Пневмоклассификатор
PNEUMATIC CLASSIFIER

Изобретение относится к устройствам, сепарирующим зерновые и другие сыпучие материалы восходящим воздушным потоком, в частности к устройствам для разделения семян на разнокачественные фракции по парусности, и может быть применено при очистке зерна и семян в сельском хозяйстве и продуктов переработки зерна в мукомольно-крупяной и комбикормовой промышленности и других отраслях.
Известен пневмоклассификатор для разделения семян на фракции, содержащий загрузочное приспособление, ряд последовательно чередующихся секций, каждая из которых включает вертикальный аспирационный канал и осадительную камеру, пневмоколлектор и патрубки с заслонками, соединенные с общим для всех секций вентилятором. [Гималов Х.Х., Ларионов Ю.С. Выделение высококачественных семян при послеуборочной обработке. - Селекция и семеноводство, №2, 1984, с. 38-40].
Данное устройство позволяет разделить зерновой материал на ряд разнокачественных фракций по числу вертикальных аспирационных каналов, обеспечивает возможность регулирования режимов разделения семян в каналах с помощью отдельных заслонок в патрубке пневмоколлектора, объединяющего осадительные камеры секций с общим вентилятором. Недостатком данного устройства является низкая эффективность разделения семян на разнокачественные фракции в начальных его секциях, в которых происходит выделение фракций семян с наиболее ценными в биологическом отношении показателями качества, а так же повышенный вынос из осадительных камер начальных секций легких примесей в окружающую среду.
Разделение семян на разнокачественные фракции в пневмоклассификаторе происходит в последовательно расположенных вертикальных аспирационных каналах секций, скорость воздушного потока в которых установлена с уменьшением от первого к последнему каналу. В начальных вертикальных аспирационных каналах выделяется наиболее «тяжелая» фракция семян при высоких скоростях воздушного потока, а легкая фракция семян и воздушно-отделимые примеси, имеющие сравнительно более низкую скорость витания, последовательно переносятся от начальной секции к конечной, постоянно присутствия при разделении более ценных семян на фракции в вертикальных аспирационных каналах в качестве «балласта». Тем самым увеличивая своим присутствием удельную нагрузку в начальных вертикальных аспирационных каналах, так как содержание легких семян и воздушно-отделимых примесей может достигать 20% от общего состава сепарирующего материала.
Скорость воздушного потока, установленная в вертикальных аспирационных каналах начальных секций для выделения наиболее тяжелых фракций, значительно превосходит скорость витания воздушно-отделимых примесей, а размеры осадительных камер начальных секций недостаточны для их качественного осаждения, в связи с чем предотвратить вынос их в окружающую среду не представляется возможным, что, в конечном итоге, скажется на экологии. Если для этого увеличивать размеры осадительных камер, то это приведет к увеличению габаритов пневмоклассификатора и затратам материала на его изготовление. В данном устройстве на качество разделения семян на фракции в вертикальных аспирационных каналах также влияет отсутствие конструктивных элементов, обеспечивающих равномерную подачу сепарируемого материала по ширине вертикального аспирационного канала, и предварительное расслоение компонентов материала по толщине потока перед началом разделения в каждом вертикальном аспирационном канале.
Известен также пневмоклассификатор, включающий загрузочное приспособление, последовательно установленные секции, каждая из которых состоит из вертикального аспирационного канала, сообщенного верхней частью с осадительной камерой, выход которой в нижней части через перепускное окно связан со средней частью вертикального аспирационного канала последующей секции, пневмоколлектор с заслонками, связывающий осадительные камеры секций с всасывающим окном общего для всех секций вентилятора [патент 2054336 C1, RU, МПК 6 В07В 4/00]. Присутствие основной части воздушно-отделимых примесей в процессе разделения семян в вертикальных аспирационных каналах начальных секций данного пневмоклассификатора уменьшено тем, что первая секция в дополнение к его основному вертикальному аспирационному каналу снабжена разгрузочным аспирационным каналом, расположенным между загрузочным приспособлением и вертикальным аспирационным каналом первой секции и сообщенным верхней частью посредством горизонтального воздуховода непосредственно с осадительной камерой последней секции. В конструкции этого пневмоклассификатора основная часть воздушно-отделимой примеси, предварительно до поступления зернового материала на разделение в вертикальный аспирационный канал первой секции, выносится в верхнюю часть разгрузочного аспирационного канала, а затем через горизонтальный воздуховод поступает непосредственно в осадительную камеру последней секции, что обеспечило уменьшение удельной нагрузки в вертикальных каналах начальных секций пропорционально содержанию этих примесей в сепарируемом материале, а также уменьшило вынос легких примесей в окружающую среду в начальных секциях. В данной конструкции количество воздушно-отделимой примеси, выносимой из семян в разгрузочном аспирационном канале и в вертикальном аспирационном канале последней секции, регулировалось с помощью одной общей заслонки, расположенной на выходе осадительной камеры последней секции, в то время как режимы сепарации в указанных каналах должны быть различными. Отсутствие индивидуальной заслонки для регулирования режимов воздушного потока в разгрузочном аспирационном канале и в вертикальном аспирационном канале последней секции не позволяет в них качественно выполнить разделение семян. Наличие в конструкции этого пневмоклассификатора перепускных окон в виде патрубков-тройников перед подачей зернового материала в среднюю часть вертикального аспирационного канала секций позволило обеспечить предварительное расслоение компонентов сепарирующего материала по толщине с учетом их парусности, уменьшить взаимное столкновение частиц в зоне сепарации, выносимых в зависимости от их аэродинамических свойств в нижнюю или в верхнюю части вертикального аспирационного канала. Однако исключить присутствие легких семян и воздушно-отделимой примеси и их влияние на качество разделения биологически наиболее ценных семян в вертикальных аспирационных каналах начальных секций, а также предотвратить вынос в окружающую среду наиболее легких примесей в данной конструкции не представляется возможным. Аэродинамические свойства частиц воздушно-отделимых примесей и семян легких фракций не имеют четкой границы разделения, поэтому выделить в разгрузочном канале из основного потока материала только примеси без потерь полноценных семян невозможно. Поэтому исключить присутствие легких примесей в процессе выделения фракций биологически наиболее ценных семян в начальных секциях певмоклассификатора практически возможно только при установке скорости воздушного потока в разгрузочном аспирационном канале, превышающем не только среднюю скорость витания воздушно-отделимых примесей, но и скорость витания частиц основной массы легкой фракции семян, выделяемой согласно технологии в нижнюю часть вертикального аспирационного канала последней секции. То есть, технологически это могло бы быть реализовано при условии выноса в разгрузочном аспирационном канале в верхнюю его часть вместе с воздушно-отделимыми примесями и части семян легкой фракция, а конструкция такого пневмоклассификатора позволяла бы обеспечить в дальнейшем разделение их друг от друга в вертикальном аспирационном канале последней секции. В этом устройстве, выполнить это невозможно, так как разгрузочный аспирационный канал конструктивно соединен через горизонтальный воздуховод непосредственно с полостью осадительной камеры последней секции.
Выделение на начальной стадии обработки из разделяемого материала легкой фракции семян вместе с воздушно-отделимыми примесями непосредственно в последнюю секцию пневмоклассификатора позволит снизить удельную нагрузку на вертикальный аспирационный канал первой секции на 20% и за счет этого повысить эффективность выделения биологически наиболее ценных фракций семян, а также практически исключить выброс легких примесей из осадительных камер начальных секций в окружающую среду.
Качество разделения семян на разнокачественные фракции в данном пневмоклассификаторе зависит от точности установки определенной величины скорости воздушного потока в каждом вертикальном аспирационном канале его секций. Однако конструктивное соединение всех осадительных камер секций пневмоколлектором с всасывающим окном только одного общего для всех секций вентилятора приводит к тому, что любое изменение расхода воздуха в каком-либо вертикальном аспирационном канале пневмоклассификатора приводит к нарушению раннее установленных режимов воздушного потока в остальных вертикальных аспирационных каналах. То есть, не представляется возможным обеспечить четкое управление границами разделения сыпучего материала на фракции с заданными характеристиками семян. Чаще всего при разделении какой-либо культуры на разнокачественные фракции требуется регулировать режимы воздушного потока в вертикальном аспирационном канале последней секции пневмоклассификатора с целью качественного выделения воздушно-отделимых примесей, аэродинамические свойства которых могут широко варьировать из-за возможности присутствия семян различных культур.
Таким образом, исходя из анализа уровня техники известных устройств аналогичного с изобретением назначения, наиболее близким по конструктивным признакам и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению для разделения семян на разнокачественные фракции является рассмотренный выше пневмоклассификатор, который и принят за прототип.
Задачей изобретения является достижение более высокой эффективности разделения семян на разнокачественные фракции и очистки фракций семян от воздушно-отделимых примесей, а также уменьшение выброса легких примесей в окружающую среду.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается:
- в повышении качества разделения биологически наиболее ценных семян в начальных секциях, что обеспечит возможность на производстве выделить эти семена в «чистом» виде с минимальным их травмированием;
- в повышении качества очистки семян от воздушно-отделимых примесей;
- в снижении загрязнения окружающей среды.
Поставленная задача решена тем, что в конструкции предложенного пневмоклассификатора, имеющем загрузочное приспособление, последовательно установленные секции, каждая из которых состоит из вертикального аспирационного канала, сообщенного в верхней части с осадительной камерой, которая в нижней части через патрубок-тройник связана со средней частью вертикального аспирационного канала последующей секции, а также разгрузочный аспирационный канал, расположенный между загрузочным приспособлением и вертикальным аспирационным каналом первой секции и сообщенный в верхней части с осадительной камерой последней секции посредством горизонтального воздуховода, охватывающего своей нижней стенкой потолочную часть промежуточных каналов с их камерами, а осадительная камера последней секции снабжена в нижней части с выпускным устройством, вентилятор, сообщенный с всасывающим окном через пневмоколлектор с осадительными камерами секций, при этом между вертикальным аспирационным каналом последней секции и осадительной камерой предыдущей секции установлена разгрузочная осадительная камера, которая в нижней выпускной части через патрубок-тройник сообщена со средней частью вертикального аспирационного канала последней секции, а в верхней части со стороны входа через участок горизонтального воздуховода сообщена с разгрузочным аспирационным каналом, а с противоположной выходной стороны через участок горизонтального воздуховода сообщена с осадительной камерой последней секции, полость которой через патрубок с заслонкой соединена с всасывающим окном отдельного вентилятора, при этом объем полости осадительной камеры последней секции больше объема полости разгрузочной осадительной камеры, а горизонтальный воздуховод, соединяющий разгрузочный аспирационный канал с осадительной камерой последней секции также как и воздуховод, сообщающий вертикальный аспирационный канал последней секции с ее осадительной камерой снабжены индивидуальными заслонками, при этом осадительная камера предыдущей секции в нижней части снабжена выпускным устройством. Сопоставительный анализ конструкции пневмоклассификатора по предлагаемому изобретению с прототипом показывает, что он отличается наличием дополнительных конструктивных элементов и их взаимосвязью, а именно между вертикальным аспирационным каналом последней секции и осадительной камерой предыдущей секции установлена разгрузочная осадительная камера, которая в нижней выпускной части через патрубок-тройник сообщена со средней частью вертикального аспирационного канала последней секции, а в верхней части со стороны входа через участок горизонтального воздуховода сообщена с разгрузочным аспирационным каналом, а с противоположной выходной стороны через участок горизонтального воздуховода сообщена с осадительной камерой последней секции, полость которой через патрубок с заслонкой соединена с всасывающим окном отдельного вентилятора, при этом объем полости осадительной камеры последней секции больше объема полости разгрузочной осадительной камеры, а горизонтальный воздуховод, соединяющий разгрузочный аспирационный канал с осадительной камерой последней секции также как и воздуховод, сообщающий вертикальный аспирационный канал последней секции с ее осадительной камерой, снабжены индивидуальными заслонками, причем осадительная камера предыдущей секции в нижней части снабжена выпускным устройством. Установка разгрузочной аспирационной камеры в промежутке между разгрузочным аспирационным каналом и осадительной камерой последней секции позволит предварительно выделить из основного потока сепарируемого материала практически всю воздушно-отделимую примесь вместе с семенами легкой фракции, что исключит их участие в процессе разделения на фракции биологически наиболее ценных семян в начальных секциях, снизит до 20 процентов удельную нагрузку в зоне сепарации в вертикальных аспирационных каналах начальных секций. При этом обеспечена индивидуальная настройка режима воздушного потока в разгрузочном аспирационном канале за счет установки в горизонтальном воздуховоде с помощью заслонки определенной ее величины в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала. Конструкцией пневмоклассификатора предусмотрено, что легкие семена вместе с основной частью воздушно-отделимых примесей, осевшие в разгрузочной осадительной камере, в последующем имеют возможность качественно отделиться от воздушно-отделимых примесей в вертикальном аспирационном канале последней секции при удельной нагрузке в зоне сепарации от 5 до 6 раз меньше, чем в вертикальном аспирационном канале первой секции. Соединение разгрузочной аспирационной камеры в верхней части с полостью осадительной камеры последней секции позволяет части наиболее легких примесей непосредственно вынестись в эту камеру вместе с воздушным потоком. Установка заслонки в воздуховоде, сообщающего вертикальный аспирационный канал с осадительной камерой последней секции, позволяет управлять количеством выносимой из легкой фракции семян воздушно-отделимых примесей в осадительную камеру последней секции. Соединение последней осадительной камеры через патрубок с заслонкой с всасывающим окном отдельного вентилятора позволяет индивидуально, не нарушая режимов сепарации в вертикальных каналах начальных секций, четко управлять границами разделения сепарируемого материала на фракции с заданными характеристиками семян. Так как осадительная камера предыдущей секции технологически изолирована от последней секции установкой разгрузочной осадительной камерой она снабжена выпускным устройством в нижней ее части.
Указанные отличия в предлагаемом пневмоклассификаторе, которые взаимосвязаны между собой технологически и конструктивно для достижения поставленной цели, в уровне известной техники не обнаружены. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Предлагаемое изображение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность: эффективное разделение семян на разнокачественные фракции, сведение к минимуму повреждений биологически наиболее ценных семян благодаря получению их в «чистом» виде на начальных стадиях обработки, обеспечение качественной очистки семян от воздушно-отделимых примесей и снижение выброса легких частиц в окружающую среду.
Заявляемое техническое решение является промышленно применимым, так как может использоваться в сельском хозяйстве при очистке зерна и семян, а также продуктов переработки зерна в мукомольно-крупяной и комбикормовой промышленности и других отраслях.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На чертежах схематично изображен общий вид предлагаемого пневмоклассификатора, на фиг. 1 - схема пневмоклассификатора, состоящая из трех секций и позволяющая аналогично прототипу разделение семян на 5 разнокачественных фракций семян, а на фиг. 2 - упрощенная схема пневмоклассификатора, состоящая из двух секций и обеспечивающая разделение семян на 4 фракции, включая воздушно-отделимую примесь. Наибольшее практическое применение может найти пневмоклассификатор схематично изображенный на фиг. 2 при подготовке семян на сельскохозяйственных предприятиях, поэтому конструкцию и принцип работы рассмотрим на примере его исполнения, позволяющего разделить материал на «тяжелую», биологически наиболее ценную фракцию семян, фракцию семян с пониженными семенными качествами и содержащую часть примесей, не относящихся к воздушно-отделимым, легкую фракцию семян и воздушно-отделимые примеси.
Пневмоклассификатор состоит из загрузочного приспособления 1, последовательно установленных секций, каждая из которых выполнена из вертикального аспирационного канала 2 и 3, верхней частью через воздуховод соединенные с полостью соответствующих осадительных камер 4,5. Между загрузочным приспособлением 1 и вертикальным аспирационным каналом 2 первой секции установлен разгрузочный аспирационный канал 6, который в верхней части посредством горизонтального воздуховода 7 сообщен с осадительной камерой 5 последней секции. При этом нижняя стенка горизонтального воздуховода 7 охватывает потолочную часть вертикальных аспирационных каналов и осадительных камер. Загрузочное приспособление 1 через скатную поверхность и перепускное окно с патрубком-тройником 8 технологически соединено со средней частью разгрузочного аспирационного канала 6. Нижний выход разгрузочного аспирационного канала 6 через скатную поверхность 9 и перепускное окно с патрубком-тройником 10 сообщен со средней частью вертикального аспирационного канала 2 первой секции. Между осадительной камерой 4 первой секции и вертикальным аспирационным каналом 3 последней секции расположена разгрузочная осадительная камера 11, которая конструктивно образована путем расширения в нижнюю часть горизонтального воздуховода 7 и ограничена снизу скатной плоскостью 12, являющейся частью наклонно установленной нижней стенки горизонтального воздуховода 7. Полость разгрузочной осадительной камеры 11 в верхней потолочной части со стороны входа через участок 13 горизонтального воздуховода 7 сообщена с верхней частью разгрузочного аспирационного канала 6, а с противоположной выходной стороны через участок 14 горизонтального воздуховода 7 - с осадительной камерой 5 последней секции. Разгрузочная осадительная камера 11 в нижней части через скатную плоскость 12 и перепускное окно с патрубком-тройником 15 соединена со средней частью вертикального аспирационного канала 3 последней секции. Нижние выходы осадительных камер 4 и 5 аналогичны по конструкции и снабжены выпускными устройствами 16 и 17, которые могут быть выполнены в виде последовательно расположенных друг за другом подпружиненных клапанов 18, 19. Выпускные устройства обеспечивают беспрепятственный вывод осажденного материала из осадительных камер и исключают влияние подсасывания воздуха при выводе материала на установленный режим сепарации в вертикальном аспирационном канале соответствующей секции. Для исключения взаимовлияния на процесс разделения семян в вертикальных аспирационных каналах при изменении режимов сепарации в одном из них, секции снабжены отдельными вентиляторами 20, 21. Для изменения режимов сепарации в вертикальном аспирационном канале 2 первой секции на выходном патрубке осадительной камеры 4 установлена секторная заслонка 22. Аналогичная секторная заслонка 23 установлена и в осадительной камере 5. Для индивидуального регулирования расхода воздуха в разгрузочном аспирационном канале 6 и в вертикальном аспирационном канале 3 последней секции в горизонтальном воздуховоде, соединяющем их с полостью осадительной камеры 5, установлены заслонки 24 и 25. Для равномерного распределения сепарируемого материала по ширине канала, до подачи его в аспирационные каналы, над скатными плоскостями, установлены «подпирающие» клапаны 26, 27, 28. Стенки вертикальных аспирационных каналов 2 и 3, расположенные ниже средней части места ввода в них сепарирующего материала снабжены скатными полками 29. Эти полки позволяют отводить сепарирующий материал от вертикальных стенок канала и направлять их вновь в среднюю часть канала, уменьшая влияние неравномерности скорости воздушного потока по сечению канала на качество разделения семян на фракции.
Пневмоклассификатор работает следующим образом.
Сепарируемый материал из загрузочного приспособления, равномерно распределившись по ширине и расслоившись по толщине потока, через патрубок-тройник 8 поступает в среднюю часть разгрузочного аспирационного канала 6, в котором заслонкой 25 устанавливают такую скорость воздушного потока в зоне сепарации, чтобы до 20% легкой фракции семян вместе со всеми воздушно-отделимыми примесями через участок 13 горизонтального воздуховода 7 было вынесено в разгрузочную осадительную камеру 11. Так как объем разгрузочной осадительной камеры 11 недостаточен для полного осаждения наиболее легких воздушно-отделимых примесей, последние переносятся воздушным потоком через участок 14 горизонтального воздуховода 7 непосредственно в осадительную камеру 5 последней секции. Осевшая в разгрузочной осадительной камере 11 легкая фракция семян вместе с оставшимися воздушно-отделимыми примесями выводятся в нижней ее части и равномерно распределившись по ширине и расслоившись по толщине сепарируемого материала, проходя соответственно через подпирающие клапана 28 и патрубок-тройник 15, поступают в вертикальный аспирационный канал 3 последней секции. Отделение воздушно-отделимых примесей из легкой фракции семян в вертикальном аспирационном канале последней секции происходит при удельной нагрузке от 5 до 6 раз ниже, чем эта примесь выделялась бы из сепарируемого материала в вертикальном аспирационном канале начальной секции без наличия в конструкции разгрузочного аспирационного канала и разгрузочной осадительной камеры. Оставшаяся после разделения в разгрузочном аспирационном канале 6 основная часть семенного материала, аналогично равномерно распределившись по ширине скатной плоскости 9 и расслоившись по толщине после прохождения «подпирающего» клапана 27 и патрубка-тройника 10, поступает в зону сепарации вертикального аспирационного канала 2, где в нижнюю часть канала выводится наиболее «тяжелая», биологически наиболее ценная часть семян. Скорость воздушного потока в данном аспирационном канале 2 устанавливают секторной заслонкой 22 такой, чтобы около половины поступившего на обработку материала было вынесено в осадительную камеру 4. При таких режимах воздушного потока «тяжелая», биологически наиболее ценная часть семян практически не содержит примесей, для выделения которых необходимо было бы использовать другие сепарирующие органы, и она может быть выведена из дальнейшей обработки. Менее ценная фракция семян, обогащенная примесями, выносится в осадительную камеру 4, затем выводится через выпускное устройство 16 и может поступать на очистку от оставшихся примесей на решетных и триерных машинах в зерноочистительных линиях сельскохозяйственных предприятий. Вероятность выноса легких примесей в окружающую среду при фракционировании в первой секции пневмоклассификатора значительно уменьшена, так как она практически вся с фракцией легких семян была предварительно вынесена из общего потока материала в разгрузочном аспирационном канале 6. Это позволило также повысить эффективность разделения семян в вертикальном аспирационном канале 2 первой секции за счет уменьшения удельной нагрузки в зоне сепарации этого канала до 20%.
Применение пневмоклассификатора в зерноочистительных линиях для очистки и сортировки семян позволит уже на начальных этапах их обработки выделить в «чистом» виде наиболее ценную в биологическом отношении часть семян, составляющую около 45-50% от общего объема сепарируемого материала, с минимальным их травмированием и за счет этого в два раза сократить затраты на последующую очистку семян от оставшихся в сепарируемом материале примесей.