ЦЕНТРОБЕЖНО-ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР ЗЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА
CENTRIFUGAL-PNEUMATIC SEPARATOR OF GRAIN MATERIAL

Изобретение относится к устройствам для очистки зернового материала и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве, в мукомольно-элеваторной и комбикормовой отраслях промышленности.
Известен центробежно-пневматический сепаратор, состоящий из загрузочного патрубка, кольцевого пневмосепарирующего канала, ротационного конического разбрасывателя, закрепленного на валу, патрубка для ввода воздуха в пневмосепарирующий канал и вывода из него очищенного зернового материала, загрузочного патрубка и патрубка для отвода отработавшего воздуха с легкими частицами [1].
При работе сепаратора с ротационным коническим разбрасывателем, вращающимся вокруг вертикальной оси, в кольцевой пневмосепарирующий канал вводится веерообразная кольцевая струя обрабатываемого зернового материала, на который воздействует восходящий поток воздуха, вследствие чего достигается разделение материала на две фракции - легкие примеси и очищенный продукт.
По конструктивному оформлению и технологическому процессу такой же центробежно-пневматический сепаратор имеет воздушно-решетная машина МЗП-50 первичной очистки зернового материала [2].
Недостатком данных центробежно-пневматических сепараторов является низкий эффект очистки зернового материала кольцевым пневмосепарирующим каналом вследствие неравномерной концентрации зернового материала (плотность зерновой струи) в зоне очистки: она наибольшая в зоне, прилегающей к разбрасывателю, а по мере приближения к наружной стенке канала она уменьшается и наименьшее значение имеет вблизи данной стенки. Это обусловливает неравномерное сопротивление движению воздушного потока в радиальном, а следовательно, и в кольцевом направлениях канала, и скорость потока воздуха в данных направлениях также неравномерна: ее наименьшее значение у разбрасывателя, а наибольшее - у наружной стенки канала. По этой причине в зоне канала, прилегающей к разбрасывателю, не происходит эффективного выделения легких примесей из обрабатываемого зернового материала, вследствие чего снижается эффект его очистки. Кроме того, при отмеченном распределении зернового материала и скорости потока воздуха в канале происходит вынос полноценного зерна в отходовую фракцию (с легкими примесями) из зоны, прилегающей к наружной стенке канала.
Наряду с отмеченным сепаратором машины МЗП-50 еще присущ следующий недостаток. Поскольку воздушный поток в сепаратор вводится через отверстия, выполненные на верхней части его корпуса - на уровне разбрасывателя, а отводится посредством патрубка, размещенного также в верхней части корпуса и соединенного с осадочной камерой, то при таком конструктивном исполнении воздушной системы поток воздуха воздействует на обрабатываемый зерновой материал практически лишь в зоне его выхода из загрузочного окна (патрубка) и по сути дела не воздействует на веерообразную кольцевую струю материала, сходящего с разбрасывателя. Кроме того, при размещении патрубка, отводящего отработанный поток воздуха, в радиальном направлении искажается равномерность поля скоростей воздуха, вследствие чего не достигается осесимметричной «рабочей» струи воздуха, что также приводит к снижению эффекта очистки зернового материала от легких примесей и потерь зерна (вынос с легкими примесями).
Известен также ценробежно-пневматический сепаратор для очистки зернового материала [3], который состоит из кольцевого пневмосепарирующего канала, рабочая часть которого оброзована двумя концентрично расположенными круговыми цилиндрами. В нижней части канала размещен патрубок, вводящий воздух в канал и выводящий из него очищенный зерновой материал, и верхний патрубок с регулировочной заслонкой, выводящий из канала отработавший воздушный поток с легкими примесями, и патрубок ввода материала в пневмосепаратор.
Обрабатываемый зерновой материал в канал вводится ротационным коническим разбрасывателем, имеющим ряд конусов, закрепленных на некотором расстоянии друг от друга на общем приводном валу. При размещении, например, трех конусов наибольший диаметр имеет верхний конус, а диаметр последующих конусов постепенно уменьшается. На дне верхнего и среднего конусов выполнено центральное отверстие, при этом диаметр отверстия у первого из них больше диаметра второго.
Процесс работы сепаратора протекает следующим образом. Из загрузочного патрубка подлежащий очистке зерновой материал подается на вращающийся верхний конус. От него часть материала под действием центробежной силы вводится в зону, прилегающую к наружной стенке канала, в которой подвергается воздействию восходящего потока воздуха, поступающего в канал через нижний патрубок. Другая часть зернового материала через отверстие верхнего конуса подается на второй конус, с которого часть материала поступает в среднюю зону канала, в которой на него воздействует поток воздуха. Остальная часть материала со второго конуса через его отверстие направляется на вращающийся нижний конус, с которого она подается в зону, прилегающую к внутренней стенке канала, и также попадает под воздействие воздушного потока. В пневмосепарирующем канале из зернового материала потоком воздуха выделяются легкие примеси, которые из сепаратора выводятся через верхний патрубок, а очищенный от воздушно-отделимых примесей зерновой материал из канала отводится через нижний патрубок.
По технической сущности и совокупности существенных признаков центробежно-пневматический сепаратор для очистки зернового материала наиболее близок к заявленному пневмосепаратору, и он принят за прототип [3].
Недостатком данного сепаратора является низкий эффект очистки зернового материала, который обуславливается тем, что пневмосепарирующий канал имеет кольцевую форму, образованную боковыми поверхностями двух соосно размещенных круговых цилиндров, и параболические траектории частиц зернового материала, вводимого в канал верхним конусом, достигнув поверхности внешнего цилиндра, наслаиваются на нее и практически не подвергаются воздействию восходящего воздушного потока. Такой характер движения частиц материала относительно наружной стенки канала объясняется тем, что скорость частиц, введенных сбоку под углом к вертикальному восходящему воздушному потоку, по мере движения по величине и направлению стремится к некоторому пределу, который называется критической скоростью [2]. При этом направление предельной скорости вертикальное, а достигается оно при достаточно большом перемещении частицы, т.е. при большой длине (высоте) канала, вследствие чего существенно увеличиваются габариты и масса сепаратора.
Второй недостаток, присущий пневмосепаратору-прототипу, обусловливается тем, что частицы материала, введенные в канал нижним конусом, также движутся по параболическим траекториям. При этом между внутренней стенкой канала и крайними (расположенными около стенки) параболами пространство не занято движущимися частицами. Эта «мертвая» зона канала увеличивается еще из-за воздействия вертикального потока воздуха, который частицам придает боковой импульс силы, направленный к внешней стенке канала (такому импульсу подвергаются все частицы, в том числе и достигающие поверхности наружной стенки канала).
Задача, которую необходимо решить, заключается в достижении активного воздействия потока воздуха на сепарируемый зерновой материал во всем объеме рабочей части пневмосепарирующего канала, т.е. в повышении эффекта очистки и снижении потерь зерна.
Поставленная задача решена с помощью предлагаемого центробежно-пневматического сепаратора зернового материала, кольцевой пневмосепарирующий канал которого состоит из верхней, средней (основной) и нижней частей, причем основная часть выполнена из соосно расположенных усеченных наружного и внутреннего конусов, являющимися диффузорами (в направлении сверху вниз), при этом большее их основание размещено внизу примерно на одинаковой высоте, угол между образующими в продольном диаметральном сечении наружного конуса меньше, чем этот угол у внутреннего конуса, а высота наружного больше высоты внутреннего
Схема центробежно-пневматического сепаратора зернового материала приведена на чертеже.
Центробежно-пневматический сепаратор зернового материала состоит из кольцевого пневмосепарирующего канала, состоящего из верхней 1, средней (основной) 2 и нижней 3 частей. Основная часть образована соосно расположенными усеченными наружным 4 и внутренним 5 конусами, являющимися диффузорами (в направлении сверху вниз), причем большее их основание размещено внизу примерно на одинаковой высоте, при этом угол между образующими в продольном диаметральном сечении наружного конуса меньше аналогичного угла внутреннего конуса, а высота наружного конуса больше, чем у внутреннего.
В верхней части соосно каналу размещены патрубок 6 для загрузки зернового материала и патрубок 7, выводящий из канала отработавший воздушный поток с легкими примесями; он снабжен регулировочной заслонкой 8. В нижней части 3 канала соосно ему установлен патрубок 9, предназначенный для ввода воздуха в канал и вывода из него очищенного зернового материала. Ротационный конический разбрасыватель, вводящий зерновой материал в пневмосепарирующий канал, представляет собой ряд конусов, закрепленных на некотором расстоянии друг от друга на общем валу 10. На схеме приведены три конуса - верхний 11, средний 12 и нижний 13. Наибольший диаметр имеет верхний конус, а диаметр последующих конусов постепенно уменьшается. На дне верхнего 11 и среднего 12 конусов выполнены соответственно центральные отверстия 14 и 15, при этом диаметр отверстия 14 больше диаметра отверстия 15.
Технологический процесс центробежно-пневматического сепаратора протекает следующим образом. Подлежащий очистке зерновой материал из загрузочного патрубка 6 подается на верхний вращающийся конус 11, которым часть материала под действием центробежной силы вводится в кольцевой пневмосепарирующий канал, в котором подвергается воздействию восходящего воздушного потока, поступающего в канал через нижний патрубок 9. Остальная часть зернового материала через отверстие 14 конуса 11 вводится на вращающийся конус 12, с которого часть материала отводится в пневмосепарирующий канал, в котором на него воздействует поток воздуха. Оставшаяся часть материала с конуса 12 через отверстие 15 поступает на вращающийся нижний конус 13, с которого она поступает в пневмосепарирующий канал и также попадает под воздействие потока воздуха.
В пневмосепарирующем канале потоком воздуха выделяются легкие примеси, которые из пневмосепаратора выводятся через верхний патрубок 7. В последующем эта аэросмесь, состоящая из воздуха и легких примесей, поступает, например, в централизованную воздушную систему для очистки воздуха перед отводом в атмосферу (на схеме система не показана). Зерновой материал, очищенный от воздушно-отделимых примесей, из пневмосепарирующего канала отводится через нижний патрубок 9.
Повышение качества и снижение потерь зерна наряду с вводом зернового материала в зону очистки тремя потоками - верхним, средним и нижним конусами соответственно в зону, прилегающую к наружной стенке канала, в его среднюю часть и к внутренней стенке, достигается благодаря выше отмеченному конструктивному исполнению основной части пневмосепарирующего канала. Так, при обусловленных длине и наклоне поверхности наружного конуса относительно вертикального направления параболические траектории движения частиц зернового материала, введенного в пневмосепарирующий канал, не наслаиваются на внутреннюю стенку его основной части, а в разрыхленном виде подвергаются воздействию восходящего воздушного потока. Вследствие этого в данной зоне пневмосепарирующего канала достигается более полное выделение легких примесей.
При отмеченном наклоне поверхности внутреннего конуса относительно вертикального направления крайние параболические траектории (расположенные ближе к поверхности) частиц зернового материала, введенных в канал нижним конусом разбрасывателя, двигаются вдоль этой поверхности, благодаря чему устраняется «мертвое» пространство в зоне внутренней стенки канала, т.е. вихревое течение аэросмеси (воздух и легкие примеси), и более эффективно используется рабочее пространство пневмосепарирующего канала.
В зависимости от физико-механических свойств отделяемых примесей и назначения обрабатываемого материала (семенное, товарное зерно) скорость воздушного потока в канале регулируется поворотом заслонки.
Таким образом, при работе предлагаемого центробежно-пневматического сепаратора достигается положительный эффект, заключающийся в повышении чистоты обработанного зернового материала и снижения потерь полноценного зерна.
Литература
1. Гончаров B.C., Грабельковский Н.И. Центробежно-пневматический сепаратор для зерновых материалов // Тракторы и сельхозмашины. - 1968. - №6. - С. 26-28.
2. Сычугов Н.П., Сычугов Ю.В., Исупов В.И. Механизация послеуборочной обработки зерна и семян трав. - Киров; ФГУИПП «Вятка», 2003. - 368 с.
3. Патент 2266165 (Российская Федерация). Центробежно-пневматический сепаратор для очистки зернового материала. / Н.П. Сычугов. - Заявка от 02.03.2004, опубл. в БИ №35, 2005. - прототип.