ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР
PNEUMATIC SEPARATOR

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве, мукомольно-элеваторной и комбикормовой промышленности для очистки сыпучих материалов, преимущественно зерна и зернистых материалов, от легких примесей воздушным потоком.
Известен пневматический сепаратор, содержащий пневмосепарирующий канал с поперечным окном для ввода сепарируемого материала, в котором установлен на валу питатель, выполненный в виде рифленого валика с ячейками на наружной цилиндрической поверхности [Гортинский В.В., Демский А.Б., Борискин М.А. Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятиях: изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Колос, 1980. - С. 268-270].
Недостатком данного устройства является то, что зерновой материал, истекающий из ячеек валика, распределяется по глубине пневмосепарирующего канала неравномерно. При этом концентрация материала более значительна у стенки канала, расположенной напротив питателя. Кроме того, при увеличении удельной подачи материала происходит сгруживание его у данной стенки. Это обуславливается тем, что исходный материал, поступающий в питатель, от кромок ячеек валика в пневмосепарирующем канале движется по параболическим траекториям, близко расположенным к его стенке, противолежащей питателю. Поэтому основная часть воздуха в канале проходит через более разрыхленную часть зернового потока вследствие того, что она имеет меньше сопротивление движению воздуха. Скорости воздушного потока вследствие отмеченного в пневмосепарирующем канале распределяются неравномерно, что приводит к ухудшению качества очистки зернового материала и выносу части полноценного зерна в отходы.
9
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату к предлагаемому изобретению относится пневматический сепаратор, содержащий пневмосепарирующий канал с поперечным окном для ввода сепарируемого материала, в котором установлен на валу питатель, выполненный в виде рифленого валика с ячейками на наружной цилиндрической поверхности, а со стороны стенки, противоположной питателю, выполнена камера, образованная криволинейной верхней стенкой, соответствующей радиусу поворота шарнирно закрепленной в нижней части скатной плоскости, при этом верхняя стенка расположена на уровне питателя [Пневматический сепаратор: пат. 2392064 РФ: МПК В07В 4/02, A01F 12/44 / В.Е. Сайтов, Н.П. Сычугов, И.Н. Лямшин; заявитель и патентообладатель Вятская гос. с.-х. академия. - №2009115380/03; заявл. 22.04.09; опубл. 20.06.10, Бюл. №17. - 5 с.] - прототип.
Наличие у известного устройства камеры, расположенной со стороны стенки, противолежащей питателю, обеспечивает отвод сконцентрированной и сгруживаемой у данной стенки зернового материала. При этом применение криволинейной верхней стенки, расположенной на уровне питателя, обусловливает безотрывное поступление в камеру части зернового материала, движущегося по параболическим траекториям. Вследствие этого по глубине пневмосепарирующего канала сохраняется равномерно разрыхленный зерновой поток, обусловливающий равномерное распределение скорости воздушного потока для повышения качества очистки зернового материала.
Однако в камеру, расположенную со стороны стенки, противолежащей питателю, вместе с зерном поступает и часть легких сорных примесей, не выделенных воздухом из сплошного потока зернового материала. Данные легкие сорные примеси по наклонной скатной плоскости камеры поступают вновь в пневмосепарирующий канал. Вследствие этого концентрация легких сорных примесей с течением времени в нижней зоне пневмосепарирующего канала возрастает в геометрической прогрессии, обусловливающей увеличение столкновений с полноценным зерном и вынос с очищенным материалом за пределы канала. Данное обстоятельство значительно ухудшает качество очистки зернового материала.
Сущность предлагаемой разработки состоит в том, что в пневматическом сепараторе, содержащем пневмосепарирующий канал с поперечным окном для ввода сепарируемого материала, в котором установлен на валу питатель, выполненный в виде рифленого валика с ячейками на наружной цилиндрической поверхности, со скатной поверхностью камеру, выполненную со стороны стенки, противоположной питателю, и расположенную криволинейной верхней стенкой на уровне питателя, скатная плоскость камеры выполнена в виде направляющей жалюзийной решетки, оканчивающаяся в нижней части горизонтальным участком, расположенным ниже уровня питателя на расстоянии не менее глубины h пневмосепарирующего канала, а под жалюзийной решеткой размещена пропускная камера чистого воздуха с установленным в нем регулятором расхода воздуха.
В результате анализа литературных источников не обнаружено идентичного выполнения предлагаемого устройства. При этом отличительные от прототипа признаки придают заявляемой совокупности новые свойства, проявляющиеся в положительном эффекте.
Выполнение скатной плоскости камеры, расположенной со стороны стенки, противоположной питателю, в виде направляющей жалюзийной решетки с размещенным под ним пропускной камерой чистого воздуха обеспечивает за счет воздушного потока, поступающего через пропускную камеру, ожижение на жалюзийной решетке зернового материала. В результате этого происходит перераспределение по аэродинамическим свойствам компонентов зернового материала на жалюзийной решетке перед повторной подачей их в пневмосепарирующий канал: в нижнем слое оказываются полноценные зерна, средний и верхний слой составляют щуплые зерна, а легкие сорные примеси полностью выносятся из камеры воздушным потоком в пневмосепарирующий канал. Это обстоятельство исключает повторное поступление легких сорных примесей в нижнюю часть пневмосепарирующего канала. В итоге достигается существенное повышение качества очистки зернового материала.
Наличие пропускной камеры чистого воздуха обеспечивает направленный подвод под жалюзийную решетку воздушного потока, обеспечивающего в этом случае более эффективное ожижение зернового материала на нем и транспортирование очищенного зерна с разным коэффициентом трения (пшеница, рожь, овес, ячмень и т.п.) и ввод в нижнюю часть пневмосепарирующего канала.
Установка в пропускной камере чистого воздуха регулятора расхода воздуха позволяет регулировать поступление необходимого количества воздушного потока под жалюзийную решетку для эффективного ожижения зернового материала различных сельскохозяйственных культур, в особенности при очистке зернового материала, компоненты которых имеют малую скорость витания (мелкосеменных культур).
При использовании скатной плоскости камеры в виде жалюзийной решетки, оканчивающейся горизонтальным участком, достигается равномерное распределение по глубине канала зернового материала. Скорости воздушного потока вследствие отмеченного в пневмосепарирующем канале по его высоте распределяются равномерно, что приводит к повышению качества очистки зернового материала и снижению выноса полноценного зерна с легкими примесями в отходы.
Расположение нижней части жалюзийной решетки с горизонтальным участком ниже уровня питателя на расстоянии не менее глубины h пневмосепарирующего канала обеспечивает разделение зернового материала на два потока, что уменьшает его толщину, способствует большему разрыхлению, исключает вероятность столкновения легких сорных примесей с очищенными полноценными зернами. Данное обстоятельство обусловливает повышение качества очистки зернового материала, в особенности при высоких удельных нагрузках.
Расположение нижней части жалюзийной решетки с горизонтальным участком ниже уровня питателя на расстоянии не менее глубины h пневмосепарирующего канала объясняется тем, что высокий эффект очистки зерна будет тогда, когда витающий слой зерна, вводимый с горизонтального участка жалюзийной решетки, не будет взаимодействовать с расположенным над ним основным потоком зернового материала. Тогда из научной работы [Рощин О.П. Повышение эффективности функционирования замкнутой пневмосистемы зерноочистительных машин путем совершенствования основных рабочих органов: дис…канд. техн. наук: 05.20.01 / Рощин Олег Петрович. - Киров, 1998. - 162 с.] по выражению:
3
3
вв
где А - расстояние между вводами зернового материала в пневмосепарирующий канал, м; к - коэффициент заполнения расчетной зоны, для горизонтального ввода зернового потока в пневмосепарирующий канал к ≈0,12; υ - скорость ввода зернового материала в пневмосепарирующий канал, м/с; h - глубина пневмосепарирующего канала, м; υ - скорость воздуха в пневмосепарирующем канале, м/с,
вв
следует, что рациональное расстояние между вводами зернового материала в вертикальный пневмосепарирующий канал глубиной h=0,10…0,18 м, скорости ввода зернового материала υ=0,5 м/с и скорости воздуха в пневмосепарирующем канале υ=0,5 м/с, при котором для основных зерновых культур (пшеница, рожь, овес, ячмень) исключается вынос полноценного зерна в отходы, составляет 0,12…0,21 м. Таким образом, расчеты показывают, что расположение нижней части жалюзийной решетки с горизонтальным участком должно быть ниже уровня питателя на расстоянии не меньше глубины h пневмосепарирующего канала.
В итоге, при работе предлагаемого устройства достигается положительный эффект, превышающий эффект прототипа. Новая совокупность признаков заявляемого устройства, обеспечивающая получение положительного эффекта, обладает существенными отличиями.
На фигуре представлена схема пневматического сепаратора, где стрелками показано движение исходного зернового материала, легких сорных примесей, очищенного материала и воздушного потока.
Пневматический сепаратор состоит из вертикального пневмосепарирующего канала 1 с поперечным окном 2 для ввода исходного зернового материала, в котором установлен на валу 3 питатель 4, выполненный в виде рифленого валика с ячейками 5 на наружной цилиндрической поверхности. Со стороны стенки, противоположной питателю 4, выполнена камера 6, образованная криволинейной верхней стенкой 7, расположенной на уровне питателя 4. Скатная плоскость камеры 6 выполнена в виде направляющей жалюзийной решетки 8. Жалюзийная решетка 8 оканчивается в нижней части горизонтальным участком 9, расположенным ниже уровня питателя 4 на расстоянии не менее глубины h пневмосепарирующего канала 1. Под жалюзийной решеткой 8 размещена пропускная камера 10 чистого воздуха с установленным в нем регулятором 11 расхода воздуха.
Пневматический сепаратор работает следующим образом.
Исходный зерновой материал, вращающимся с угловой скоростью ω на валу 3 питателем 4, выполненным в виде рифленого валика с ячейками 5 на наружной цилиндрической поверхности, через окно 2 подается в вертикальный пневмосепарирующий канал 1, где восходящим воздушным потоком выделяются легкие сорные примеси, которые далее поднимаются вверх и удаляются в отходы. Средняя фракция (щуплое зерно), часть полноценного зерна и легких сорных примесей, движущихся по параболическим траекториям, близко расположенным к стенке, противолежащей питателю 4, поступают в камеру 6 и по его скатной плоскости, выполненной в виде жалюзийной решетки 8, направляются на повторную очистку в пневмосепарирующий канал 1. При движении по направляющей жалюзийной решетке 8 зерновой материал продувается воздушным потоком, поступающим через пропускную камеру 10. В результате этого легкие сорные примеси выделяются из зернового материала и полностью выносятся из камеры 6 воздушным потоком в верхнюю часть пневмосепарирующего канала 1, а полноценные и щуплые зерна, скатываясь по жалюзийной решетке 8, поступают в нижнюю часть пневмосепарирующего канала 1. При этом качество ожижения зернового материала на жалюзийной решетке 8 обеспечивается изменением поступления нужного количества воздушного потока через пропускную камеру 10 при помощи регулятора расхода воздуха 11. Очищенный зерновой материал от легких сорных примесей под действием силы тяжести выводится через нижнее сечение пневмосепарирующего канала 1 наружу.
Преимуществом предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом является существенное повышение качества очистки зернового материала и снижение потерь полноценного зерна в отходы с легкими примесями.