регулирующего устройства. К подвижному несущему элементу прикреплены попарно и симметрично направляющие полки и сборники фракций, выделившихся через разделяющие элементы.
Недостатком известного сепаратора является низкая эффективность, так как в нем отсутствуют средства стабилизации и ориентации частиц материала, а также неэффективное использование вертикального разделительного элемента с клиновидными просеивающими отверстиями. При этом разделение смеси происходит на участке пересыпных полок клиновидного канала малой длины ее подачи на вертикальный разделяющий элемент и, вследствие этого, забивание просеивающего отверстия частицами сыпучего материала.
Наиболее близким к заявленному техническому решению по выполняемой функции и достигаемому эффекту является выбранный в качестве прототипа вертикальный сепаратор-транспортер [RU 2471578 С1, кл. В07В 13/00, 10.01.2013, Бюл. №1], включающий внутренний и внешний цилиндрические вертикальные каналы. В верхней части каналов установлен воронкообразный загрузочно-разгрузочный приемник, оканчивающийся кольцевой выпускной щелью с кольцевым дозатором. Во внутреннем канале расположены одна под другой ступени рабочих органов, включающие последовательно установленные воронкообразный питатель, коническую направляющую, отражательный элемент в виде расположенного большим основанием вниз усеченного конуса, воронкообразный загрузочно-разгрузочный приемник делитель с кольцевым дозатором. В нижней части внутреннего канала имеется воронкообразный приемник для частиц эллипсовидной формы и выгрузное окно. Внешний канал снабжен цилиндрическим приемником для частиц продолговатой формы и выгрузным окном.
Недостатком известного вертикального сепаратора-транспортера является то, что в нем отсутствуют средства стабилизации начальной скорости, регулирования ориентации частиц сыпучего зернового материала, поступающего на отражательный элемент. Ориентация частиц зернового материала является одним из важнейших параметров процесса разделения на отражательном элементе, в значительной степени определяющим положение центра масс частицы смеси по отношению к отражательному элементу, а следовательно, и вероятности их выделения.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение производительности и эффективности разделения частиц сыпучего зернового материала за счет сглаживания колебаний нагрузки, стабилизации ориентации центра масс частиц сыпучего зернового материала при поступлении на отражательный элемент, а также повторных выделений фракции упругих частиц сыпучего зернового материала. Кроме того, технический результат изобретения заключается в снижении энергозатрат.
Указанный технический результат достигается тем, что в вертикальном сепаратор-транспортере, включающем внутренний и внешний цилиндрические каналы, загрузочно-разгрузочный приемник с кольцевой выпускной щелью, расположенные во внутреннем канале одна под другой ступени рабочих органов, выполненные с возможностью перемещения и фиксации их положения по высоте, каждая ступень рабочих органов содержит установленные последовательно конические направляющие, отражательные элементы в виде расположенных большим основанием вниз усеченных конусов, воронкообразные делители с кольцевой выпускной щелью, согласно изобретению загрузочно-разгрузочный приемник снабжен устройством для регулирования колебаний нагрузки и ориентации центра масс зерновых частиц, включающим коническую направляющую в виде расположенного большим основанием вниз конуса и установленный под ней воронкообразный питатель, поверхность конической направляющей каждой ступени выполнена гофрированной, отражательные элементы закреплены к внутреннему вертикальному валу, установленному с возможностью вращения и расположенному во внешнем неподвижном валу, делитель каждой ступени выполнен в виде цилиндрической поверхности соосно с воронкообразным конусом и расположен над конической гофрированной направляющей нижерасположенной ступени, над цилиндрической поверхностью делителя находится приемное щелевое окно, расположенное в зоне фокальной линии отражательного элемента, рабочие органы в каждой ступени выполнены с различными радиальными размерами, уменьшающимися последовательно от ступени к ступени.
Сравнение заявляемого вертикального сепаратора-транспортера с прототипом показывает, что отличием является наличие нового конструктивного элемента, а именно устройства для регулирования колебаний нагрузки и ориентации центра масс зерновых частиц, установленного в загрузочно-разгрузочном приемнике и состоящего из конической направляющей и воронкообразного питателя, установленных друг под другом и с возможностью перемещения по вертикали. Кроме того, отличием является новое выполнение рабочих органов ступеней, а именно выполнение поверхности конической направляющей каждой ступени гофрированной, закрепление отражательных элементов к внутреннему вращающемуся вертикальному валу, выполнение делителей каждой ступени в виде цилиндрической поверхности соосно с воронкообразным конусом, наличие над цилиндрической поверхностью делителя приемного щелевого окна, расположенного в зоне фокальной линии отражательного элемента.
Установка в загрузочно-разгрузочном приемнике конической направляющей и воронкообразного питателя позволяет регулировать подачу зернового материала в сепарирующий канал и сделать ее равномерной. Наличие в загрузочно-разгрузочном приемнике конической направляющей и воронкообразного питателя позволяет сглаживать колебания нагрузки, так как при повышении номинальной нагрузки происходит запирание зерном кольцевой щели между конической направляющей и стенкой загрузочно-разгрузочного приемника и в сепарирующий канал поступает только установленное количество исходной смеси. Кроме того, воронкообразный питатель позволяет подавать зерновой материал под углом естественного откоса и ориентировать частицы зернового материала тяжелой зародышевой частью вперед. Таким образом, происходит сглаживание колебаний нагрузки и ориентация центра масс частиц сыпучего зернового материала, что обеспечивает повышение производительности и эффективности разделения сыпучих материалов.
Новое выполнение рабочих органов каждой ступени, где последовательно установлены конические гофрированные направляющие, вращающие кольцевые усеченные конусы (отражательные элементы), приемные щелевые окна делителей, воронкообразные делители с выпускной кольцевой щелью, позволяет поэтапно выделять зерновые частицы, отличающиеся между собой по признаку упругости.
Выполнение поверхности конической направляющей гофрированной (разгонный участок) позволяет стабилизировать движение частиц сыпучего зернового материала перед попаданием их на вращающийся кольцевой усеченный конус (отражательный элемент), что уменьшает отклонение частиц сыпучего зернового материала от линии подачи и позволяет подавать частицы сыпучего зернового материала ручьями, а это способствует повышению качества процесса подачи смеси зернового материала. Выполнение конусных гофрированных направляющих с возможностью перемещения по вертикали позволяет выбрать оптимальный и эффективный режим процесса подачи зернового материала на вращающийся усеченный конус (отражательный элемент).
Выполнение отражательного элемента в виде расположенного большим основанием вниз вращающегося кольцевого усеченного конуса позволяет уменьшить количество столкновений отразившихся зерновых частиц между собой, что приводит к эффективности процесса выделения из исходной смеси упругих частиц. При этом отлетевшие упругие зерновые частицы располагаются в зоне фокальной лини вращающей конусной поверхности (отражающей поверхности).
Наличие приемного щелевого окна над цилиндрической поверхностью делителя, расположенного в зоне фокальной линии отражательного элемента, для приема упругих зерновых частиц во внешний вертикальный канал, и выполнение воронкообразного делителя с кольцевой цилиндрической верхней частью, исключает попадание неупругих зерновых частиц в зону пролета упругих зерновых частиц, а регулировка высоты приемного щелевого окна обеспечивается сортировкой зерновых частиц по коэффициенту упругости. При этом исключается попадание упругих частиц в воронкообразный конусный делитель, что позволяет сортировать частицы зернового материла по упругости.
Таким образом, выявленные отличительные признаки заявляемого вертикального сепаратора обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в повышении производительности и эффективности выделения из исходной смеси полноценных компонентов.
Сравнение заявляемого вертикального сепаратора с прототипом позволило установить соответствие критерию «новизна».
Предлагаемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как достигнут результат, удовлетворяющий существенную потребность повышения эффективности процесса сепарации и в снижении энергозатрат.
Заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применимость» так как может быть использовано в сельском хозяйстве при сепарации семян зерновых.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на чертеже показана конструктивно-технологическая схема заявляемого вертикального сепаратора-транспортера.
Вертикальный сепаратор-транспортер включает внутренний 1 и внешний 2 цилиндрические вертикальные каналы. В верхней части каналов 1 и 2 расположен загрузочно-разгрузочный приемник 3 с выпускной кольцевой щелью 4. Загрузочно-разгрузочный приемник 3 снабжен устройством для регулирования колебаний нагрузки и ориентации центра масс зерновых частиц, включающим коническую направляющую 5 в виде расположенного большим основанием вниз конуса и расположенный под ней воронкообразный питатель 6, образующий кольцевую щель 4. Коническая направляющая 5 зафиксирована при помощи кронштейнов 7 к регулирующему устройству 8, установленному с возможностью перемещения в направляющих 9, закрепленных на стенке загрузочно-разгрузочного приемника 3. Вершина конуса направляющей 5 закреплена к неподвижному вертикальному валу 10. Воронкообразный питатель 6 посредством кронштейнов 11 прикреплен к регулирующему устройству 12, установленному с возможностью перемещения в направляющих 13, закрепленных на стенке загрузочно-разгрузочного приемника 3. Под загрузочно-разгрузочным приемником 3 во внутреннем цилиндрическом канале 1 расположены одна под другой ступени рабочих органов. Каждая ступень рабочих органов включает последовательно расположенные коническую гофрированную направляющую 14, отражательный элемент 15 в виде расположенного большим основанием вниз усеченного конуса и воронкообразный делитель 16 с кольцевой выпускной щелью 17 для неупругих частиц зерновых. Коническая гофрированная направляющая 14 первой ступени установлена под выпускной кольцевой щелью 4 загрузочно-разгрузочного приемника 3. Гофрированные направляющие 14 каждой ступени закреплены при помощи кронштейнов 18 к регулирующему устройству 19, установленному с возможностью перемещения по направляющим 20, закрепленным на стенке внешнего цилиндрического канала 2. Отражательные элементы 15 каждой ступени закреплены посредством приспособления 21 к внутреннему вертикальном валу 22, установленному с возможностью вращения и соединенному с электроприводом 23. Внутренний вал 22 расположен во внешнем неподвижном валу 10. Воронкообразный делитель 16 каждой ступени выполнен в виде цилиндрической поверхности соосно с воронкообразным конусом и расположен над конической гофрированной направляющей 14 нижерасположенной ступени. Делители 16 закреплены посредством кронштейнов 24 к регулирующему устройству 25, установленному с возможностью перемещения по направляющим 26, закрепленным на стенке внешнего цилиндрического канала 2. Над цилиндрической поверхностью делителей 16 находится приемное щелевое окно 27, расположенное в зоне фокальной линии отражательного элемента 15. Стенки корпуса внутреннего цилиндрического вертикального канала 1 закреплены посредством горизонтальных прутков 28 к стенке корпуса внешнего цилиндрического канала 2. В нижней части внутреннего цилиндрического канала 1 имеется воронкообразный приемник 29 с выпускным кольцевым отверстием 30 для неупругих зерновых частиц. В нижней части внешнего цилиндрического канала 2 имеется воронкообразный приемник 31 с выгрузным кольцевым отверстием 32 для упругих зерновых частиц. Рабочие органы каждой ступени выполнены с различными размерами, уменьшающимися последовательно от ступени к ступени.
Вертикальный сепаратор-транспортер работает следующим образом. Исходный сыпучий материал, например зерно, имеющий произвольное значение начальной скорости, поступает в загрузочно-разгрузочный приемник 3 и падает на коническую направляющую 5. Проходя через зазор между нею и стенкой загрузочно-разгрузочного приемника 3, скорость частиц зернового материала падает практически до нуля. Далее сепарируемый зерновой материал движется к выходу из приемника 3 под действием силы тяжести под углом естественного откоса по слою продукта, расположенного на воронкообразном питателе 6, с ориентацией центра масс зерновой частицы. Частицы сыпучего зернового материала через кольцевую щель 4 поступают на коническую гофрированную направляющую 14 первой ступени рабочих органов, где и приобретают при движении необходимую скорость и формируются в вертикальный кольцевой поток, падающий под действием силы тяжести и инерции на вращающийся кольцевой конусный отражательный элемент 15. Упругие частицы после соударения с отражательным элементом 15 перелетают верхнюю кромку воронкообразного делителя 16 и поступают через щелевое приемное окно 27 в вертикальный цилиндрический канал 2. Остальные смешанные частицы зерна с воронкообразного делителя 16 через кольцевую выпускную щель 17 поступают на вторую ступень рабочего органа. На второй и следующей ступенях рабочих органов процесс сепарации повторяется. Частицы упругой фракции, выделенные на всех ступенях, объединяются в приемнике качественных фракций 31 и выводятся через выпускное кольцевое отверстие 32. Неупругая фракция с воронкообразного кольцевого делителя 16 неупругих зерновых частиц поступает в приемник для неупругих и некачественных фракций 29 и выводится через выпускное кольцевое отверстие 30. На каждой ступени сепарации часть упругих зерновых частиц выделяется, поэтому последовательное уменьшение радиальных размеров в каждой ступени рабочих органов приводит к повышению эффективности сепарации.