ЭНЕРГОЭКОНОМНЫЙ ЗЕРНОВОЙ ЭЛЕВАТОР (СПОСОБ И УСТРОЙСТВО)
ENERGY-SAVING GRAIN ELEVATOR (METHOD AND DEVICE)

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для длительного хранения зерна и других сыпучих продуктов (например, круп различного происхождения).
Уровень техники
Известны различные патенты устройств для хранения зерна [патент РФ №2043706; патент РФ №2056722; патент РФ №2101910, МПК A01F 25/00; патент РФ №2116418, МПК A01F 25/00 A01F 25/22; патент РФ №2122313, МПК A01F 25/08, A01F 12/60, A01F 25/16], но ни один из них не может быть взят в качестве прототипа.
Общими недостатками всех перечисленных патентов является высокое потребление энергии на единицу обрабатываемой продукции.
Целью изобретения является снижение энергопотребления, улучшение условий для получения кондиционного товарного зерна и исключение возможности чрезмерного разогрева зерна при длительном хранении.
Указанные цели достигаются следующим образом.
Предлагаемый элеватор для эффективной работы со стратегическими запасами зерна (или круп) представляет из себя несколько цилиндров, один из которых выполнен как емкость для зерна, другой - как внешняя ограждающая и герметизирующая оболочка или кожух, а между ними выполнена цилиндрическая конструкция с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. Особенностью вращающейся цилиндрической конструкции является то, что она выполнена как своеобразный ротор, сочлененный по центральной оси со шнековым (поднимающим зерно) устройством, причем внутренние стенки ротора имеют спирально расположенные желоба. Ротор выполнен подвешенным на подшипнике, расположенном в верхней части опорных конструкций внешнего цилиндра, где сочленен с механизмом привода электрогенератора или самим генератором.
Неподвижная емкость для зерна изготовлена с конусным дном, где находится нижний конец шнекового (или ковшевого для подъема зерна) устройства, причем в корпус шнекового устройства на разных отметках врезаны патрубки воздуходувок для создания направления движения воздуха вверх по спирали. Отличительной особенностью подающегося воздуха является то обстоятельство, что воздух очищен от пыли и спор, а также от отрицательных ионов открытых воздушных пространств, что достигается многослойными матерчатыми фильтрами и некоторыми специальными средствами. Такой преобразованный (деионизированный) воздух снижает жизненные возможности большинства живых организмов (например, мышей и крыс), и они почти не приносят потомства. Более того, схема вентиляции внутреннего объема элеватора устроена по типу многократной рециркуляции с заменой внутреннего воздуха внешним (наружным, свежим) в количестве не более 10 процентов в сутки. Это помогает стабилизировать обменные процессы в зерне на низком энергетическом уровне (схема и особенности вентиляции будут раскрыты в другой заявке).
В емкости для зерна, вдоль вертикальных стен с внутренней стороны, выполнены ковшевые элеваторы (подъемники) для подъема зерна вверх и пересыпке его на спиральные желоба ротора.
Устройство изображено на фигуре 1, где показан внешний кожух 1, внутренняя емкость 2 с ее конусным основанием 3 и боковыми отверстиями 4 для входа потока зерна с вращающегося ротора 5 с его спиральными желобами 6. Внутри емкости для зерна выполнены подъемники 7 для доставки зерна через насадку 8 на спиральные желоба вращающегося ротора.
Конусная часть и цилиндрическая часть емкости для зерна сообщаются с помощью шнекового устройства 9, выполненного с нижним отверстием 10 для захвата зерна в конусной части емкости и верхним отверстием 11 для выброса зерна в цилиндрическую часть емкости.
Конусная часть емкости для зерна разделена с цилиндрической частью воздухонаполненной зоной 12, нижняя часть которой выполнена сплошной, а верхняя выполнена с мелкими перфорациями для постоянной подачи воздуха под избыточным давлением внутрь емкости для зерна и снижения возможности перегрева зерна при длительном хранении.
Корпус вращающегося ротора выполнен с верхней конусной, перфорированной крепежной конструкцией 13, сочлененной с генератором электроэнергии 14 и подвешен на подшипнике 15.
Для приема зерна, соскальзывающего со спиральных желобов ротора, выполнен внешний конус 16 (воронка), соединенный с конусной частью емкости для зерна и с возможностью поступления зерна в конусную часть емкости через соответствующие отверстия.
Емкость для зерна и шнековое устройство выполнены с опорой на дополнительный стабилизирующий фундамент 17.
То есть мы заявляем: «Энергоэкономный зерновой элеватор, включающий емкости для зерна и систему вентиляции, отличающийся тем, что выполнен с вращающейся конструкцией типа ротора, имеющей на внутренней стороне спиральные наклонные желоба для свободного стекания зерна с верхней отметки на нижнюю с последующим раскручиванием ротора, сочлененного с генератором электроэнергии и подвешенном на подшипнике».
Работает устройство следующим образом.
После загрузки (или во время загрузки) зерна из внешнего источника в воронку 16 с использованием вакуумного загрузочного агрегата (не показан) включают пусковое устройство (не показано) для раскрутки ротора 5 электрогенератором 14 или дополнительным двигателем (не показан), а также для включения всех механизмов подъема зерна и его вентилирования в ходе перемещения по элеватору (воздуходувки (не показаны), подъемники 7, шнековое устройство 9). В этот промежуток времени потребляется энергия из сети в объеме 100% необходимой энергии.
После набора ротором 5 необходимой скорости вращения электрогенератор 14, вырабатывая электроэнергию, покрывает около 50% необходимой для работы элеватора энергии.
Способ сушки и хранения зерна
Известны многочисленные устройства и способы для сушки и хранения зерна и сыпучих материалов. В одном из патентов [Способ сушки и хранения зерна и устройство для его осуществления (RU 2275003), МПК A01F 25/08, A01F 25, A01D 41/133] применено активное вентилирование зерна на различных ярусах, что отдаленно напоминает наше изобретение.
Общими недостатками прототипа и других известных способов сушки и длительного хранения является их скрытая или явная, но высокая энергозатратность. Показатель 5,5 кДж/кг испаренной влаги считают малым расходом энергии, тогда как в предложенном изобретении энергозатратность по испаряемой влаге можно снизить до 4 и даже до 3 кДж/кг. Суть процесса уменьшения энергозатратности кроется также и в неоднократном свободном скольжении по спиральным желобам ротора, где зерно без затрат энергии вентилируется окружающим воздухом с увеличением испарения влаги. Этот процесс повторяется периодически.
Кроме того, общепринятые нормы влажности зерна при длительном хранении составляют, к примеру, 14%. Это справедливо, когда зерно длительное время находится в толстом слое. Но в условиях неоднократного (периодического) перемешивания в процессах перемещения до верхних отметок ротора с последующим падением до нижних отметок зерно можно длительно хранить и при влажности много большей, например, 20%. Затраты на испарение влаги из зерна общепринятым методом по сравнению с обычной работой подъемного устройства для перемещения зерна на верхние отметки желобов ротора значительно выше. И имеются возможности их уменьшить.
Процесс охлаждения и высушивания зерна осуществляется следующим образом.
Зерно, попадающее из ковшевых подъемников 7 на спиральные желоба 6 ротора 5, соскальзывает по желобам вниз в воронку 16 и заставляет вращаться ротор 5. Из желобов 6 и воронки 16 зерно попадает через отверстия 4 в конусную часть дна емкости для зерна, где с помощью шнекового устройства 9 захватывается в зоне отверстия 10 и переносится вверх, вытекая из отверстия 11 емкости. Таким образом, происходит двойное перемешивание зерна, причем оно теряет большую часть излишнего тепла и влаги. Движение воздуха в шнековом устройстве 9 снизу вверх по спирали (врезы воздуховодных труб не показаны) помогает транспортировке зерна вверх емкости, снижает травмируемость зерна и способствует дополнительной потере излишка тепла и влаги в зерне.
Важным обстоятельством является то, что в почти герметичном объеме при постоянном перемешивании и движении зерна, воздух постепенно теряет кислород и накапливает углекислый газ. Условия хранения зерна в подобном устройстве приближаются к хранению в бескислородной среде, как упоминается, например, в патенте РФ №2122313. Процесс уменьшения содержания кислорода и увеличения концентрации углекислого газа происходит автоматически без затраты энергии. Условия хранения зерна улучшаются, а условия жизнедеятельности всех живых организмов ухудшаются.
Загрузка зерна из внешнего источника в емкость 2 элеватора происходит вакуумным способом (не показано) в нижнюю коническую часть емкости 3 (или внешнюю воронку 16) с последующим подъемом зерна подъемником (шнековым устройством) 9 и доставкой зерна в цилиндрическую часть 2 емкости для зерна.
Подобный способ хранения зерна позволяет длительно сохранять высокое качество зерновых запасов и сыпучих материалов другого типа, например круп, с сохранением высоких потребительских качеств с минимальными затратами энергии.
То есть мы заявляем: «Способ хранения зерна, отличающийся тем, что в процессе хранения зерно периодически перемещают на спиральные желоба в верхней части вращающегося устройства (ротора) для его стекания вниз конструкции с последующим раскручиванием ротора, причем емкость для зерна, имеющая цилиндрическую и конусную части, разделена воздухонаполненной перегородкой, куда подают воздух при избыточном давлении, а в подъемное шнековое устройство, соединяющее конусную и цилиндрическую части емкости для зерна, также подают воздух при избыточном давлении».
Источники информации
1. Патент РФ №2043706, Зернохранилище.
2. Патент РФ №2056722, Зернохранилище.
3. Патент РФ №2101910, MПK A01F 25/00, Зернохранилище.
4. Патент РФ №2116418, МПК A01F 25/00, A01F 25/22, Зернохранилище.
5. Патент РФ №2122313. МПК A01F 25/08, A01F 12/60, A01F 25/16, Зернохранилище.
6. Способ сушки и хранения зерна и устройство для его осуществления (RU 2275003), МПК A01F 25/08, A01F 25, A01D 41/133.