УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕПАРАЦИИ СЫПУЧЕЙ СМЕСИ В ТЕКУЧЕЙ СРЕДЕ

Полезная модель относится к сельскому хозяйству и может использоваться в фермерских хозяйствах, на селекционных станциях, семенных заводах, зерновых элеваторах, мукомольной, комбикормовой, химической и других отраслях перерабатывающей промышленности обособленно или совместно с другими видами зерноперерабатывающих машин для воздушной сепарации и очистки семян различных видов сельскохозяйственных культур при подготовке товарного и посевного материала.
Известно устройство для сепарации сыпучей смеси в текучей среде [Патент на изобретение РФ №2270061] содержащее бункер с вибролотком, центробежный вентилятор с воздуховодом и выравнивающим давление дросселем и сопловую решетку с плоскими соплами разного калибра, установленными последовательно по потоку с увеличением сверху вниз калибра сопел, их шага, длины стенок направляющих каналов и острого угла наклона стенок направляющих каналов сопел к плоскости сопловой решетки, и расположенные под соплами и разделенные вертикальными перегородками сборники готовых и повторных фракций. Роль выравнивающего давление дросселя выполняют установленные последовательно перед соплами три решетки. Частицы сепарируемого материала разделяются по фракциям каскадом плоских воздушных струй с разной скоростью потока. На границе между струями возникает турбулентная зона, при прохождении которой частицы сепарируемого материала, обдуваемые воздушными струями с различных сторон начинают вращаться, что усредняет их аэродинамическое сопротивление.
Недостатком данного устройства является неудовлетворительная его работа с материалом, частицы которого имеют ярко выраженную неправильную форму, что свидетельствует о слабом закручивающем действии турбулентных зон между струями. Статичность положения сборников фракций не позволяет проводить настройку устройства с целью получения заданного качества и процентного соотношения материала по фракциям. Наличие центробежного вентилятора дает значительную неравномерность характеристик воздушного потока по ширине устройства, т.к. ширина выходного отверстия вентилятора изначально меньше, чем необходимая ширина сопловой решетки, в связи с этим при сопряжении посредством воздуховода соответственно сопловой решетки и центробежного вентилятора у противоположных стенок воздуховода возникают вихревые зоны, которые обуславливают отклонение направления скорости воздушного потока от осевого направления устройства. Также влияние на интенсивность вихревых зон оказывает неравномерность поля скоростей и давлений воздушного потока по площади выходного отверстия вентилятора, что заложено в принципе работы центробежного вентилятора. Кроме того, при работе устройства с различными видами исходного материала возникает необходимость в управлении скоростью воздушного потока (дросселировании вентилятора). При дросселировании центробежного вентилятора меняется не только количественный, но и качественный характер поля скоростей по площади выходного отверстия, что также влияет на интенсивность вихревых зон.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели (прототипом) является устройство для сепарации сыпучей смеси в текучей среде [Патент на полезную модель №63716] содержащее бункер с заслонкой и с вибролотком, центробежный вентилятор (вентилятор-нагнетатель) с воздуховодом и выравнивающим давление дросселем и сопловую решетку с плоскими соплами разного калибра, установленными последовательно по потоку с увеличением сверху вниз калибра сопел, их шага и острого угла наклона стенок направляющих каналов сопел к плоскости сопловой решетки, и расположенные под соплами и разделенные перегородками сборники фракций, при этом в направляющем канале каждого сопла размещен турбулизатор воздушного потока, а разделяющие сборники фракций перегородки установлены шарнирно с возможностью поворота вокруг горизонтальных осей.
Недостатком прототипа является недостаточная производительность работы устройства, а также снижение качества работы устройства при повышении его производительности. Ширина сопловой решетки является основным параметром определяющим производительность работы устройства. Устройства, представляющие практическую ценность по производительности работы, являются, как минимум в два раза шире существующих центробежных вентиляторов необходимой мощности. Центробежный вентилятор дает значительную неравномерность характеристик воздушного потока по ширине устройства, т.к. ширина выходного отверстия вентилятора изначально меньше, чем необходимая ширина сопловой решетки. В связи с этим, при сопряжении посредством воздуховода соответственно сопловой решетки и центробежного вентилятора, у противоположных стенок воздуховода возникают вихревые зоны, которые обуславливают отклонение направления скорости воздушного потока от осевого направления устройства в районе боковых стенок рабочей камеры устройства, т.е появления зон искаженного воздушного потока, при этом, частицы материала, попадающие в рабочую камеру устройства в этих зонах двигаются не параллельно оси устройства, а отклоняются в направлении боковых стенок устройства и соударяются с ними, приобретая дополнительный импульс, и изменяют траекторию своего движения. В связи с этим, частицы, имеющие одинаковые характеристики массы, формы и состояния поверхности у стенок рабочей камеры устройства и в районе оси устройства имеют разные траектории движения и попадают, соответственно, в разные сборники фракций. Также, влияние на интенсивность вихревых зон у стенок воздуховода оказывает неравномерность поля скоростей и давлений воздушного потока по площади выходного отверстия вентилятора, что заложено в принципе работы центробежного вентилятора. Кроме того, при работе устройства с различными видами исходного материала возникает необходимость в управлении скоростью воздушного потока (дросселировании вентилятора). При дросселировании центробежного вентилятора меняется не только количественный, но и качественный характер поля скоростей по площади выходного отверстия, что также влияет на интенсивность вихревых зон.
Задача, положенная в основу предлагаемой полезной модели, заключается в создании устройства для сепарации сыпучей смеси в текучей среде в котором параметры воздуха будут постоянными по ширине рабочей камеры с минимизацией зон искаженного воздушного потока.
Технический результат, получаемый при использовании данной полезной модели заключается в повышении производительности работы сепаратора, повышение точности разделения смеси, путем уменьшения зон искаженного потока воздуха, а также в снижении потребления электроэнергии.
Указанный технический результат достигается с помощью устройства для сепарации сыпучей смеси в текучей среде, содержащего рабочую камеру, бункер с дозирующим устройством и вибролотком с направляющими ребрами, диаметральный вентилятор-нагнетатель, воздуховод с дросселем, сопловую решетку с плоскими соплами разного калибра, установленными последовательно по потоку воздуха с увеличением сверху вниз калибра сопел, их шага и острого угла наклона стенок направляющих каналов сопел к плоскости сопловой решетки. В направляющем канале каждого сопла размещен турбулизатор воздушного потока. В рабочей камере размещены и расположены под соплами сборники фракций. Сборники фракций разделены перегородками, причем разделяющие сборники фракций перегородки установлены шарнирно с возможностью поворота вокруг горизонтальных осей.
Основное отличие устройства от прототипа заключается в том, что вентилятор-нагнетатель выполнен диаметральным с возможностью регулирования массового расхода воздуха и состоит из рабочего колеса, спирального корпуса, и привода, включающего электродвигатель и клиноременную передачу.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, на которых схематически изображено: на фиг.1 - вертикальный разрез устройства для сепарации сыпучей смеси в текучей среде, на фиг.2 - сопло устройства, на фиг.3 - сборник фракций. Устройство для сепарации сыпучей смеси в текучей среде содержит рабочую камеру 1, бункер 2 с дозирующим устройством (на фиг. не показано), вибролоток 3 с направляющими ребрами (на фиг. не показаны), диаметральный вентилятор-нагнетатель 4 с регулятором потока воздуха (на фиг. не показан), воздуховод 5, дроссель 6, сопловую решетку 7 состоящую из плоских сопел 8 переменных и увеличивающихся сверху вниз калибра и шага расположения. Стенки 9 каналов сопел 8 установлены под острым углом а к плоскости сопловой решетки 7, и угол их наклона увеличивается сверху вниз. На стенках 9 в канале каждого сопла 8 размещены турбулизаторы 10. Турбулизатор 10 выполнен, например, в виде возвышающегося над плоскостью стенки 9 канала прилива или выштамповки, например, прямоугольного сечения, расположенной параллельно кромке стенки 9 на расстоянии, составляющем 15-20% ее длины. В рабочей камере 1 размещены сборники фракций 11, разделенные перегородками 12, шарнирно закрепленными с возможностью их поворота вокруг горизонтальных осей 13. Диаметральный вентилятор-нагнетатель 4 состоит из рабочего колеса (на фиг. не показан), спирального корпуса (на фиг. не показан), регулятора массового расхода воздуха (на фиг. не показан) и привода (на фиг. не показан) включающего электродвигатель (на фиг. не показан) и клиноременную передачу (на фиг. не показан).
Устройство для сепарации сыпучей смеси в текучей среде работает следующим образом. Перед началом работы в бункер 2 с дозирующим устройством (на фиг. не показано), предназначенный для накопления и регулируемой подачи исходного материала в рабочую камеру 1, загружают исходный материал. Включают диаметральный вентилятор-нагнетатель 4, который обеспечивает устройство рабочим телом (воздухом). С помощью регулятора массового расхода воздуха (на фиг. не показан), в зависимости от удельного веса исходного материала, подбирается необходимый расход воздуха для работы, и воздух по воздуховоду 5 через дроссель 6, убирающий неравномерность давления воздуха перед сопловой решеткой, появляющуюся вследствие поворота потока воздуха в воздуховоде, подается к сопловой решетке 7, где соплами 8 разделяется на струи различной скорости и направления. При этом, в области соприкосновения воздушных потоков, исходящих с различной скоростью из смежных сопел 8, образуется турбулентный слой. Формирование начального вихря в направляющем канале сопла 8 вследствие отрыва турбулизатором 10 пограничного слоя воздушного потока от стенки 9 направляющего канала увеличивает степень турбулентности пограничного слоя в рабочей камере 1, расширяет его зону. Затем открывают дозирующее устройство (на фиг. не показано) бункера 2, и исходный материал поступает на вибролоток 3, имеющий направляющие ребра (на фиг не показаны) предназначенные для равномерного распределения исходного материала по ширине рабочей камеры устройства, из которого с постоянной начальной скоростью подается в рабочую камеру 1, в которой происходит разделение исходного материала на фракции и сбор готовой продукции. Разделение исходного материала происходит следующим образом: частицы исходного материала, проходя поочередно области формируемых соплами 8 воздушных потоков и пограничных слоев между ними, в последних приводятся во вращение потоком воздуха с высокой степенью турбулентности и хаотично вращаются с высокой частотой. При этом, среднее аэродинамическое сопротивление вращающихся частиц с одинаковыми характеристиками массы, геометрической формы и состояния поверхности одинаково, вследствие чего они движутся по близким траекториям и попадают в соответствующий сборник фракций 11.
Изменяя положение разделительной перегородки 12 путем ее поворота вокруг горизонтальной оси 13, регулируют положение и площадь приемного отверстия сборника фракции, что повышает точность попадания в данный сборник частиц с заданными характеристиками.
Особенностью работы диаметрального вентилятора 4 является то, что при работе он создает плоскопараллельный поток воздуха с постоянными параметрами по всей ширине вентилятора, причем ширина диаметрального вентилятора ограничивается только прочностью его конструкции. Это позволяет изготавливать вентилятор равным ширине рабочей камеры 1 устройства заданной производительности, что позволяет добиться бесступенчатого сопряжения сопловой решетки 7 и вентилятора 4, что исключает появление вихревых зон в районе сопряжения, и, как следствие, уменьшает зоны искаженного воздушного потока в рабочей камере 1 устройства, что обеспечивает увеличение точности разделения смеси. Кроме того, ввиду постоянства параметров воздуха по ширине устройства, отпала необходимость использовать дроссель 6 для выравнивания параметров воздуха по ширине устройства. Таким образом, использование дросселя 6 необходимо только для выравнивания параметров потока воздуха по высоте сопловой решетки, что позволяет снизить его сопротивление и использовать для привода вентилятора 4 электродвигатель меньшей мощности и как, следствие уменьшить потребление электроэнергии.