Спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі

Спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, що полягає у гравітаційному подаванні часток, аеродинамічному монотонно зростаючому діянні на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виводі готових фракцій, причому перед аеродинамічним діянням на 3 печує достатньо тонке і якісне сепарування часток сипучих матеріалів. Однак недоліком відомого способу є те, що формування даного потоку є примусовим, а отже пов'язано з необхідністю використання складної системи його налаштування. Так, для якісного розділення, залежно від конкретного складу сепарованої суміші, потрібно одночасно відрегулювати швидкість повітряного потоку, напруженість електричного поля і об'єм подачі часток із бункера. Зважаючи на відсутність єдиної системи управління процесом, це, природно, суттєво підвищує енерго- і трудовитрати на реалізацію даної технології. Крім того, слід зауважити, що функція розділення часток у електричному полі є абсолютно даремною, адже частки сепарованої суміші - діелектрики. Відомими також є спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, сутність якого полягає у наступному. Спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі включає гравітаційне подавання часток, аеродинамічне монотонне зростаюче діяння на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виведення готових фракцій, при цьому діяння каскадом плоских струменів відбувається у режимі вільного знакозмінного силового сканування зі зростанням амплітуди та кута сканування [див. пат. України №45881 з класу В07В 4/02 опублікований 15.04.2002р. у Бюл. №4]. Основним недоліком відомого способу сепарування є низька якість розділення сипучої суміші на фракції, особливо часток зі значною різницею в масі і густині. Даний недолік полягає в наступному: знакозмінний і вільний режим роботи каскаду струменів невідворотно призводить до періодичного, нестабільного у часі та просторі виникнення зон тиску та розрідження з появою прямих і зворотних течій. У зоні зворотних течій відбувається втягнення часток (особливо легких) у рух, зворотний напрямку основного потоку, що призводить до часткового змішування вже розділеного матеріалу. Нестабільність у часі цього явища, у кінцевому підсумку, призводить до розмикання (розриву) каскаду струменів у будь-якому випадковому місці, що призводить до зриву генерації, в результаті чого кардинально знижується якість сепарування. Найбільш близьким за своєю суттю та ефектом, що досягається, і який приймається за прототип, є спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, процесна сутність якого полягає у наступному. Спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі включає гравітаційне подавання часток, аеродинамічне монотонно зростаюче діяння на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виведення готових фракцій, при цьому перед аеродинамічним діянням на частки суміші, течію кожного струменю переводять у режим розвиненої турбулентності шляхом розширення струменів по вертикалі до стуляння один з одним зі збійною або близькою до неї формою течії та утворення на початку кожного міжструменевого простору всіх суміжних струменів не менше двох циркуляційних зон, відмінних за величиною [див. Міжнародну заявку №2010056220 58960 4 з класів В07В 11/00, В07В4 /02, В07В 4/00, опубліковану 20.05.2010 року]. Основним недоліком відомого способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі є його низька продуктивність, зумовлена недостатньою інтенсивністю процесу сепарування. Це пов'язано, у першу чергу, з технологічними обмеженнями стосовно забезпечення режиму турбулентності, а саме: шляхом лише двобічного розширення струменів з подальшим їх стулянням у одну збійну течію неможливо стабільно підтримувати достатньо потужну турбулентність, оскільки при цьому виникають і функціонують лише дві циркуляційні зони (згідно із заявленою пропозицією, не менше, ніж дві, але, як показує практика, – і не більше, на підтвердження чого, див. Фіг.1 у зазначеній міжнародній заявці, де зображені автором циркуляційні зони). Відсутність технологічної можливості збільшити кількість циркуляційних зон без ризику зриву генерації та руйнування збійної форми течії струменю, а також створити додаткові аеродинамічні ефекти для посилення явища турбулентності, наприклад, шляхом індукування мікровихорів, призводить до неможливості підвищити інтенсивність та якість процесу сепарування, зокрема, збільшити товщину шару суміші під час її гравітаційного подавання. Тобто, дана схема формування каскаду струменів та зон турбулентності є вичерпаною, оскільки не уявляється можливім досягти більш розвиненої турбулентності у сепараційній камері, отже, подальшу якість процесу розділення сипучої суміші на окремі фракції підвищити неможливо. Запропонована корисна модель спрямована на досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні продуктивності процесу повітряного сепарування сипучої суміші у текучому середовищі з одночасним підвищенням якості сепарування за рахунок отримання більш потужного режиму турбулентності шляхом збільшення розмірів зон розвиненої турбулентності через формування додаткових циркуляційних зон, здатних індукувати мікровихори. Вказаний технічний результат досягається тим, що у способі сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, що полягає у гравітаційному подаванні часток, аеродинамічному монотонно зростаючому діянні на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виводі готових фракцій, причому перед аеродинамічним діянням на частки суміші, течію кожного струменю переводять у режим розвиненої турбулентності шляхом розширення їх по вертикалі до стуляння один з одним зі збійної або близької до неї формою течії та утворенням на початку кожного міжструменевого простору всіх суміжних струменів двох циркуляційних зон - верхній та нижній - відмінних за розмірами, згідно пропозиції, перед утворенням циркуляційних зон здійснюють різку зміну напряму течії струменів з вертикального на майже горизонтальний та подальше їх стисненням по вертикалі. Запропоноване технічне рішення передбачає сепарування у більш потужному, порівняно із прототипом, турбулентному режимі, що характеризу 5 ється збільшеною загальною зоною турбулізації, утвореною завдяки поділу однієї із циркуляційних зон на дві, майже послідовні, а також завдяки виникненню безлічі зон мікровихорів. Поділ кожної верхньої (суміжної зі струменем, що виходить) циркуляційної зони відбувається за рахунок відбивання вказаного струменю від розташованої зверху під кутом до траєкторії його руху жорсткої стінки і, відповідно, зштовхування його із циркуляційною зоною, під впливом чого остання розділяється на дві послідовні у напряму течії струменю циркуляційні зони, сумарна довжина яких збільшується та між ними виникає зона зустрічних течій, що і виконує функцію зони індукування численних мікровихорів. Внаслідок цього збільшується загальний розмір, зокрема ширина, зон турбулізації та вони приближені до генератора, зростає далекобійність турбулентної течії, що дозволяє у декілька разів підвищити інтенсивність процесу сепарування, стовщуючи шар суміші, що сепарується, без ризику погіршення якості готового продукту. Отже, уся сукупність суттєвих ознак запропонованого рішення стосовно запропонованого способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі забезпечує досягнення технічного результату. Подальша сутність корисної моделі пояснюється ілюстративним матеріалом, на якому зображено наступне: фіг.1 - схема пристрою для здійснення способу, що заявляється, фіг.2 - переріз генератора для пояснення процесу формування циркуляційних зон (чорними колами - зони утворення мікровихорів). На фігурах 1 і 2 стрілками показано напрями руху повітряних потоків. На фіг.2 штрих-пунктирною лінією показаний зміна напряму течії струменів. Пристрій для здійснення запропонованого способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі складається із бункеру 1 з вібролотком 2 для гравітаційного подавання часток у зону сепарування. Під вібролотком 2 встановлений струменевий генератор 3, що являє собою замкнутий об'єм з набором вихідних щілинних отворів 4 переважно прямокутного перерізу. Висота перерізу вихідних щілинних отворів 4 та інтервал між ними збільшуються зверху донизу. До країв вихідних щілинних отворів 4 під кутом до вертикалі та зі зсувом по горизонталі приєднані прямокутні жорсткі стінки 5. Кінці жорстких стінок 5 наділені додатковими стінками 6, які розташовані під кутом до них та спільно з ними утворюють камери повороту повітряного потоку 7 і щілинні отвори 4 для проходження сформованого повітряного струменю. Розміри камер повороту 7 та щілинних отворів 4, відповідно, збільшуються зверху донизу. До генератора 3 з боку щілинних отворів 4 прилягають збірники фракцій 8. Генератор 3 зв'язаний з джерелом подачі повітря під тиском Р, а його бокові краї охоплені боковими стінками 9. Запропонований спосіб сепарування здійснюють наступним чином. Суміш, що підлягає сепаруванню, із бункеру 1 за допомогою вібролотка 2 гравітаційно подають у зону сепарування. На частки вказаної суміші, що знаходяться у вільному падінні, діють під гострим 58960 6 кутом до вертикалі каскадом струменів (показані пунктирними кривими лініями) у режимі розвиненої глибокої турбулентності, яка забезпечується збійною течією струменів та функціонуванням циркуляційних зон. Вказані струмені формують із генерованих повітряних потоків, попередньо змінюючи напрям руху останніх за допомогою камер повороту 7 та виводячи сформовані струмені через щілинні отвори 4. При виході із щілинного отвору 4 кожен струмінь вертикально стискають, внаслідок чого досягають його зштовхування з найближчою циркуляційною зоною та, відповідно, поділу останньої на дві послідовні у напряму течії струменю циркуляційні зони з утворенням зони зустрічних течій - зони індукування численних мікровихорів. Після проходження частками суміші каскаду струменів та зони розвиненої турбулентності виконують вивід готових фракцій. Суттєва відмінність запропонованого способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі від інших відомих рішень у даній галузі полягає в утворенні у зоні турбулізації, внаслідок різкої зміни напряму повітряного струменю, додаткової циркуляційної зони, здатної, у свою чергу, індукувати зони мікровихорів і саме так збільшувати потужність та підвищувати стабільність турбулентного режиму роботи каскаду повітряних струменів. Вказана відмінність забезпечує високу якість процесу сепарування і, одночасно, суттєвого спрощення конструкції пристрою. Жоден із відомих способів сепарування сипучої суміші у текучому середовищі не може одночасно володіти всіма перерахованими властивостями, оскільки взагалі не передбачає впливу на напрям руху повітряних струменів, будьякого збільшення зони турбулізації, зокрема шляхом утворення додаткової циркуляційної зони і автоматичного виникнення зон індукування мікровихорів. Таким чином, запропоновані у даній корисній моделі принцип сепарування сипучої суміші у текучому середовищі призводить до якісно нового технічного результату, порівняно із відомими аналогами. Запропонований спосіб не містить у своєму складі жодних операцій, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема, при сепаруванні сипучої суміші у текучому середовищі, а отже вважається таким, що відповідає критерію «промислова придатність». У відомих джерелах науково-технічної та іншої інформації не виявлено жодного способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі із вказаною в пропозиції сукупністю суттєвих ознак, тому запропоноване технічне рішення вважається таким, що відповідає критерію «новизна». Порівняльний аналіз запропонованої корисної моделі з відомим технічним рішенням, взятим за прототип, показав, що різка зміна напряму руху повітряних струменів під час формування їх каскаду призводить до появи нових технічних якостей, зокрема таких: - збільшення кількості циркуляційних зон без ризику зриву генерації та руйнування збійної форми течії струменю за рахунок поділу однієї із фун 7 кціонуючих зон на дві під впливом того ж самого струменю зі зміненою траєкторією руху; - виникнення з цієї ж причини додаткових аеродинамічних ефектів у вигляді зон мікровихорів, здатних додатково підвищити потужність турбулентного потоку; - уникнення можливості змішування оброблених часток різних фракцій за рахунок відсутності сопел з жорсткими стінками; - спрощення технології сепарування з цієї ж причини. Економічний ефект від впровадження корисної моделі у виробництво, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок збільшення виходу якісного продукту. Після опису запропонованого способу сепарування 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 варіанти реалізації запропонованого способу можуть змінюватися залежно від характеристик вихідного сипучого матеріалу, сфери застосування і бажаних об'ємів виробництва, та, зрозуміло, знаходяться в межах 58960 8 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 в процесі сепарування під час утворення циркуляційних зон здійснюють вертикальне стиснення струменю та поділ на дві верхні циркуляційні зони з утворенням додаткової циркуляційної зона, що індукує зони мікровихорів, що дозволяє суттєво підвищити інтенсивність сепарування з підвищенням якості та без залучення будь-яких додаткових ресурсів енергії, і саме ця обставина дозволила надбати запропонованому способу вищеперераховані й інші переваги. Використання лише окремих елементів запропонованих технологічних, природно, обмежує спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новими технічними рішеннями в даній області знань, оскільки інше, подібне описаному способу, вже не вимагатиме будь-якого творчого підходу від конструкторів і інженерів, і не може вважатися результатами їх творчої діяльності або новими об'єктами інтелектуальної власності, відповідними до захисту охоронними документами. 9 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 58960 Підписне 10 Тираж 23 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