Устройство для сепарирования зерна и других сыпучих материалов

Полезная модель относится к оборудованию агропромышленного комплекса, в частности, зерноперерабатывающих предприятий, и может быть использована для очистки зерна от примесей.
Известно сепарирующее устройство [1], содержащее рабочую поверхность с установленными на ней рифлями в виде прямоугольных пластин, ограниченную торцевой и двумя боковыми стенками, привод для сообщения поверхности прямолинейных колебаний и питатель для подачи исходной зерновой смеси на рабочую поверхность. В устройстве рифли выполнены зигзагообразными, то есть в виде последовательно расположенных одна за другой пластин, установленных под углом друг к другу, и к направлению транспортирования основного зернового потока по опорной поверхности рабочего органа, совпадающему с направлением колебаний поверхности. Рифли на поверхности расположены так, что образуют зигзагообразные каналы. Зигзагообразные каналы сориентированы на рабочей поверхности так, чтобы под воздействием вибрации происходило транспортирование по поверхности частиц нижнего слоя, заполняющих пространство между рифлями. То есть частицы, заполняющие зигзагообразные каналы, должны иметь возможность перемещаться вдоль каналов. Это исключает образование застойных зон продукта на рабочем органе, а также позволяет осуществлять очистку рабочего органа от находящегося на нем в процессе сепарирования зерна перед остановкой оборудования. Угол ориентации пластин зависит от того какая зерновая культура обрабатывается. Угол определяется из условия обеспечения транспортирования частиц нижнего слоя по опорной поверхности вдоль рифлей. Для легко сыпучих смесей один угол ориентации, для трудно сыпучих - другой. Для исключения образования застойных зон продукта на рабочем органе рифли, расположенные у боковых стенок, должны быть установлены с зазором к ним. Высота рифлей выбрана исходя из условия: рифли должны обеспечить максимально возможное торможение частиц нижнего слоя при их транспортировании вдоль рабочей поверхности. Поэтому в основу выбора высоты рифлей положены следующие условия: отсутствие движения зерен, находящихся между смежными рифлями, в направлении колебаний опорной поверхности в случае любой ориентации, с возможностью их движения только вдоль рифлей; возможность всплывания крупных и легких частиц, оказавшихся между рифлями, в верхние слои зернового потока.
Из этих условий следует, что высота рифлей должна быть не менее половины максимального размера (длины) зерновки сепарируемой зерновой культуры.
Устройство обеспечивает высокий эффект расслоения (самосортирования) зерновой смеси, то есть всплывания в верхний слой зернового потока легких и крупных частиц примесей и погружения в нижний слой мелких и тяжелых частиц. Исходная смесь непрерывно подается питателем на рабочую поверхность, совершающую прямолинейные колебания, в приемную часть, расположенную у торцевой стенки. На поверхности образуется слой зерносмеси, по толщине превышающий высоту рифлей. Под воздействием колебаний рифлей и рабочей поверхности происходит интенсивное самосортирование зерновой смеси. Самосортированию благоприятствует интенсивное послойное движение зернового потока при его движении по опорной поверхности рабочего органа. Достаточно высокая интенсивность послойного движения, определяемая степенью различия скоростей верхнего и нижнего слоев зернового потока, обусловлена значительным тормозящим воздействием рифлей на частицы нижнего слоя, заполняющие пространство между рифлями. Тормозящее воздействие рифлей проявляется в уменьшении скорости частиц нижнего слоя относительно опорной поверхности, вследствие чего увеличивается степень различия скоростей верхнего, не подверженного воздействию рифлей, и нижнего слоев зернового потока.
Самосортирование, как явление направленного в среднем перемещения частиц, отличающихся свойствами, в различные участки объема, занятого сыпучим телом, проявляется при условии наличия движения слоев сыпучего тела, расположенных на различных расстояниях от опорной поверхности, относительно друг друга. Вследствие относительного движения слоев сыпучее тело разрыхляется, увеличивается его объем в направлении свободной поверхности, и ослабевают связи между частицами. Так возникают условия для самосортирования.
Интенсивность самосортирования находится в прямой зависимости от интенсивности послойного движения зерновой смеси. Интенсивность послойного движения определяется степенью различия скоростей слоев зернового потока. Степень различия скоростей слоев определяется не только различием величин скоростей, а также различием направлений скоростей верхнего и нижнего слоев потока.
Верхний слой зернового потока, расположенный над рифлями, совершает движение в направлении колебаний рабочей поверхности. Нижний слой, который составляют частицы, заполняющие пространство между рифлями, совершает движение вдоль рифлей. Следовательно, в рассматриваемом случае угол между направлениями скоростей верхнего и нижнего слоев равен углу ориентации рифлей относительно направления колебаний рабочей поверхности.
Следует заметить, что основным показателем интенсивности самосортирования является скорость вертикального движения (всплывания или погружения) в слое зернового потока частиц, отличающихся от окружающих плотностью и размерами. При этом скорость вертикального перемещения частиц прямо пропорциональна интенсивности послойного движения зерносмеси.
При вибрациях опорная поверхность передает частицам сыпучего тела силовые импульсы. Силовые импульсы передаются от частиц нижнего слоя внутрь сыпучего тела, постепенно уменьшаясь вследствие рассеяния энергии. Максимальные силовые импульсы передаются частицам нижнего слоя, минимальные - верхнего. Усилие, которое можно передать частицам сыпучего тела от опорной поверхности или от смежных частиц, определяется условиями связи и зависит от направления передачи этого усилия. Если условия связи не позволяют передать частицам усилие, необходимое для сообщения им ускорения, которым располагает опорная поверхность, то происходит относительное движение этих частиц. Для частиц, расположенных в разных точках сыпучего тела или имеющих различные физико-механические свойства, условия связи различны, поэтому различны и ускорения, при которых начинается и происходит их относительное движение. Вследствие движения частиц относительно друг друга сыпучая смесь разрыхляется, и увеличивается ее объем в направлении свободной поверхности. Так возникают условия для самосортирования, которое проявляется в направленном в среднем перемещении частиц, отличающихся свойствами, в различные участки объема сыпучего тела.
Как отмечено выше, максимальное усилие опорная поверхность передает частицам нижнего слоя, заполняющим пространство между рифлями. Меньшее усилие опорная поверхность передает частицам слоя, расположенного непосредственно над рифлями. Усилие, передаваемое вышележащим слоям зерносмеси, постепенно уменьшается по мере удаления от опорной поверхности. Таким образом, наибольшее различие в скоростях имеют частицы нижнего слоя, заполняющие пространство между рифлями, и частицы слоя, расположенного непосредственно над рифлями. Следовательно, с наибольшей интенсивностью процесс самосортирования протекает в нижних слоях зернового потока, в большей степени подверженных воздействию рифлей. В соответствии с вышеизложенным в сепарирующем устройстве [1] для обеспечения одинаково высокой интенсивности самосортирования в различных слоях зернового потока по длине рабочей поверхности рифли выполнены переменными по высоте. Для повышения эффективности самосортирования, заключающегося во всплывании легких частиц в верхний слой зернового потока, рифли выполнены так, что их высота увеличивается в направлении движения зерновой смеси вдоль поверхности. В этом случае слои зернового потока находятся в области интенсивного самосортирования поочередно, начиная с нижних слоев в приемной части рабочей поверхности и заканчивая верхними слоями в схдовой части поверхности.
На мукомольно-крупяных предприятиях одной из обязательных операций сепарирования является очистка зерна от легких примесей. Однако, несмотря на различие аэродинамических свойств (скоростей витания) компонентов зерносмеси идеально разделить смесь за один пропуск через пневмосепаратор невозможно. Поэтому для обеспечения требуемой технологической эффективности очистки зерна от легких примесей, например, на крупяных предприятиях предусмотрен двукратный пропуск зерносмеси через пневмосепаратор.
Заметим, что наибольшее влияние на эффективность пневмосепарирования оказывают: условия ввода сепарируемой смеси в пневмосепарирующий канал; удельная зерновая нагрузка на пневмоканал. К условиям ввода зерносмеси в пневмоканал относятся: угол ввода смеси в пневмоканал; предварительное расслоение (самосортирование) исходной зерносмеси перед поступлением ее в пневмоканал; величина и постоянство скорости поступления смеси в канал; равномерное распределение зерновой смеси по ширине приемного фронта пневмоканала.
Использование в пневмосепарирующей машине в качестве питателя сепарирующего устройства [1] с зигзагообразными рифлями переменной высоты позволяет обеспечить указанные выше условия ввода исходной зерновой смеси в пневмосепарирующий канал.
Уменьшить удельную зерновую нагрузку на пневмоканал можно, если снять с рабочей поверхности сепарирующего устройства нижний слой не содержащий легких примесей и направить эту часть зерносмеси на дальнейшую обработку минуя пневмоканал. В пневмосепарирующий канал направляется верхний слой зернового потока, в котором сосредоточены легкие примеси.
Как отмечено выше интенсивность послойного движения зависит от разности скоростей верхнего и нижнего слоев зернового потока. Чем больше разность скоростей слоев, тем выше интенсивность послойного движения. При прочих равных условиях наибольшую разность скорости верхнего и нижнего слоев имеют в том случае, если вектора этих скоростей перпендикулярны.
В соответствии с вышеизложенным можно сделать вывод: на рабочей поверхности с рифлями, образующими с направлением колебаний угол отличный от 90°, процесс самосортирования протекает недостаточно интенсивно. Следовательно, время пребывания зерносмеси на рабочей поверхности в процессе сепарирования используется недостаточно рационально.
Указанного недостатка лишено сепарирующее устройство [2], содержащее наклонную колеблющуюся рабочую поверхность с установленными на ней рифлями в виде прямоугольных пластин, ограниченную торцевой и двумя боковыми стенками, привод для сообщения поверхности прямолинейных колебаний и питатель для подачи исходной зерновой смеси на рабочую поверхность. Устранение указанного недостатка достигнуто путем выполнения рифлей в виде прямоугольных пластин установленных параллельно линии наибольшего ската перпендикулярно направлению колебаний рабочей поверхности. Рифли установлены на поверхности так, что обеспечивают наибольшее возможное тормозящее действие на нижний слой зерновой смеси, то есть слой, расположенный между рифлями. Рифли обеспечивают наибольшее возможное тормозящее воздействие на слой, если они расположены так, что исключают движение частиц слоя, заполняющего пространство между рифлями, в направлении колебаний рабочей поверхности. Для выполнения этого условия рифли, выполненные в виде прямоугольных пластин, должны быть сориентированы на рабочей поверхности так, чтобы они образовывали с направлением колебаний угол равный 90°. При такой установке рифлей должно быть обеспечено транспортирование частиц нижнего слоя вдоль рифлей. Это исключает образование застойных зон продукта на рабочем органе, а также позволяет осуществлять очистку рабочего органа от находящегося на нем в процессе сепарирования зерна перед остановкой оборудования. Выполнение этих условий обеспечено установкой на наклонную поверхность рифлей параллельно линии наибольшего ската поверхности и сообщения ей прямолинейных колебаний перпендикулярно линии наибольшего ската. При таком расположении рифлей движение нижнего слоя в направлении колебаний становится невозможным. Благодаря наклону рабочей поверхности к горизонтали частицы нижнего слоя совершают движение вдоль рифлей (вдоль линии наибольшего ската) вниз по наклонной поверхности. Верхний слой зернового потока под действием колебаний рабочей поверхности в силу симметрии движущих сил и сил сопротивления относительному движению совершает колебания в направлении перпендикулярном линии наибольшего ската поверхности. Одновременно с этим колебательным движением частицы верхнего слоя совершают медленное эволюционное движение вдоль линии наибольшего ската вниз по наклонной рабочей поверхности. Такое движение верхнего слоя является следствием совместного действия двух взаимно перпендикулярных сил: силы инерции переносного движения, направленной перпендикулярно линии наибольшего ската, и составляющей силы тяжести, направленной вдоль линии наибольшего ската рабочей поверхности. Следует заметить, что движение верхнего слоя вдоль линии наибольшего ската способствует движению частиц нижнего слоя между рифлями. При этом угол между векторами скоростей верхнего и нижнего слоев мало отличается от прямого угла. Рифли могут быть выполнены переменными по высоте. Рифли могут быть выполнены увеличивающимися по высоте в направлении движения зерновой смеси по рабочей поверхности, то есть в направлении от приемной части, расположенной у торцевой стенки, к схдовой части рабочей поверхности. Рифли могут быть выполнены уменьшающимися по высоте в направлении движения зерновой смеси по рабочей поверхности. Рифли при любом исполнении имеют максимальную высоту меньше высоты торцевой и боковых стенок. Во всех описанных случаях исполнения рифлей их высота может меняться либо плавно, либо ступенчато.
Следует отметить, что в устройстве боковые стенки, ограничивающие рабочую поверхность, расположенные перпендикулярно направлению колебаний, установлены к плоскости рабочей поверхности под углом отличным от 90°. Это обстоятельство имеет следующее объяснение. При колебаниях рабочего органа силовые импульсы передаются частицам сыпучего тела от ограничивающих его поверхностей в направлении их колебаний. Действие силовых импульсов, передающихся частицам зерновой смеси от опорной поверхности, проявляется в послойном движении и самосортировании зерносмеси, а также в ее транспортировании по рабочей поверхности, что обеспечивает непрерывность процесса сепарирования. Силовые импульсы, передающиеся частицам зерновой смеси в направлении колебаний рабочего органа от стенок, ограничивающих рабочую поверхность, внутрь сыпучего тела вызывают нарушение послойного движения зернового потока. Частицы зерновой смеси под действием этих силовых импульсов совершают хаотичное движение на некотором расстоянии от стенок. Нарушение послойного движения зерновой смеси сопровождается снижением эффективности процесса самосортирования. Уменьшить влияние стенок на послойное движение зерновой смеси можно, выполнив стенки не перпендикулярно плоскости рабочей поверхности. При такой установке стенок силовые импульсы передаются от них частицам зерновой смеси под некоторым углом к свободной поверхности зернового потока. При этом вертикальная составляющая силовых импульсов стимулирует процесс самосортирования, то есть вертикальная составляющая силовых импульсов способствует всплыванию и погружению (вертикальному движению) в слое зерносмеси частиц, отличающихся от окружающих плотностью и размерами. Горизонтальная составляющая силовых импульсов в силу малости не оказывает существенного влияния на послойное движение зерновой смеси. Во всяком случае при такой установке стенок существенно уменьшается область зернового потока, в которой имеет место нарушение послойного движения.
Устройство может быть использовано, например, в качестве питающего устройства для подачи исходной зерновой смеси в пневмосепарирующий канал при осуществлении процесса очистки зерна от легких примесей в вертикальном воздушном потоке.
Одной из причин невысокой технологической эффективности пневмосепарирования является то обстоятельство, что исходная зерновая смесь поступает в пневмоканал многослойным потоком, то есть потоком, в котором частицы разделяемых компонентов распределены по всей толщине зернового слоя. Вследствие этого, частицы разделяемых компонентов в зоне сепарирования в пневмоканале соударяются при движении в противоположных направлениях. В результате соударений и сцеплений легкие примеси, которые по условиям процесса сепарирования должны двигаться в пневмоканале вверх против основного потока тяжелых частиц (зерна), увлекаются вновь поступающим в пневмоканал зерном и попадают в фракцию очищенного зерна, снижая эффективность пневмосепарирования. То есть, легкие частицы при движении в пневмоканале вверх должны преодолеть сопротивление от вновь поступающего в канал продукта. Не испытывают такого сопротивления только частицы, находящиеся в верхнем слое зернового потока, поступающего в пневмоканал. Следовательно, повысить эффективность процесса пневмосепарирования можно, обеспечив расслоение зерновой смеси перед подачей ее в пневмоканал.
Таким образом, использование настоящего сепарирующего устройства в качестве питающего для подачи исходной зерновой смеси в вертикальный восходящий воздушный поток при очистке зерна от легких примесей, способствует повышению эффективности процесса очистки вследствие расслоения (самосортирования) зерносмеси перед подачей ее в пневмоканал.
Заметим, что одним из факторов оказывающих наибольшее влияние на эффективность пневмосепарирования является удельная зерновая нагрузка на пневмоканал. Снижение удельной нагрузки на пневмоканал, во-первых, повышает технологическую эффективность процесса, во-вторых, снижает расход воздуха на пневмосепарирование. Снижение расхода воздуха, необходимого для обеспечения очистки зерна от легких примесей, приводит к снижению энергоемкости процесса сепарирования, улучшению условий работы аспирационной сети предприятия и снижению воздухообмена в помещении при работе пневмосепараторов на разомкнутом цикле воздуха.
В соответствии с вышеизложенным повышение эффективности и снижение энергоемкости процесса очистки зерна от легких примесей может быть обеспечено путем снятия с рабочей поверхности питающего устройства нижних слоев зернового потока не содержащих легких примесей и направления этой части зерна на дальнейшую обработку, минуя пневмоканал.
Указанное устройство наиболее близко по решаемой задаче и конструктивному выполнению к предлагаемому и принято нами за прототип.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности процесса очистки зерна от легких примесей и снижение энергоемкости процесса путем уменьшения количества зерна, направляемого на пневмосепарирование, при обеспечении расслоения зерновой смеси при ее поступлении в пневмоканал.
Задача решена тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем наклонную рабочую поверхность с выполненными на ней рифлями в виде прямоугольных трапеций установленных параллельно линии наибольшего ската, ограниченную торцевой и двумя боковыми стенками, установленными под углом к плоскости рабочей поверхности, отличающимся от 90°, привод для сообщения поверхности прямолинейных колебаний перпендикулярно линии наибольшего ската и питатель для подачи исходной зерновой смеси на рабочую поверхность на сходовом конце рабочей поверхности установлен нож, режущая кромка которого параллельны направлению колебаний. Нож может быть установлен на различном расстоянии от плоскости опорной поверхности, на которой установлены рифли. Режущая кромка ножа может располагаться на рифлях, может располагаться выше рифлей. Заметим, что при таком использовании устройства максимальную высоту рифли имеют на сходовом конце рабочей поверхности, то есть там, где установлен нож.
Сопоставительный с прототипом и уровнем техники анализ указывает на отличия в выполнении и расположении ножа на рабочей поверхности. Это обеспечивает предложению соответствие критерию изобретения - новизна, а не очевидность этого решения для специалистов по сепарированию сыпучих смесей - соответствие изобретательскому уровню.
Промышленная применимость обеспечена широким использованием сепарирующей техники при обработке зерновых смесей и незначительными изменениями в конструкции серийно выпускаемых пневмосепараторов при использовании в них такого рабочего органа в качестве питающего устройства. Кроме того, данное устройство может быть использовано как самостоятельный рабочий орган, обеспечивающий разделение (фракционирование) исходной зерновой смеси на две фракции: фракцию, очищенную от легких примесей; фракцию, в которой сосредоточены в большом количестве легкие примеси, находящиеся в исходной зерносмеси. Фракция, содержащая зерно, очищенное от легких примесей направляется на дальнейшую обработку, минуя пневмосепаратор. Вторая фракция с сосредоточенными в ней легкими примесями направляется на пневмосепарирование. Следует заметить, что выделение легких примесей в одну из фракций происходит с высокой степенью их извлечения. При этом извлечение легких примесей происходит при вибрационном перемещении зерновой смеси по прямолинейно колеблющейся поверхности. То есть при осуществлении менее энергоемкого процесса сепарирования, чем воздушное. Предлагаемое устройство почти в два раза сокращает количество зерновой смеси направляемой на пневмосепарирование.
Устройство прошло опытную проверку, что подтвердило теоретические обоснования.
Рассмотрим, как такая установка ножа влияет на достижение поставленной цели. Предложенное устройство устраняет недостаток прототипа путем установки ножа, который обеспечивает разрезание основного зернового потока на две части без перемешивания слоев. При использовании такого сепарирующего устройства в качестве питающего устройства, обеспечивающего подачу исходной зерновой смеси в пневмосепарирующий канал, нижняя часть зернового потока, находящаяся под ножом и не содержащая легких примесей, направляется на дальнейшую обработку, минуя пневмоканал. Это позволяет уменьшить удельную зерновую нагрузку на пневмосепарирующий канал. В пневмоканал поступает верхняя часть основного зернового потока, расположенная над ножом. Так как нож не вызывает перемешивание зерновой смеси при ее разрезании, то в верхней части зернового потока, идущей по ножу и поступающей в пневмоканал, обеспечено расслоение (самосортирование) зерновой смеси. Расслоение зерновой смеси означает, что легкие примеси в основном сосредоточены в верхнем слое потока, поступающего в пневмоканал.
Таким образом, для достижения поставленной цели может быть использовано сепарирующее устройство при установке на рабочей поверхности рифлей с увеличивающейся высотой в направлении движения зерновой смеси по поверхности. Кроме того, рифли выполнены в виде прямоугольных трапеций, расположенных вдоль линии наибольшего ската поверхности. Поверхность совершает прямолинейные колебания перпендикулярно линии наибольшего ската поверхности. Такое исполнение рифлей в сочетании с направлением колебаний обеспечивает высокую эффективность расслоения зерновой смеси при ее движении вдоль поверхности. На сходовом конце рабочей поверхности установлен нож, предназначенный для разрезания основного зернового потока на две части без перемешивания слоев. Отсутствие перемешивания слоев при такой установке ножа можно объяснить следующим образом.
Движение верхнего слоя зернового потока, расположенного над рифлями, происходит под действием двух взаимно перпендикулярных сил: составляющей силы тяжести, направленной вниз вдоль линии наибольшего ската и силы инерции переносного движения, направленной перпендикулярно линии наибольшего ската поверхности. Движение верхнего слоя может быть представлено состоящим из перемещений в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Частицы верхнего слоя совершают интенсивное колебательное движение под действием силы инерции переносного движения в направлении перпендикулярном рифлям. Кроме того, частицы верхнего слоя совершают медленное эволюционное движение под действием составляющей силы тяжести вдоль линии наибольшего ската вниз по наклонной поверхности. Частицы нижнего слоя, заполняющие пространство между рифлями, побуждаемые движением частиц верхнего слоя, а также под действием составляющей силы тяжести, направленной вниз вдоль линии наибольшего ската, совершают движение вдоль рифлей. Направление движения режущей кромки ножа при ее колебаниях совпадает с направлением интенсивного колебательного движения частиц верхнего слоя. При таком совпадении движений кромки ножа и зернового слоя, нож не передает усилий в слой зернового потока. Этим и объясняется отсутствие перемешивания слоев зернового потока при его разрезании ножом на две части.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого устройства. На рабочей поверхности устройства рифли выполнены в виде прямоугольных трапеций, установленных вдоль линии наибольшего ската перпендикулярно направлению колебаний поверхности. На сходовом конце рабочей поверхности установлен нож, режущая кромка которого расположена параллельно направлению колебаний поверхности. Нож установлен на некотором расстоянии над рифлями. Такая установка режущей кромки ножа зависит от удельной зерновой нагрузки на рабочую поверхность устройства, от максимальной высоты рифлей, которую они имеют на сходовом конце поверхности, и от засоренности исходной зерновой смеси легкими примесями.
Устройство (фиг. 1) состоит из наклонной рабочей поверхности 1, ограниченной торцевой 2 и двумя боковыми стенками 3, с выполненными на ней вдоль линии наибольшего ската рифлями 4 в виде прямоугольных трапеций, привода 5 для сообщения прямолинейных колебаний перпендикулярно линии наибольшего ската, питателя 6 для подачи исходной зерносмеси на рабочую поверхность и ножа 7 для разрезания основного зернового потока на две части.
Устройство работает следующим образом.
Исходная зерновая смесь, например, зерно пшеницы с легкими примесями, непрерывно подается на рабочую поверхность 1 (фиг. 1), совершающую прямолинейные колебания, в приемную часть, расположенную у торцевой стенки 2. Вследствие того, что торцевая 2 и боковые 3 стенки имеют высоту большую максимальной высоты рифлей 4, на рабочей поверхности образуется слой зерносмеси толщиной превышающей высоту рифлей. При колебаниях рабочей поверхности воздействие рифлей 4 на слой зерносмеси обеспечивает ее самосортирование, проявляющееся во всплывании легких частиц в верхний слой зернового потока. Вследствие такой ориентации рифлей относительно направления колебаний поверхности обеспечивается высокая эффективность процесса самосортирования. При движении зерносмеси вниз по наклонной поверхности от ее приемной части к схдовой, зерносмесь расслаивается. В результате расслоения легкие примеси всплывают в верхние слои зернового потока. Нож 7 разрезает зерновой поток на две части. Для определенности дальнейших рассуждений применим следующую терминологию. Назовем нижнюю часть зернового потока, движущуюся под ножом, первой фракцией - фракция 1. Верхнюю часть зернового потока, движущуюся над ножом, второй фракцией - фракция 2. Фракция 1 состоит из зерна, очищенного от легких примесей. Фракция 2 содержит зерно, в котором сосредоточены практически все легкие примеси, содержащиеся в исходной зерновой смеси. Фракция 1, не содержащая легких примесей, направляется мимо пневмосепаратора на дальнейшую обработку. При использовании предлагаемого устройства в качестве питающего устройства для пневмосепаратора фракция 2, представляющая собой верхнюю часть основного зернового потока, движущуюся по ножу, поступает в пневмоканал. Следует заметить, что, так как нож разрезает основной зерновой поток на две части без перемешивания слоев, то в части зернового потока, поступающего в пневмоканал, легкие примеси сосредоточены в верхнем слое.
Предлагаемое сепарирующее устройство обеспечивает расслоение зерновой смеси перед ее поступлением в пневмосепарирующий канал, а также обеспечивает снижение удельной зерновой нагрузки на пневмоканал, путем снятия с рабочей поверхности устройства части зерна, не требующего очистки от легких примесей, и направления этой части зерна мимо пневмосепаратора на дальнейшую обработку.
Работа предлагаемого сепарирующего устройства была проверена экспериментально. Целью экспериментальных исследований являлась оценка эффективности процесса фракционирования исходной зерновой смеси при работе устройства. Фракционирование исходной зерносмеси на предлагаемом сепарирующем устройстве заключается в выделении из зерновой смеси, поступающей на рабочую устройства, части зерна с высокой эффективностью ее очистки от легких примесей. Эта часть зерна направляется на дальнейшую обработку, исключая процесс очистки от легких примесей воздушным потоком. Вторая часть зерносмеси направляется в пневмосепаратор. Такой процесс фракционирования возможен при выполнении следующих условий. Во-первых, на рабочей поверхности устройства при движении исходной зерновой смеси вдоль поверхности должна быть обеспечена высокая эффективность процесса самосортирования зерносмеси. Во-вторых, при разрезании ножом основного зернового потока, движущегося по рабочей поверхности, режущая кромка ножа не должна вызывать перемешивание слоев зерносмеси.
При таком осуществлении процесса фракционирования зерновой смеси, на предлагаемом сепарирующем устройстве, обеспечивается уменьшение количества зерновой массы, которую необходимо подвергать очистке от легких примесей воздушным потоком. Часть зерновой массы будет очищена от легких примесей при вибрационном перемещении по вибрирующей наклонной поверхности, то есть при осуществлении менее энергоемкого процесса сепарирования, чем очистка зерна от легких примесей воздушным потоком.
Экспериментальные исследования проведены на устройстве, представленном на рисунке (фиг. 1). В исследованиях было использовано зерно пшеницы с легкими примесями. Было исследовано влияние следующих кинематических и установочных параметров: амплитуда и частота колебаний рабочей поверхности; угол наклона поверхности к горизонтали; исходная засоренность зерна легкими примесями; удельная зерновая нагрузка на рабочую поверхность устройства; высота установки ножа. В экспериментах выход и качество фракций определяли снятием количественно-качественных балансов. Фракции подвергали ручной разборке. Массу фракций и легких примесей в каждой фракции определяли их взвешиванием.
Эффективность процесса фракционирования в сепарирующем устройстве оценивали двумя показателями. В качестве первого показателя был использован показатель, которым оценивают эффективность очистки зерна от примесей. Этот показатель равен отношению массы легких примесей во фракции 2 к массе легких примесей, содержащихся в исходной зерносмеси. Он оценивает качественную сторону процесса фракционирования, то есть эффективность очистки зерна фракции 1 от легких примесей. Заметим, что распределение легких примесей по объему исходной зерносмеси носит случайный характер. В какой-то части объема зерносмеси примесей содержится больше, в какой-то - меньше. С целью исключения влияния случайного характера распределения легких примесей по объему зерносмеси, массу легких примесей, содержащихся в исходной зерновой смеси, определяли как сумму масс этих примесей в первой и второй фракциях по результатам их ручной разборки. Таким образом, качественным показателем процесса фракционирования является коэффициент извлечения легких примесей во фракцию 2, равный
Л2
где m - масса легких примесей во второй фракции, г;
Л1
m - масса легких примесей в первой фракции, г.
Вторым показателем, оценивающим количественную сторону процесса фракционирования, является коэффициент извлечения фракции 2, равный отношению массы фракции 2 к сумме масс фракций 1 и 2, выраженный в процентах. Следовательно, коэффициент извлечения фракции 2 определяли по формуле
Фр1
где m - масса первой фракции, кг;
Фр2
m - масса второй фракции, кг.
Фр2
Фр2
Коэффициент извлечения фракции 2 показывает какая часть исходного зерна в процентах направляется на пневмосепарирования. Очевидно, что при вычитании значения коэффициента η из 100%, получаем, какое количество зерносмеси в процентном отношении не требует очистки от легких примесей воздушным потоком. При использовании сепарирующего устройства в качестве питателя пневмосепарирующего канала разность 100%-η показывает на сколько процентов будет снижена удельная зерновая нагрузка на пневмоканал.
Пр
Фр2
На рисунке (фиг. 2) показаны зависимости коэффициента извлечения легких примесей во вторую фракцию η и коэффициента извлечения второй фракции η от числа колебаний рабочей поверхности для одного из реальных сочетаний кинематических и установочных параметров процесса. Представленные на рисунке (фиг. 2) зависимости получены при следующих постоянных кинематических и установочных параметрах: амплитуда колебаний рабочей поверхности А=20 мм; удельная зерновая нагрузка на рабочую поверхность устройства q=12 кг/(ч⋅см); угол наклона поверхности к горизонтали α=3,5°; режущая кромка ножа расположена на рифлях.
Как видно из графика (фиг. 2), коэффициент извлечения легких примесей во вторую фракцию мало зависит от частоты колебаний рабочей поверхности. В области исследованных значений частоты колебаний рабочей поверхности коэффициент извлечения легких примесей изменяется от 93% до 97%. Это свидетельствует о высокой эффективности очистки зерна первой фракции. Следует заметить, что такая высокая эффективность очистки зерна от легких примесей воздушным потоком недостижима. При этом, коэффициент извлечения фракции 2 изменяется от 44% до 83%. Следовательно, при использовании предлагаемого сепарирующего устройства в качестве питателя в пневмосепараторе может быть снижена удельная зерновая нагрузка на пневмоканал минимум в два раза максимум более, чем в пять раз.
Опытная проверка сепарирующего устройства доказала возможность его использования в процессах сепарирования.
Источники информации
1. RU 43797, кл. В07В 1/28, 06.10.2004.
2. RU 166693, кл. В07В 1/28, 23.11.2015.