Пристрій для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі

1. Пристрій для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, який містить бункер з вібролотком, встановлений під ним струменевий генератор, який пов'язаний з приводом подачі повітря під тиском, сепарувальну камеру, під якою розташовані збірники фракцій, який відрізняється тим, що генератор струменів виконаний у вигляді пус 3 якості сепарування звичайною віялкою. Вказані недоліки обумовлені невдосконаленістю конструкції пристрою для його здійснення, зокрема, конструкції його генератора струменів повітря. Найбільш близьким за своєю суттю та ефекту, що досягається, та який приймається за найближчий аналог, є пристрій для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, що містить бункер с віброкотком, встановлений під ними генератор струменів, з розташованими одне під одним та під гострим кутом до вертикалі плоскими соплами, висота поперечних перерізів яких, крок і кут встановлення збільшуються зверху донизу, а також генератор зв'язаний з джерелом постачання повітря під тиском та охоплений боковими стінками для запобігання підсмоктування повітря з довкілля у генератор, крім того, пристрій містить сепарувальну камеру, під якою розташовані збірники фракцій, а також кожна пара суміжних сопел оснащена резонансною камерою, сполученою з їх міжсопловим простором. Резонансні камери, в свою чергу, оснащені пристроєм для регулювання їх об'єму, причому відношення висоти поперечного перерізу сопел до кроку їх встановлення знаходиться в межах 0,2-0,25, а відношення крайнього верхнього та крайнього нижнього кутів встановлення сопел 0,65-0,75. Принцип роботи даного пристрою полягає у гравітаційному подаванні часток суміші, що підлягає сепаруванню, аеродинамічному монотонно зростаючому діянні на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів попередньо злитих за рахунок розширення повітряними струменями розвиненої турбулентності з утворенням циркуляційних зон, і виводі готових фракцій, при цьому аеродинамічне діяння здійснюють у режимі резонансного автоколивального руху кожного струменя і усього каскаду струменів на частоті першої гармоніки коливань [див. пат. України № 60254 з класу В07В 4/02, А01F 12/44 опублікований 15.07.2005 р. у Бюл. № 7 за 2005 p.]. Основний недолік відомого пристрою для сепарування полягає у невдосконаленості конструкції його струменевого генератора, а саме. В конструкції пристрою застосований «щілинний» струменевий генератор каскаду плоских струменів. Його сопла виконані у вигляді горизонтальних щілин на вертикальній стінці генератора на всю ширину сепарувальної камери. Сумарна площа щілинних сопел достатньо велика та потребує достатньо великої витрати повітря. До того ж, конструкція генератора незмінна та нерухома, що не дозволяє переривати каскад струменів у часі для забезпечення течії повітря через сопла у пульсуючому режимі. Це не дає можливості подальшого розвинення турбулентності чи підвищення якості сепарування сипучої суміші у текучому середовищі. Зазначена обставина пояснюється наступним. Як загальновідомо, якість сепарування при аеродинамічному діянні на частки суміші каскадом струменів повністю залежить від кількості та розміру циркуляційних зон: чим більша кількість струменів та, через це, кількість вказаних циркуляційних зон, тим вище якість розділення суміші на фракції. У даному струменевому генераторі кількість плоских струменів мінімальна, та визна 53717 4 чається його висотою, а розміри циркуляційних зон максимальні, оскільки ширина кожного струменя дорівнюється ширині генератора чи сепарувальної камери. Отже, зазначені фізичні параметри сопел (їхня кількість та ширина, через які утворюється відповідна кількість циркуляційних зон) і визначають продуктивність та якість процесу сепарування: які вони покладені у конструкцію (кількість та розміри) струменевого генератору, таку продуктивність і якість матиме і процес сепарування. Підвищити ж продуктивність та якість процесу сепарування через збільшення швидкості течії повітря у струменях не уявляється можливим, оскільки при збільшенні швидкості повітря надглядається погіршення якості процесу сепарування через те, що більшість часток суміші не буде потрапляти у відповідні збірники фракцій (вони будуть проста здуватися повітрям на дальшу відстань, ніж потрібно). Отже, відомий пристрій вимушує здійснювати процес сепарування на малих швидкостях повітря, тобто забезпечує лише мінімальну продуктивність. До того ж, величезні розміри струменів потребують відповідної величезної витрати повітря для забезпечення зливання струменів, відповідно до законів аеродинаміки, а це, у свою чергу, приводить до невиправданого збільшення енерговитрат на процес сепарування сипучої суміші. Крім того, у струменевому генераторі відомого пристрою неможливо зменшити розміри циркуляційних зон та підвищити ступень турбулентності, оскільки для процесу сепарування застосовуються безперервні струмені, через неможливість їх переривання у часі та просторі. Таким чином, зазначений вище недолік, що притаманний відомому пристрою для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, знаходяться у причинно-слідчому зв'язку з конструктивними недоліками його генератора каскаду повітряних струменів. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення продуктивності пристрою для аеродинамічного сепарування та підвищення якості розділення сипучої суміші на окремі фракції шляхом формування діючої (що впливає на суміш) повітряного потоку з системи окремих рухомих разом струменів і збільшення кількості циркуляційних зон та з одночасним зменшенням їх розмірів за рахунок зміни конструкції струменевого генератора. Поставлена задача вирішується тим, що в відомому пристрої для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, який містить бункер з вібролотком, встановлений під ним струменевий генератор, який пов'язаний з приводом подачі повітря під тиском, сепарувальну камеру, під якою розташовані збірники фракцій, згідно пропозиції, генератор струменів виконаний у вигляді пустотілого примусово обертового дірчастого барабану, твірна поверхня якого має множину відокремлених один від іншого протоків для формування системи окремих струменів, причому сепарувальна камера та привід подачі повітря під тиском пов'язані між собою крізь вказаний барабан діаметрально. Крім того, у запропонованому пристрої для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, зокрема, у барабані, протоки для формування сис 5 теми струменів може бути виконані у вигляді патрубків, закріплених на твірній поверхні обертового дірчастого барабана під гострим кутом до її дотичної у напрямі, співпадаючому із напрямом обертання вказаного барабана. Відмінною особливістю запропонованого пристрою є, по-перше, застосування не лінійних («щілинних») сопел (каналів для формування каскадів струменів), а крапкових («колових») протоків, що дозволило збільшити у рази кількість струменів у повітряній системі, та, відповідно, кількість рівновеликих циркуляційних зон у вигляді тороїдів, які повністю заповнюють простір між струменями, за рахунок чого підвищилася якість сепарування та продуктивність пристрою внаслідок можливості збільшення швидкості течії повітря у струменях, і, по-друге, виконання генератора струменів у вигляді пустотілого примусово обертового дірчастого барабану дозволяє системі струменів задати пульсуючий режим, що дозволило досягти суцільності аеродинамічного потоку за шириною сепарувальної камери та утворити повітряну «подушку» для підтримання чи підкидання часток сипучої суміші у зоні аеродинамічного впливу на них, що, у свою чергу дозволило ще у більшій мірі підвищити якість розділення на фракції сипучої суміші. Діаметральне подання повітря у порожнину обертового дірчастого барабана повітря дозволяє не переламувати чи згинати за напрямом повітряний потік та через це не втрачати його кінетичну енергію. При виконанні протоків у вигляді патрубків, закріплених на твірній поверхні обертового дірчастого барабана під гострим кутом до її дотичної у напрямі, співпадаючому із напрямом обертання вказаного барабана, дозволяє розширити технічні можливості запропонованого пристрою шляхом зміни розмірів, форми та кута встановлення вказаних патрубків. Технічним результатом корисної моделі є отримання принципово нової конструкції струменевого генератору, яка оттепер дозволяє змінити і принцип впливу сипучу суміш під час сепарування, а саме: рухомою системою повітряного потоку з максимальної розвиненою турбулентністю, отриманою за рахунок формування у повітряній системі безлічі рівновеликих циркуляційних зон в вигляді тороїдів, які утворюють завдяки конструктивним змінам струменевого генератора у пристрої для здійснення запропонованого процесу, зокрема, використанням у його конструкції пустотілого обертового дірчастого барабана, що встановлений поміж пристроєм для подачі повітря під тиском та сепаравульною камерою. Це, разом, дозволило суттєво підвищити якість процесу сепарування та продуктивності пристрою, який використається для цього процесу. Отже, заміна статичного (нерухомого) щілинного струменевого генератора на динамічній (рухомий) з крапковими протоками, безумовно тягне за собою підвищення продуктивності пристрою для аеродинамічного сепарування та підвищення якості розділення сипучої суміші на окремі фракції. Таким чином, уся сукупність суттєвих ознак запропонованого технічного рішення забезпечує досягнення поставленої мети корисної моделі. 53717 6 Подальша сутність корисної моделі пояснюється разом з ілюстративним матеріалом, на якому зображено наступне: фіг. 1 - схема запропонованого пристрою для здійснення процесу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, вигляд збоку з перерізом для кращого показу конструкції; фіг. 2 - вигляд спереду на пустотілий рухомий дірчастий барабан; фіг. 3 - вигляд з торця на пустотілий рухомий дірчастий барабан з патрубками всередині, розташованими під гострим кутом у напрямі, співпадаючим з напрямом обертання барабана. Одинарними стрілками на фіг. 1 показаний рух повітряного потоку у пристрої, подвійними - вихід готових фракцій. Запропонований пристрій для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі складається з бункеру 1 з вібролотком 2 для гравітаційного подавання часток 3 сипучої суміші у зону сепарування, тобто, безпосередньо у сепарувальну камеру 4. Під вібролотком 2 встановлений струменевий генератор 5, який виконаний у вигляді пустотілого примусово обертового дірчастого барабану 6, твірна поверхня якого має множину відокремлених один від іншого протоків 7 для формування системи окремих струменів. Струменевий генератор 5 відокремлює сепарувальну камеру 4 від приводу 8 аеродинамічної подачі повітря під тиском у струменевий генератор 5, причому обертовий дірчастий барабан 6 розгорнутий до них своєю твірною, тобто розташований відносно сепарувальної камери 4 та приводу 8 діаметрально. Сепарувальна камера 4 являє собою замкнений об'єм, утворений боковими та верхньою стінками та отвором 9 при кінці для виходу відпрацьованого повітря. Під цей сепарувальною камерою 4 розташовані збірники фракцій 10. Запропонований пристрій для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі працює на такий спосіб (на прикладі сепарування зернового матеріалу). Зерновий матеріал завантажують у бункер 1. Далі проводять гравітаційне подавання часток 3 зернового матеріалу, що підлягає сепаруванню, у сепарувальну камеру 4 з боку розташування струменевого генератора 5. Для здійснення цієї операції використовують вібролоток 2. На частки 3 сипучої суміші зернового матеріалу, що знаходяться у вільному падінні, діють під гострим кутом до вертикалі аеродинамічним потоком повітря, сформованим у вигляді рухомих знизу доверху системи окремих струменів, які аеродинамічне взаємодіють між собою завдяки розширенню та ефекту Коанда. Турбулентності аеродинамічному потоку додає ще й рівновеликі циркуляційні зони, що утворюються у вигляді тороїдів, кожний з яких концентричний кожному окремому струменю. Частки 3 сипучої суміші зернового матеріалу, перебуваючи під впливом турбулентного аеродинамічного потоку, багаторазово обертаються навколо себе (тому їхня форма не має значення для процесу сепарування), підтримуючись у потоці деякий час завдяки його переміщенню знизу доверху, та поступово пронизуючи донизу потік, якісно розділяються та гарантовано потрапляють у відповідний збірник фракцій 10. 7 Зрозуміло, від виду сипучої суміші, її вихідного стану, швидкості повітряного потоку (потужності приводу 8), кількість, форма та розміри протоків 7 у барабані 6 може бути різною, а також в них можуть бути закріплені будь-яким відомим способом, патрубки 11 різноманітної конструкції, які перетворюють конструкцію дірчастого барабана 6 у сопловий барабан. Завдяки нахилу патрубків 11, можна збільшити загальну висоту аеродинамічного потоку та, відповідно, збільшити кількість фракції розділення. Суттєва відмінність запропонованого технічного рішення від раніш відомих, полягає в тому, що струменевий генератор пристрою виконаний у вигляді примусово обертового пустотілого дірчастого барабана з протоками на твірній його поверхні. Вказана відмінність, дозволяє суттєво збільшити турбулентність аеродинамічного потоку повітря, утворити підтримуючий шар повітря, що, у підсумку, дозволяє занадто підвищити якість процесу сепарування та продуктивність пристрою. Жодний з відомих пристрої для сепарування не можуть володіти вказаними властивостями, оскільки майже всі пристрої мають конструктивно нерухомі струменеві генератори, переважно з щілинними соплами, тобто вичерпали свої можливості подальшого розвинення турбулентності, а якщо вона і є, то з великими циркуляційними зонами. Тому їхні технічні можливості опиняються обмеженими. Запропоноване технічне рішення перевірене на практиці, складається із звичайних деталей і вузлів, не містить елементів, яких неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, з чого виходить, що воно промислове придатне. У відомих джерелах інформації не виявлено подібних пристроїв для сепарування аналогічного призначення з вказаними відмітними суттєвими ознаками та перевагами, що є підтвердженням досягнення зазначеного технічного результату, а тому вважається таким, що може одержати правовий захист. До технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з прототипом, можна віднести наступне: - отримання аеродинамічного потоку з більш розвиненою турбулентністю за рахунок його формування з системи окремих струменів з одночасним утворенням безліччю рівновеликих циркуляційних зон у вигляді тороїдів; - зменшення витрати повітря через зменшення сумарної площі протоків у порівнянні з щілинними соплами; - зменшення енерговитрат на формування аеродинамічного потоку з цієї ж самої причини; - збільшення часу перебування суміші у активній зоні аеродинамічного потоку за рахунок його постійного переміщення знизу поверху; - підвищення якості сепарування сипучої суміші за рахунок збільшення турбулентності аероди 53717 8 намічного потоку, часу перебування часток суміші у ньому, збільшення рухомості часток суміші, тобто впливу на них аеродинамічного потоку; - розширення техніко-функціональних можливостей за рахунок оснащення його струменевого генератора обертовим пустотілим дірчастим барабаном; - підвищення продуктивності процесу сепарування за рахунок можливості додання швидкості аеродинамічному потоку. Соціальний ефект від впровадження корисної моделі, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок підвищення якості процесу сепарації сипучої суміші, через яку отримають більшу кількість у кожній фракції сепарованого матеріалу, зникає необхідність повторного сепарування не якісно розділеної суміші. Економічний ефект від впровадження корисної моделі, у порівнянні з використанням найближчого аналогу, отримують через підвищення продуктивності пристрою, що, у підсумку, зменшує чисто технологічний час та витрати енергії. Після опису запропонованого пристрою для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, фахівцям у даній галузі знань повинно бути наочним, що все вищеописане є лише ілюстративним, а не обмежувальним будучи представленим даним прикладом. Численні можливі модифікації елементів пристрою, зокрема, конструкції барабану струменевого генератора і його розміри, можуть змінюватися у залежності від вихідної сировини, що підлягає сепаруванню, ступеню забруднення повітря, виду та властивостей забруднень, та, зрозуміло, знаходяться в межах об'єму одного із звичайних і природних підходів в даній області знань і розглядаються такими, що знаходяться в межах об'єму запропонованого технічного рішення. Квінтесенцією запропонованого технічного рішення є те, що завдяки виконанню струменевого генератора у вигляді дірчастого обертового барабана, вдалося відкрити шлях для подальшої розвиненості турбулентності аеродинамічного потоку, суміш тривалого часу залишити у активній частині сепарувальної камери, інакше впливати системою струменів на матеріал, що піддається сепаруванню, і саме ці обставини дозволили надбати запропонованому пристрою для сепарування отримати перераховані вище і інші переваги. Зміна запропонованого принципу формування аеродинамічного потоку на інший, природно, обмежує спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новими технічними рішеннями в даній області знань, оскільки інші, подібні описаному пристрою для сепарації, вже не вимагатимуть будь-якого творчого підходу від конструкторів і інженерів, і не можуть вважатися результатами їх творчої діяльності або новими об'єктами інтелектуальної власності, відповідними до захисту охоронними документами згідно з чинним законодавством. 9 Комп’ютерна верстка М. Мацело 53717 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601