УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН

Полезная модель относится к оборудованию для тепловой обработки семян, а именно к устройствам комбинированного теплового воздействия, радиационного инфракрасными лучами в сочетании с конвекционным, на движущийся транспортерной лентой слой сырья при атмосферном давлении.
Устройство может использоваться в производстве сильного семенного материала зерновых и других аграрных культур, семенников лекарственных трав и эфиромасличных растений с целью обеспечения высокого качества и сохранности, а именно сохранения высокой и одинаковой всхожести всего массива семян и стабильности их биологических свойств при условии отсутствия порчи, поражения микроорганизмами и грибком, а также для биологической активизации семян перед посадкой в почву.
Наиболее близким по технической и технологической сущности и принятым как прототип является устройство для сушки семян (патент RU 198401 U1; МПК F26B 9/06; F26B 3/30), содержащее ленточные транспортеры в виде лотка с опирающейся на него транспортирующей тефлоновой лентой, несущей слой семян, над которыми распределено закреплены трубчатые инфракрасные излучатели, оснащенные отражателями, и средство перегрузки сушащихся семян на ленту нижерасположенного транспортера. Кроме того, устройство содержит средство перемещения сушащихся семян от последнего транспортера в технологической магистрали сушки к первому верхнему транспортеру -началу технологической магистрали сушки, которое включает ковшовый элеватор, загрузочный бункер с датчиком влажности семян, семяраспределительный механизм, состоящий из воронки-накопителя семян и семяподающего выходного патрубка, подвижно соединенного с горловиной воронки-накопителя верхним проемом с возможностью совершения нижним проемом, расположенным над лентой транспортера, дугообразных движений посредством штока линейного электродвигателя, при этом ковши элеватора имеют возможность захвата семян из бункера для транспортировки их к воронке-накопителю и разгрузки в нее семян, а средство перегрузки сушащихся семян на ленту ниже расположенного транспортера выполнено в виде изогнутого листа с ребрами на поверхности.
Недостатки устройства-прототипа следующие. Устройство имеет одну технологическую функцию по тепловой обработке семян - нагревание семенной массы для удаления из нее излишней влаги. Нагревание семян осуществляется радиационным воздействием инфракрасным излучением на слой семян, размещенных на движущихся транспортерных тефлоновых лентах нескольких горизонтальных транспортеров, расположенных каскадом друг под другом. Возникающее под действием инфракрасных лучей температурное поле по высоте слоя сушащихся семян имеет неравномерный градиент. Поэтому, несмотря на перемешивание семенной массы при перегрузках с транспортера на транспортер, имеет место неравномерность высушивания семян за один технологический цикл, что требует увеличения общей продолжительности сушки партии семян. Кроме того, отсутствие в установке принудительной вентиляции находящейся на транспортерной тефлоновой ленте сушащейся семенной массы приводит к образованию паровой подушки в межсеменном пространстве слоя семян и над ним, что значительно замедляет удаление влаги из сушащихся семян. Отсутствие в установке устройства для контроля температуры термообрабатываемой семенной массы также является недостатком, не позволяющим управлять температурным режимом сушки.
Указанные недостатки не позволяют применять установку-прототип для разноцелевой тепловой обработки семян, а именно получать высокую степень равномерного нагрева и высушивания семян, охлаждение перед закладкой на хранение, равномерный биоактивируемый прогрев семян перед высаживанием в почву.
Задачей полезной модели является совершенствование устройства для тепловой обработки семян, движущихся на ленточном транспортере, с целью повышения степени равномерности их нагревания в процессе тепловой обработки и получение, кроме сушки, дополнительных технологических функций: охлаждение семян перед закладкой на хранение, равномерный биоактивируемый прогрев партии семян перед высадкой в почву.
Указанная задача решается тем, что в устройстве для тепловой обработки семян, содержащем ленточные транспортеры с транспортирующей лентой, несущей слой семян, над которыми распределено закреплены трубчатые инфракрасные излучатели, оснащенные отражателями, а также средство перегрузки обрабатываемых семян на ленту ниже расположенного транспортера и средство перемещения обрабатываемых семян от последнего транспортера в технологической магистрали тепловой обработки к первому верхнему транспортеру - началу технологической магистрали тепловой обработки, которое включает ковшовый элеватор, загрузочный бункер с датчиком влажности семян и семяраспределительный механизм, согласно полезной модели транспортирующая лента выполнена из сетчатого материала и прикреплена боковыми краями посредством пружин растяжения к бесконечным пластинчатым цепям, приводные звездочки которых установлены на валах ленточных барабанов, кроме того под семянесущим участком транспортирующей ленты расположены калориферы, над каждым из которых, над семянесущим участком транспортирующей ленты размещен вытяжной вентилятор с зонтом, а в загрузочном бункере элеватора установлен также датчик температуры обрабатываемых семян.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками полезной модели, являются наличие в устройстве для тепловой обработки семян каскада ленточных транспортеров с транспортирующей лентой, несущей слой семян, над которыми распределено закреплены трубчатые инфракрасные излучатели, оснащенные отражателями, а также средства перегрузки обрабатываемых семян на ленту ниже расположенного транспортера и средства перемещения обрабатываемых семян от последнего транспортера в технологической магистрали тепловой обработки к первому верхнему транспортеру - началу технологической магистрали тепловой обработки, которое включает ковшовый элеватор, загрузочный бункер с датчиком влажности семян и семяраспределительный механизм.
Отличительными признаками устройства для тепловой обработки семян от прототипа является то, что транспортирующая лента выполнена из сетчатого материала и прикреплена боковыми краями посредством пружин растяжения к бесконечным пластинчатым цепям, приводные звездочки которых установлены на валах ленточных барабанов, кроме того под семянесущим участком транспортирующей сетчатой ленты расположены калориферы, над каждым из которых, над семянесущим участком транспотирующей сетчатой ленты размещен вытяжной вентилятор с зонтом, а в загрузочном бункере элеватора установлен также датчик температуры обрабатываемых семян.
Совокупность существенных признаков полезной модели обеспечивает устранение недостатков прототипа и является необходимым и достаточным условием для достижения технического результата - повышения степени равномерности нагревания семян в процессе их тепловой обработки и получения дополнительных технологических функций устройства: охлаждения семян перед закладкой на хранение и биоактивируемого равномерного прогрева партии семян перед высадкой в почву.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где на Фиг. 1 показана схема устройства для тепловой обработки семенного материала, движущегося на ленточном транспортере, на Фиг. 2, как вид сверху, показана схема семяраспределительного механизма, на Фиг. 3 приведено сечение Б-Б, показывающее размещение транспортерной сетчатой ленты, прикрепленной боковыми краями посредством пружин растяжения к бесконечным пластинчатым цепям, опирающимся на поддерживающие катки и относительное положение калорифера и вытяжного вентилятора с зонтом, на Фиг. 4 показано сечение Г-Г грузовой ветви транспортера и положение ИК излучателя над ней, на Фиг. 5 показано сечение В-В перегрузочного устройства семян.
Устройство для тепловой обработки семян содержит горизонтальные транспортеры верхний 1 и нижний 2 (между ними могут быть установлены каскадом промежуточные транспортеры). Каждый транспортер имеет индивидуальный привод 3. На валах транспортеров, возле торцов ленточных барабанов 4, имеются звездочки 5, на каждую пару которых одета замкнутая пластинчатая цепь 6. Между пластинчатыми цепями 6, охватывая барабаны, размещена транспортерная сетчатая лента 7 (например, из стекловолокна).
Для предотвращения провисания грузовой части транспортирующей сетчатой ленты 7 от веса семян, находящихся на ней, и обеспечения равномерной плотности инфракрасного излучения на всей облучаемой поверхности слоя семян, пластинчатые цепи 6 опираются на поддерживающие ролики 8, а транспортирующая сетчатая лента 7 боковыми краями прикреплена к пластинчатым цепям 6 посредством пружин растяжения 9, что придает ей натянутое состояние. Под семянесущим участком транспортирующей сетчатой ленты 7 расположены калориферы 10. Калорифер 10 состоит из корпуса 11, трубчатого электронагревательного элемента 12, оснащенного регулятором температуры (на схеме не показан) и приточного вентилятора 13. Над каждым калорифером 10, над семянесущим участком транспортирующей сетчатой ленты 7 размещен вытяжной вентилятор 14 с воздухоулавливающим зонтом 15.
Над семянесущей частью сетчатой транспортирующей ленты 7 установлены инфракрасные лучевые нагреватели 16, состоящие из инфракрасного трубчатого излучателя 17 (например, электронагреваемой фихралевой спирали в кварцевой трубке с тепловой мощностью 10 кВт) и спрофилированного отражателя 18 (например, зеркально полированного алюминия с анодированным покрытием, с отражательной способностью не ниже 95%).
Для перегрузки обрабатываемых семян на транспортирующую ленту 7 ниже расположенного транспортера 2 имеется средство гравитационной перегрузки 19, выполненное в виде изогнутого листа с ребрами на рабочей поверхности. Кроме того, устройство содержит средство перемещения обрабатываемых семян от последнего нижнего транспортера 2 к первому верхнему транспортеру 1, которое включает ковшовый элеватор 20, бункер 21 с датчиком влажности семян 22 (например, модель FIZEPR-SW100.10.6) и датчик температуры 23 (например, Pt-100), а также семяраспределительный механизм 24, состоящий из воронки-накопителя семян 25 с цилиндрической выходной горловиной, семяподающего наклонного цилиндрического патрубка 26, который верхним проемом коаксиально подвижно соединен с горловиной воронки-накопителя 25, а нижний проем расположен над лентой 7 транспортера 1. К стенке верхнего проема семяподающего наклонного патрубка 26 шарнирно прикреплен шток цилиндрического линейного электродвигателя 27 (например, модель LMTB…LMTC), продольная ось которого расположена касательно к стенке проема. Электрическая схема линейного электродвигателя 27 обеспечивает возвратно-поступательное движение его штока. В бункере 21 имеется выгрузочный люк 28 с заслонкой.
Устройство для тепловой обработки семян может работать в трех технологических режимах: сушка семян, охлаждение семян перед закладкой на хранение, биоактивируемый равномерный прогрев партии семян перед высадкой в почву.
При сушке семян запускается работа всех источников тепла установки - инфракрасных нагревателей 16, калориферов 10, а также вытяжных вентиляторов 14. Порция семян засыпается в бункер 21, в котором они захватываются ковшами элеватора 20 и транспортируются вверх к воронке-накопителю семян 25 и, огибая оголовок элеватора 20, инерционно разгружаются из ковшей в воронку-накопитель 25. Откуда, через горловину под собственным весом проходят в семяподающий патрубок 26. Патрубок 26, будучи подвижно соединенным с горловиной, под действием возвратно-поступательных движений штока линейного электродвигателя 27 совершает возвратно-вращательные движения, а его нижний проем соответственно совершает дугообразные возвратные движения над движущейся лентой 7 транспортера 1 в пределах ее ширины. При этом из нижнего проема патрубка 26 поступают семена на движущуюся сетчатую ленту 7 транспортера 1 и ложатся на нее равномерным по высоте, ширине и в направлении движения слоем. Высота слоя семян на ленте 7 может регулироваться изменением скорости ее движения. Непрерывно образующийся слой семян перемещается сетчатой лентой 7 транспортера 1 под инфракрасные лучевые нагреватели 16 и подвергается тепловому воздействию инфракрасного излучения, находясь в движении относительно инфракрасных нагревателей 16.
Интенсивность инфракрасного излучения в нагревателях 16 регулируется изменением величины подаваемого электрического тока и для качественной сушки, а именно максимального сохранения репродуктивности семян, должна обеспечивать щадящий мягкий режим равномерной тепловой обработки, не допускающей перегрева семян с нарушением целостности оболочки и разрушением биологической структуры высокими температурными напряжениями. Величина интенсивности инфракрасного излучения в нагревателях 16 выбирается индивидуально для каждого вида семян.
Однако создаваемое инфракрасными лучами температурное поле по высоте слоя семян имеет неравномерный температурный градиент, поэтому семена нижней части слоя, контактирующие с транспортирующей сетчатой лентой 7, оказываются менее нагретыми. Продолжая двигаться транспортирующая лента 7 перемещает обрабатываемые семена из зоны теплового действия инфракрасного излучения в зону теплового действия потока теплого воздуха, создаваемого калорифером 10. Вертикально восходящий поток теплого воздуха проходит сквозь ячейки сетчатой транспортерной ленты 7 и подает тепло к слою обрабатываемых семян со стороны нижней его части. В результате выравнивается градиент температурного поля по высоте слоя и семена оказываются равномерно нагретыми. Кроме того, поток теплого воздуха активно вентилирует слой обрабатываемых семян, разрушает паровую подушку и выносит выделяющуюся влагу из межсеменного пространства слоя семян к вытяжному вентилятору 14, который удаляет ее из зоны обработки семян. В процессе перемещения на транспортерах 1 и 2 семенная масса подвергается чередующимся воздействиям инфракрасной радиации и теплового воздушного потока. Более полного выравнивания градиента температурного поля в слое сушащихся семян достигают опытным путем соотношением температуры инфракрасного нагрева, температуры воздуха от калорифера 10, скорости перемещения семенной массы транспортерной лентой 7.
После тепловой обработки на конвейере 1, движением ленты 7 семена с помощью средства перегрузки 19 ссыпаются на движущуюся сетчатую ленту транспортера 2, вдоль которой в аналогичном чередующемся порядке установлены и работают инфракрасные лучевые нагреватели 16, калориферы 10, вытяжные вентиляторы 14 с воздухоулавливающими зонтами 15.
Один цикл тепловой обработки партии семян заканчивается выгрузкой семян с транспортера 2 в бункер 21, в котором они перемешиваются движущимися ковшами элеватора 20. Ковши элеватора 20 также захватывают перемешанную семенную массу семян и перемещают их в семяраспределительный механизм 24, откуда они снова поступают на транспортер 1 и далее проходят повторный цикл тепловой обработки. Число циклов тепловой обработки может быть несколько, до достижения всей массой сушащихся семян нормативной влажности. Уровень влажности массы сушащихся семян определяется влагомером, датчик 22 которого установлен в бункере 21, обеспечивает контроль большего объема материала и дает точную оценку влажности при неоднородном распределении влаги в сушащихся семенах.
Высушенные семена перед закладкой на хранение подвергаются охлаждению. В этом технологическом режиме установка работает в следующем порядке. Отключают инфракрасные нагреватели 16 и трубчатые электронагреватели 12 калориферов 10. Все транспортирующие механизмы установки: транспортеры 1 и 2, а также ковшовый элеватор 20 работают, перемещая семена по технологической магистрали.
Приточные вентиляторы 13 калориферов 10 из окружающей среды подают потоком неподогретый воздух к движущейся сетчатой транспортерной ленте 7, несущей слой семенного материала, который проходит через ячейки ленты 7 и межсеменное пространство слоя семенного материала и охлаждает его. Над транспортерной лентой 7 с семенным материалом воздух-агент охлаждения семян собирается зонтом 15 и вытяжным вентилятором 14 удаляется из зоны обработки семян. Измерение и контроль температуры семенной массы в ходе тепловой обработки выполняется датчиком температуры 23. Измеренное значение температуры отражается на дисплее измерителя-контроллера (на схеме не показан). После окончания тепловой обработки семена из бункера 21 выгружаются через люк 28.
В технологическом режиме биоактивируемого прогрева партии семян перед высадкой в почву порядок работы установки аналогичен технологическому режиму сушки, однако нагревательные элементы установки - инфракрасные излучатели 17 и трубчатые электронагреватели 12 калориферов 10 настраиваются на генерацию температуры, соответствующей биологической норме прогрева перед высадкой в почву вида активируемых семян. Для предотвращения перегрева семян в процессе данного вида тепловой обработки ведется измерение и контроль температуры семян датчиком температуры 23. Измеренное значение температуры отражается на дисплее измерителя-контроллера и используется для управления включением / выключением питания нагревателей по релейному закону для гистерезиса по температуре, равного 0,1°С. Управляющий сигнал включения / выключения поступает на твердотельное реле (на схеме не показано), прерывающее или подающее электропитание на нагреватели.
Технико-экономические преимущества устройства, которое заявляется, по сравнению с ближайшим аналогом состоят в том, что выполненное усовершенствование устройства для тепловой обработки семян обеспечивает высокую степень равномерности их нагревания в процессе тепловой обработки и получения, кроме сушки, дополнительных технологических функций: охлаждение семян перед закладкой на хранение, равномерный биоактивируемый прогрев партии семян перед высадкой в почву за счет того, что тепловая обработка движущейся на транспортерной ленте семенной массы выполняется комбинированным способом - радиационным инфракрасным излучением и конвективным потоком подогретого воздуха, при этом транспортирующая лента выполнена из сетчатого материала, а под семянесущим участком транспортирующей сетчатой ленты имеются калориферы, над каждым из которых, над семянесущим участком транспортирующей сетчатой ленты размещены вытяжные вентиляторы с зонтами, кроме того применен приборный контроль температуры обрабатываемых семян.