СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ СЫПУЧЕГО СЫРЬЯ В НЕПРЕРЫВНОМ РЕЖИМЕ
MICROWAVE PLANT FOR DISINFECTING LOOSE RAW MATERIALS IN CONTINUOUS MODE

Предлагаемое изобретение относится к области крупяной, мукомольной и комбикормовой промышленности, в частности к зерноперерабатывающим оборудованиям, а именно к установкам, предназначенным для обеззараживания зерна и продуктов его переработки (рис, перловка, гречка и другие виды круп) воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты.
Известно, что для очистки поверхности зерна применяют два типа машин: обоечные и щеточные. Зерно под действием центробежных сил вращающегося бичевого ротора отбрасывается к поверхности цилиндра и подвергается многократному ударному воздействию, интенсивному трению о ситовую поверхность и между зерновками. В результате пыль, частицы плодовых оболочек отделяются от зерна [1]. Продукты шелушения и зерно разделяются воздушным потоком при последующей обработке. Недостатки: большой расход электроэнергии, быстрый износ рабочих органов.
Аналогом является энтолейтор, где основным рабочим органом служит ротор в виде двух горизонтальных дисков, между которыми расположены втулки. Эта машина ударного действия предназначена для обеззараживания зерна, для дополнительного измельчения крупок [1, стр. 72, 149]. Недостатком является то, что при многократном механическом ударе происходит неполное уничтожение амбарных вредителей, а микробиологическая обсемененность снижается незначительно.
,
Известна сверхвысокочастотная установка предназначенная для обеззараживания зерна за счет многократного механического удара и специфического действия ЭМПСВЧ [2]. Основной рабочий орган энтолейтора – ротор, состоящий диска, на котором по периферии расположены цилиндрические дифракционные резонаторы. Ротор расположен в экранирующем корпусе с патрубками для приема и выгрузки продукта. На верхнем основании экранирующего корпуса установлены сверхвысокочастотные генераторные блоки. Резонаторы, собранные из неферромагнитных втулок, образуют рабочую камеру, представленную в виде комбинированной резонаторно-лучевой электродинамической системы. К недостаткам следует отнести низкую производительность и трудности обеспечения непрерывного режима работы.
)
Прототипом можно считать СВЧ-установку с тороидальными резонаторами для термообработки зерна в процессе шелушения(патент№ 2584029[3].Установка имеет цилиндрический экранирующий корпус с патрубками для приема сырья и выгрузки продукта. В экранирующем корпусе коаксиально расположен пустотелый вал и диэлектрический перфорированный цилиндр. На вал поярусно насажены тороидальные резонаторы с круглым сечением. Тор собран из ободков и соединен пустотелым кольцевым диском. На пустотелом вертикальном валу высверлены несколько радиальных отверстий [3]. Недостатки: трудно согласовать равномерную подачу сырья в тороидальные резонаторы, расположенные ниже по ярусу, со скоростью их вращения.
Технической задачей изобретения является разработка сверхвысокочастотной установки для обеззараживания зерна и продуктов его переработки в непрерывном режиме за счет термомеханического воздействия.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
Сверхвысокочастотная установка для обеззараживания сыпучего сырья в непрерывном режиме характеризуется тем, что внутри цилиндрического экранирующего корпуса соосно установлены диэлектрический ситовый цилиндр и поярусно расположенные роторы, выполненные в виде перфорированных тороидальных резонаторов, центральные части которых представлены параллельно расположенными неферромагнитными кольцевыми дисками, скрепленными диэлектрическими штифтами, расположенными коаксиально, а по периметру кольцевых дисков закреплены неферромагнитные лопасти диаметром меньше, чем диаметр радиального сечения тора, в количестве, равном количеству сверхвысокочастотных генераторов, установленных равномерно на боковую поверхность экранирующего корпуса в местах расположения торов, при этом излучатели от генераторов направлены в торы через отверстия, закрытые диэлектрическими втулками, при этом по внутреннему периметру тора имеется прорез размером больше, чем междисковое расстояние, равное кратной половине длины волны, причем роторы по центру кольцевых дисков жестко закреплены с помощью пустотелых валов, при этом вовнутрь первого пустотелого вала, закрепленного в  подшипниковых опорах, установленных на верхнем основании экранирующего корпуса, направлен приемный патрубок, а последний пустотелый вал в подшипниковых опорах приводится в движение от электродвигателя через передаточный механизм, при этом выгрузные патрубки закреплены соответственно к основаниям ситового цилиндра и экранирующего корпуса.
На фиг. 1 приведено пространственное изображение сверхвысокочастотной установки для термообработки сыпучего сырья в непрерывном режиме (общий вид):
1 – экранирующий корпус; 2 –диэлектрический ситовый цилиндр; 3 – пустотелые валы; 4 – перфорированные торы; 5 – параллельно расположенные кольцевые диски; 6 – лопасти в виде сегментов; 7 – диэлектрические штифты; 8 – приемный патрубок; 9 – СВЧ-генераторы; 10 – патрубок для выгрузки продукта; 11– электродвигатель; 12 – патрубок для выгрузки легких примесей.
На фиг. 2 приведено пространственное изображение сверхвысокочастотной установки для термообработки сыпучего сырья в непрерывном режиме (разрез):
1 – экранирующий корпус; 2 – диэлектрический ситовый цилиндр; 3 – пустотелые валы; 4 – перфорированные торы; 5 – параллельно расположенные кольцевые диски; 6 – лопасти в виде сегментов; 7 – диэлектрические штифты; 8 – приемный патрубок; 9 – СВЧ-генераторы; 10 – патрубок для выгрузки продукта; 11– электродвигатель; 12 – патрубок для выгрузки легких примесей.
На фиг. 3 приведено пространственное изображение цилиндрического экранирующего корпуса.
На фиг. 4 приведено ярусное расположение роторов внутри диэлектрического ситового цилиндра: 2 – диэлектрический ситовый цилиндр; 3 – пустотелые валы; 4 – перфорированные торы; 5 – параллельно расположенные кольцевые диски; 13 – диэлектрические втулки; 14 – отверстия в торе для направления излучателя.
На фиг. 5 приведено ярусное расположение роторов внутри диэлектрического ситового цилиндра (разрез): 2 – диэлектрический ситовый цилиндр; 3 – пустотелые валы; 4 – перфорированные торы; 5 – параллельно расположенные кольцевые диски; 6 – лопасти в виде сегментов; 7 – диэлектрические штифты.
На фиг. 6 приведено пространственное изображение перфорированного тора: 4 – тор; 13 – диэлектрическая втулка; 14 - отверстие.
На фиг. 7 приведено пространственное изображение ротора (центральная часть тороидального резонатора): 3 – пустотелый вал; 5 – параллельно расположенные кольцевые диски; 6 – лопасти в виде сегментов; 7 – диэлектрические штифты.
На фиг. 8 приведен приемный патрубок.
Сверхвысокочастотная установка для обеззараживания сыпучего сырья в непрерывном режиме (фиг. 1) содержит:
экранирующий корпус 1;
диэлектрический ситовый цилиндр 2;
пустотелые валы 3;
роторы, каждый из которых состоит из перфорированного неферромагнитного тора 4, параллельно расположенных кольцевых дисков 5 из неферромагнитного материала, соединенных двумя рядами диэлектрических штифтов 7 и лопастями 6 из неферромагнитного материала в виде сегмента круглого диска;
приемный патрубок 8;
сверхвысокочастотные генераторы 9;
выгрузной патрубок 10;
электродвигатель 11.
Сверхвысокочастотная установка для обеззараживания сыпучего сырья в непрерывном режиме состоит из вертикально расположенного экранирующего корпуса 1 (фиг. 1, 2, 3). Внутри него соосно установлен диэлектрический ситовый цилиндр 2. Внутри ситового цилиндра 2 поярусно соосно установлены роторы в виде перфорированных тороидальных резонаторов 4, 5 из неферромагнитного материала. Каждый тороидальный резонатор выполнен из двух узлов: тороидальная часть 4 (фиг. 4) и центральная часть 5. Центральная часть (фиг. 5, 6) выполнена из параллельно расположенных кольцевых дисков 5 из неферромагнитного материала, закрепленных между собой диэлектрическими штифтами 7. Диэлектрические штифты 7 расположены концентрически в два ряда по периметру кольцевых дисков 5. Нижний диск ротора последнего яруса тороидального резонатора выполнен без отверстий. Диаметр центральных отверстий  кольцевых дисков равен диаметру пустотелых валов. На края кольцевых дисков 5 равномерно по их периметру закреплены неферромагнитные лопасти 6 в виде сегментов. Эти лопасти 6 расположены внутри перфорированного тора по радиальному сечению, поэтому размеры сегмента согласованы с диаметром  поперечного сечения тора 4.
По периметру кольцевых дисков закреплены неферромагнитные лопасти.
Их диаметр меньше, чем диаметр радиального сечения тора, а  количество равно количеству сверхвысокочастотных генераторов. Расстояние межу генераторами согласовано с длиной волны и углом падающих лучей, с тем чтобы исключить нарушение работы соседних генераторов.
Роторы (центральные части тороидальных резонаторов) между собой жестко закреплены пустотелым валом 3. Пустотелый вал 3 с одним концом жестко пристыкован к центру верхнего кольцевого диска 5, а другим концом - к нижнему кольцевому диску ротора, расположенного выше по ярусу. Иными словами, центральные части 5 тороидальных резонаторов выполнены в виде роторов и между собой жестко закреплены с соответствующим пустотелым валом 3. Ротор состоит из двух плоских горизонтально расположенных кольцевых дисков, выполненных из неферромагнитного материала, соединенных между собой диэлектрическими штифтами 7.
На боковую поверхность экранирующего корпуса, в местах расположения торов, равномерно установлены сверхвысокочастотные генераторы так, что излучатели от генераторов направлены в торы через отверстия, закрытые диэлектрическими втулками. Причем сверхвысокочастотные генераторы по ярусам радиально сдвинуты, для лучшего их охлаждения.
По внутреннему периметру тора 4 имеется прорез размером больше, чем междисковое расстояние, равное кратной половине длины волны. По наружному периметру тора 4 равномерно высверлены отверстия 14 (фиг. 4), закрытые диэлектрическими втулками 13. Пустотелый вал 3 от последнего ротора закреплен на подшипниках и через передаточный механизм соединен с валом электродвигателя 11. Приемный патрубок 8, выполненный в виде воронки, расположен над полым валом 3, соединенным с ротором первого яруса. Этот пустотелый вал закреплен на подшипниках, установленных на верхнем основании экранирующего корпуса 1. Выгрузной патрубок 10 соединен к основанию ситового цилиндра 2. Патрубок 12 для удаления легких отходов соединен к основанию экранирующего корпуса 1.
Сверхвысокочастотная установка для обеззараживания сыпучего сырья в непрерывном режиме работает следующим образом.
Включить электродвигатель 11 для вращения тороидальных резонаторов 4, 5. Через приемный патрубок, выполненный в виде воронки 8, сырье высыпается во вращающийся пустотелый вал 3, так как направляющая часть воронки внутри полого вала. Далее сырье рассыпается в междисковое пространство, где захватывается и разгоняется диэлектрическими штифтами 7 и центробежными силами отбрасывается в тороидальную часть 3. Часть сырья высыпается через нижний кольцевой диск и последующий пустотелый вал в междисковое пространство следующего яруса.
Если сырье в тороидальных резонаторах имеется, то включить сверхвысокочастотные генераторы 9. После чего в электромагнитном поле сверхвысокой частоты сырье эндогенно нагревается в процессе перемещения в торе с помощью неферромагнитных сегментов 6.
Кроме этого, сегменты 6 выполняют функцию диссектора, обеспечивающего равномерное распределение падающих и отраженных потоков электромагнитных излучений в торе, а также исключают нарушение работы соседних магнетронов. Для этого расстояние между сверхвысокочастотными генераторами 9, установленными по периметру тора 4, и их количество согласовано с длиной волны и углом падающих лучей.
В результате термомеханического воздействия живые вредители уничтожаются, поврежденные зерна с личинками разрушаются, личинки погибают. Все легкие примеси выдавливаются через перфорацию тора 3 и  ситовый цилиндр 2, накапливаются в нижней части экранирующего корпуса 1, откуда через патрубок 12 легкие примеси удаляются. Часть зерна или крупы, которые прошли через отверстия перфорации тора 4, накапливаются в нижней части ситового цилиндра 2 и удаляются через выгрузной патрубок 10. Диаметр и конфигурация отверстий перфорации тора согласованы с физико-механическими параметрами обрабатываемого сыпучего сырья.
Под действием центробежных сил инерции и воздушного потока продукты зерна движутся от центра к периферии ротора. Вследствие многократных ударов о втулки и корпус зерновые продукты дополнительно измельчаются, а спрессованные комки разрушаются. Измельченный продукт выводится через выпускной патрубок 10.
К основным факторам, влияющим на эффективность обработки зерновых продуктов, следует отнести: окружную скорость ротора; массу загрузки сырья в тороидальные резонаторы; мощность и количество сверхвысокочастотных генераторов, расстояние между перфорированным тором и ситовым цилиндром, диаметр и конфигурацию отверстий перфорации тора 4 и ситового цилиндра 2.
Ситовой цилиндр 2 из диэлектрического материала установлен коаксиально внутри экранирующего корпуса 1 так, что кольцевое пространство между ними минимальное для сбора пыли и других мелких легких примесей.
Привод роторов от электродвигателя через клиноременную передачу. Для этого «общий вал», представленный как объединяющий все пустотелые валы между роторами, вращается в двух подшипниковых опорах, установленных на верхнем и нижнем основаниях экранирующего корпуса 1.
Выгрузной патрубок 10 снабжен устройством для регулирования продолжительности обработки продукта. Через пустотелый вал вместе сырьем засасывается воздух и в процессе завихрения сырья легкие примеси продуваются через перфорацию тора и ситовый цилиндр, далее поступает в кольцевую камеру между экранирующим корпусом и ситовым цилиндром. Скорость вращения роторов регулируется в зависимости от вида обрабатываемого сырья.
Источники информации
1. Бутковский В.А. Технология мукомольного, крупяного и комбикормового производства / В.А. Бутковский, Е.М. Мельников. – М.: Агропромиздат, 1989. С. 67…72.
2. Патент № 2586160 РФ, МПК A23N17/00. РФ, МПК. Сверхвысокочастотная установка для обеззараживания зерна и зернопродуктов / А.Н. Коробков, В.Л. Осокин, А.А. Белов, М.В. Белова, О.В. Михайлова, Г.В. Новикова; заявитель и патентообладатель МАДИ (RU). – № 2014147516/20(076427); заявл. 09.12.2014. Бюл. № 16 − 12 с.
3. Патент № 2584029 РФ, МПК А23N17/00. Установка для обеззараживания и шелушения зерна в электромагнитном поле сверхвысокой частоты / А.А. Белов, М.В. Белова, Новикова Г.В., Михайлова О.В.; заявитель и патентообладатель АНО ВО «АТУ» (RU). – № 2015102653; заявл. 29.01.2015, опубл. 20.05.2016. Бюл. № 14.