Установка для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева
INSTALLATION FOR GRANULATION OF GROUND RAW MATERIAL WITH TOOTH RING MATRIX DURING DIELECTRIC HEATING

Предлагаемое изобретение относится к сверхвысокочастотному оборудованию и может быть использовано при производстве гранулированного комбикорма, например, из смеси зерноотходов и непищевых отходов животного происхождения, влажностью до 25%.
Прототипом является гранулятор с двумя равными колесами-матрицами, имеющими внешнее зацепление. Этот гранулятор выдавливающего типа с формированием гранул в канале прессования кольцевой матрицы. В них сырье, попадая в полость между колесами-матрицами, вдавливается зубьями в канал прессования. Выдавливаемые из канала прессования гранулы диаметром 10-14 мм срезаются неподвижным ножом. Такие грануляторы не могут обеспечить высокую прочность и плотность гранул, и обеззараживать их в связи с короткой выдержкой сырья под давлением; необходимо создавать высокое давление для сдвига сжатого сырья в матричных каналах; существенный нагрев матриц при сдвиге частиц сырья и потери этого тепла в окружающую среду [1].
Технической задачей изобретения является устранения указанных недостатков, увеличения пропускной способности и сокращение энергозатрат при реализации в фермерских хозяйствах. Планируется снизить энергоемкость процесса гранулирования сырья усилением их вязкости за счет диэлектрического нагрева.
Технический результат достигается тем, что установка для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева содержит, внутри каждого из двух эллипсоидных резонаторов, выполненных из равных нижних и верхних сферических частей, зубчатые кольцевые матрицы из диэлектрического материала, установленные между прижимными диэлектрическими кольцами,
причем верхние диэлектрические кольца жестко закреплены к валам, один из которых приводной, а второй ведомый,
при этом по наружным периметрам зубчатых кольцевых матриц, до зоны внешнего зубчатого зацепления, установлены экранирующие ободы, имеющие внутренние пазы для зубьев,
причем в нижних частях эллипсоидных резонаторов имеются выгрузные кольцевые отверстия, шириной не более, чем четверть длины волны, и диэлектрические скребки, прикрепленные к валам,
а в верхних частях эллипсоидных резонаторов расположены излучатели от сверхвысокочастотных генераторов, при этом на уровне каналов для прессования, с внутренней стороны зубчатых кольцевых матриц, жестко закреплен диэлектрический нож к нижнему основанию приемного лотка из неферромагнитного материала, установленного под эллипсоидными резонаторами,
при этом камера для приема измельченного сырья, выполненная из неферромагнитного материала, расположенная над эллипсоидными резонаторами, на нижнем основании, в зоне внешнего зубчатого зацепления, имеет прорезь.
На фиг. 1 приведено пространственное изображение установки для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева (вид спереди в разрезе):
1 - эллипсоидные резонаторы;
2 - излучатели от сверхвысокочастотных генераторов;
3 - экранирующий обод;
4 - зубчатые кольцевые матрицы, выполненные из диэлектрического материала, например из фторопласта;
5 - нож для срезания гранул из диэлектрического материала;
6 - скребок для выгрузки гранул из диэлектрического материала;
7 - приводной вал, соединенный с валом электродвигателя;
8 - выгрузное кольцевое отверстие;
9 - внешнее зубчатое зацепление;
10 - каналы для прессования в матрице;
11 - ведомый вал; 12 - приемный лоток для гранул;
13 - прижимные кольца из диэлектрического материала;
14 - камера для приема измельченного сырья.
На фиг. 2 приведено пространственное изображение установки для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева (вид сверху в разрезе).
На фиг. 3 приведено пространственное изображение эллипсоидного резонатора с излучателями, внутри которого расположена зубчатая кольцевая матрица, установленная между прижимными диэлектрическими кольцами на приводном валу.
На фиг. 4 приведено расположение зубчатой кольцевой матрицы, установленной между прижимными диэлектрическими кольцами на приводном валу (в разрезе).
На фиг. 5 приведено пространственное изображение зубчатой кольцевой матрицы между прижимными диэлектрическими кольцами (вид снизу).
На фиг. 6 приведено пространственное изображение экранирующего ободка с внутренним пазом для размещения зубьев матрицы.
На фиг. 7 приведено пространственное изображение камеры для приема измельченного сырья.
Установка для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева включает:
эллипсоидные резонаторы 1;
излучатели от сверхвысокочастотных генераторов 2;
экранирующий обод 3;
зубчатые кольцевые матрицы 4, выполненные из диэлектрического
материала (приводная и ведомая матрицы);
нож 5 диэлектрический для срезания гранул;
скребок диэлектрический для выгрузки гранул 6;
приводной вал 7; выгрузное кольцевое отверстие 8;
внешнее зубчатое зацепление 9;
каналы прессования в матрице 10;
ведомый вал 11; приемный лоток для гранул 12;
прижимные диэлектрические кольца 13; камера для приема измельченного сырья 14.
Установка для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева выполнена следующим образом:
Установка для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева содержит эллипсоидные резонаторы 1 и зубчатые кольцевые матрицы 4. Внутри каждого из двух эллипсоидных резонаторов 1, выполненных из равных нижних и верхних сферических частей, расположены зубчатые кольцевые матрицы 4 из диэлектрического материала. Они установлены между прижимными диэлектрическими кольцами 13. Верхние диэлектрические кольца жестко закреплены к валам, один из которых приводной 7, а второй ведомый 11. По наружным периметрам зубчатых кольцевых матриц 4, до зоны внешнего зубчатого зацепления 9, установлены экранирующие ободы 3, имеющие внутренние пазы для зубьев.
В нижних частях эллипсоидных резонаторов 1 имеются выгрузные кольцевые отверстия 8, шириной не более, чем четверть длины волны, и диэлектрические скребки 6, прикрепленные к валам 7,11. В верхних частях эллипсоидных резонаторов 1 расположены излучатели 2 от сверхвысокочастотных генераторов. На уровне каналов для прессования 10, с внутренней стороны зубчатых кольцевых матриц 4, жестко закреплен диэлектрический нож 5 к нижнему основанию приемного лотка 12 из неферромагнитного материала, установленного под эллипсоидными резонаторами.
Камера для приема измельченного сырья 14, выполненная из неферромагнитного материала, расположенная над эллипсоидными резонаторами, на нижнем основании, в зоне внешнего зубчатого зацепления 9, имеет прорезь.
Установка содержит две одинаковые зубчатые кольцевые матрицы 4, одна из которых является ведущей, а другая ведомой. Матрицы выполнены с каналами прессования во впадинах. Поэтому конструкционно-технологическую схему установки можно рассматривать как пресс с выдавливающими одинаковыми зубчатыми кольцевыми матрицами внешнего зацепления.
Рабочий процесс происходит следующим образом. Смешанное сырье определенной влажности (20-25%) из камеры 14 для приема измельченного сырья попадает на зубчатые кольцевые матрицы 4. Так приводная матрица вращается от электродвигателя (приводной вал 7), то вторая ведомая матрица за счет зацепления ее зубьев с зубьями приводной матрицы тоже вращается. Тогда сырье поступает в пространство между зубьями 9 и их поверхностью вдавливается в каналы прессования 10 в матрицах 4. По мере движения сырья в канале прессования 10 напряжения в гранулах уменьшается, осуществляется релаксация напряжений и к выходу она упрочняется. Образованные гранулы вытесняются вновь поступающими порциями сырья и на выходе из каналов прессования 10 срезаются диэлектрическим ножом 5 и падают в лоток для приема гранул 12. Далее гранулы с помощью диэлектрического скребка 6 выгружаются через кольцевое отверстие 8. Сырье, выброшенный из пространства между зубами, попадает на основание камеры 14 для приема измельченного сырья, откуда в последующем попадает в рабочий процесс.
По геометрии зацепления зубьев кольцевой матрицы установка имеет весьма жесткие зацепления, так как диаметры кольцевых матриц 4 равны. Поэтому каналы прессования можно использовать в пределах короткой дуги окружности кольца. Для удержания сырья на рабочей поверхности зубьев целесообразно располагать кольцевые матрицы 4 в горизонтальной плоскости, а подачу сырья осуществлять сверху.
Деформация сырья в установке характеризуется изменением объема пространства между зубами ведущей и ведомой кольцевых матриц, поэтому их диаметр необходимо оптимизировать. Плотность и площадь поперечного сечения гранул можно регулируют с учетом зоотехнических требований. Количество каналов прессования 10 в зубчатых кольцевых матрицах 4 ограничивается по условиям надежности и технологии его изготовления, например из фторопласта. Минимальная длительность нахождения сжатого сырья в каналах прессования 10 определяется исходя из его упруго-вязких свойств и удельной мощности сверхвысокочастотного генератора. Длину канала прессования 10 следует выбирать по условиям необходимого противодавления и релаксации напряжений в грануле.
Коэффициент использования площади канала прессования учитывает эффективность процесса подачи сырья в зону сжатия и степень заполнения объема пространства между зубьями. Поэтому параметры зубчатых кольцевых матриц 4 (угол зацепления, конфигурация профиля зубьев) должны обеспечить необходимую подачу к каждому каналу прессования 10. На увеличения пропускной способности установки влияет количество каналов прессования и их поперечное сечение, частота вращения зубчатых кольцевых матриц 4.
Данную установку рекомендуется использовать для производства стерильных гранул из отходов растительного и животного происхождения, предварительно смешенного в определенной концентрации.
Источник информации
1. В.В. Скидело. Обоснование параметров и режимов работы шестеренного пресса с горизонтальными матрицами. // Диссертация на соискание уч. степени к.т.н., Зерноград, 2016, 150 с.