Спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі

Реферат: Спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі полягає у гравітаційному подаванні часток, аеродинамічному монотонно зростаючому діянні на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виводі готових фракцій. Перед аеродинамічним діянням на частки суміші, течію кожного струменя переводять у режим розвиненої турбулентності шляхом розширення їх по вертикалі до стуляння один з одним зі збійною або близькою до неї формою течії та утворенням на початку кожного міжструменевого простору всіх суміжних струменів не менш як двох циркуляційних зон, відмінних за величиною. UA 104188 U (12) UA 104188 U UA 104188 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів для повітряного або рідинного сепарування сипучих матеріалів та може бути використана у харчовій, хімічній та інших галузях промисловості, а також у сільському господарстві для підготування насіння до сівби та для селекційних цілей. Відомий спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, що полягає у подаванні часток з однаковою швидкістю, діянні на них однорідним потоком повітря та виводі готових фракцій [див. А.с. СРСР № 1176976 з класу В 07 В 4/02 опубліковане 07.09.85 р. у Бюл № 33]. У відомому способі діяння потоком повітря на окремо взяту частку сипучої суміші учиняється одноразово і тільки з одного випадкового боку. Тому якість (точність) процесу сепарування є дуже низькою, приблизною. По цій причині подібні способи використовують, головним чином, для попереднього очищення сипучої суміші від легких домішок. Відомий також 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 та виводі готових фракцій. При цьому діяння здійснюють у режимі вільного знакозмінного силового сканування зі зростанням амплітуди та кута сканування. Пристрій для здійснення вказаного способу містить бункер з віброкотком, встановлений під ним генератор струменів, з розташованими одне під одним і під гострим кутом до вертикалі плоскими соплами, висота поперечних перерізів яких, крок і кут установлення збільшуються зверху донизу. При цьому, генератор зв'язаний з джерелом подачі повітря під тиском та охоплений боковими стінками. Пристрій має збірники фракцій, розташовані під соплами, [див. пат. України № 45881 з класу В 07 В 4/02 опублікований 15.04.2002 р. у Бюл. № 4 за 2002 p.]. У цьому способі розділення часток відбувається за рахунок різниці співвідношення їх ваги і сили аеродинамічного опору. Цей спосіб, завдяки особливому режиму діяння струменів, більш точний і більш стабільний у часі, особливо при сепаруванні часток неправильної форми. Це стало можливим тому, що діяння потоком каскаду струменів у режимі сканування дозволяє багаторазово і різнонаправлено підійти до кожної частки сипучої суміші. Але відомі спосіб має наступні недоліки. Знакозмінний і вільний режим роботи каскаду струменів невідворотно призводить до періодичного, нестабільного у часі і просторі виникненню у ньому зон тиску та розрідження з появою прямих і зворотних течій. У зоні зворотних течій відбувається втягнення часток (особливо легких) у рух зворотний руху основного потоку, що призводить до часткового змішування вже відсепарованого матеріалу. Нестабільність у часі цього явища, у кінцевому підсумку, призводить до розмикання (розриву) каскаду струменів у будь-якому випадковому місці, що ще більше підсилює зворотну течію у цій зоні і як результат інтенсифікує змішування. Крім того, розмикання струменів сприяє зриву генерації (припиненню коливального процесу), що помітно знижує якість сепарування, наближаючи його до якості сепарування звичайно віялкою. Найбільш близьким за своєю суттю та ефектом, що досягається, і який приймається за прототип, є спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, суть якого полягає у наступному: 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, при цьому аеродинамічне діяння здійснюють у режимі резонансного автоколивального руху кожного струменя і усього каскаду струменів на частоті першої гармоніки коливань. Пристрій для реалізації описаного способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі містить бункер з віброкотком, встановлений під ними генератор струменів, з розташованими одне під одним і під гострим кутом до вертикалі плоскими соплами, висота поперечних перерізів яких, крок і кут установлення збільшуються зверху донизу, який зв'язаний з джерелом подачі повітря під тиском та охоплений боковими стінками, і збірники фракцій, причому кожна пара суміжних сопел оснащена резонансною камерою, сполученою з їх міжсопловим простором. Крім того, камери 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 [див. пат. України № 60254 з класу В 07 В 4/02, А 01 F опублікований 15.07.2005 р. у Бюл. № 7 за 2005 p.]. Використання каскаду плоских струменів для процесу сепарування, безумовно, забезпечує достатню якість розділення сипучої суміші на фракції, але лише у тому випадку, коли зазначений каскад струменів знаходиться в автоколивальному режимі взаємодії один з одним на частоті першої гармоніки. Але утворення автоколивального режиму потребує оснащення пристрою резонансними камерами, що, природно, ускладнює пристрій. До того ж, для точного 1 UA 104188 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 виходу на резонанс, резонансні камери оснащені регуляторами їх об'єму, а для виключення можливості виникнення автоколивань на частотах вищих гармонік спонукає досить точно витримувати крок та кути встановлення сопел. Отже, незважаючи на те, що описаний спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі забезпечує необхідну якість розділення суміші на фракції, але його реалізація потребує суттєвого ускладнення пристрою та його обслуговування, зокрема, регулювання об'єму резонансних камер, що і є недоліком. Спростити ж пристрій, без відмови використання каскаду плоских струменів можна лише за умови зміни принципу формування такого каскаду. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, який б забезпечував підвищення якості сепарування за рахунок досягнення більш глибокої турбулентності та спрощення обслуговування за рахунок самонастроювання системи шляхом оптимізації аеродинамічного діяння на частки початкового матеріалу через попередній перевід течії кожного струменя у режим розвиненої турбулентності, що виключає часткове змішування кінцевого матеріалу та забезпечує підвищення якості сепарування при багатофракційному розділенні часток неправильної форми. Поставлена задача вирішується тим, що в 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, згідно з пропозицією, перед аеродинамічним діянням на частки суміші, течію кожного струменя переводять у режим розвиненої турбулентності шляхом розширення їх по вертикалі до стуляння один з одним зі збійною або близькою до неї формою течії та утворенням на початку кожного міжструменевого простору всіх суміжних струменів не менш як двох циркуляційних зон, відмінних за величиною. Відмітною особливістю запропонованого способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі є використання ефекту двобічного розширення струменя після плоского сопла, при якому, при великих ступенях розширення, викривлення осі струменя досягає максимуму і не змінюється з зростанням ступеня розширення (збійна форма течії струменя). Це дозволяє співвідношення циркуляційних зон зберігати постійними, тобто число Рейнольда не впливає на розміри циркуляційних зон, а тому й не виникає необхідності у будь-якому регулюванні. Технічним результатом корисної моделі є можливість спростити пристрій для сепарування через новий підхід до формування каскаду плоских струменів та вилучити з його конструкції низку вузлів й деталей за рахунок автоматичного утворення самонастроювальної системи. При цьому якість розділення матеріалу при багатофракційному розшаруванні по масі, густоті або питомій вазі не тільки не зменшується, а, навпаки, збільшується. Отже, зміна принципу формування каскаду плоских струменів, тобто способу, тягне за собою суттєве спрощення пристрою без погіршення його техніко-експлуатаційних властивостей, тобто зі збереженням якості багатофракційного сепарування сипучої суміші, наприклад, зернових культур, як простої так і складної форми зернівки, що дуже важливо у сільському господарстві при підготовці насіння до посіву та для селекційних цілей. Таким чином, уся сукупність суттєвих ознак запропонованого рішення забезпечує досягнення поставленої задачі. Подальша суть корисної моделі пояснюється ілюстративним матеріалом, на якому зображено наступне: фіг. 1 - схема пристрою для здійснення способу, що заявляється; фіг. 2 переріз по А-А фіг. 1 (переріз сопла). Для пояснення запропонованого способу сепарування сипучої суміші, спочатку є сенс описати конструкцію пристрою, за допомогою якого він може бути реалізований. Пристрій для здійснення способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі складається з 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 ряду плоских сопел 4. Кількість останніх залежить від потрібної продуктивності пристрою, але не може бути менше трьох. Висота поперечного перерізу сопел h, кут  їх установлення до вертикалі та крок Z між соплами збільшуються зверху донизу. Кожне сопло 4 наділено жорсткою стінкою 5, що примикає до нього зверху за всією шириною. При цьому, як вже було сказано вище, розмір ширини жорсткої стінки 5 складає не менш трьох розмірів висоти поперечного перерізу сопла 4 примикання, а співвідношення кроку встановлення сопел 4 до висоти поперечного перерізу верхнього відносно до нього сопла 4 складає не менш чотирьох. До генератора 3 з боку сопел 4 прилягають збірники фракцій 6. Бокові краї сопел 4 та міжсоплові простори охоплені боковими стінками 7 для виключення підсмоктування повітря з атмосфери, що неминуче призводить до зриву генерації. Генератор 3 зв'язаний з джерелом подачі повітря під тиском Р. Пристрій працює таким чином. Сипуча суміш 2 UA 104188 U 5 10 15 20 25 30 35 40 з бункера 1 за допомогою вібролотка 2 під дією сил гравітації надходить крізь каскад плоских струменів (позначені пунктиром) сопел 4 в розділяючий пристрій, виконаний у вигляді збірника фракцій 6. Синхронність роботи сопел 4 забезпечується правильним співвідношенням основних геометричних параметрів генератора 3, їх розмірів та кутами і відстанями розташування у пристрої. Після розділення на каскаді струменів частки опускаються в збірники фракцій 6. Запропонований спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі здійснюють таким чином. Спочатку провадять гравітаційне подавання часток матеріалу. Для впровадження цієї операції використовують вібролоток 2. На частки, що знаходяться у вільному падінні, діють під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів у режимі розвинутої турбулентності генератора 3 (показані пунктиром), який утворюється завдяки викривленням струменів під час їх розширення у соплах, а наявність жорсткої стінки 5 визначеного розміру забезпечує формування циркуляційних зон різними за розмірами. Зазвичай, верхня циркуляційна зона повинна бути більшою за розмірам, ніж нижня, щоб забезпечити стабільність формування загального потоку. Після проходження частками каскаду струменів виконують вивід готових фракцій. Одночасно з цим здійснюють відбір проміжних фракцій та повернення їх на повторне сепарування. До технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з прототипом, отримують за рахунок підвищення якості сепарування сипучої суміші у текучому середовищі внаслідок досягнення більш глибокої турбулентності потоку струменів та спрощення конструкції пристрою за рахунок отримання самонастроювальної системи внаслідок роботи пристрою у збійному режимі течії струменів. Після опису запропонованого способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, фахівцям у даній галузі знань повинно бути зрозумілим, що все вищеописане є лише ілюстративним, а не обмежувальним, будучи представленим даним прикладом. Численні можливі зміни режиму сепарування, зокрема кількості струменів та їх розмір, можуть змінюватися залежно від вихідного сипкого матеріалу, що сепарується, 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 сепарування здійснюють каскадом струменів у режимі 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 не менш за дві циркуляційних зонвідмінних за величиною, що дозволяє утворити самонастроювальну систему та підвищити якість розділення на фракції сипку суміш, і саме ця обставина дозволила надбати запропонованому способу перераховані вище і інші переваги. Зміна запропонованого принципу формування каскаду струменів та режиму їх течії на інші, природно, обмежує спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новими технічними рішеннями в даній області знань, оскільки інші, подібні описаному способу, вже не вимагатиме 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. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 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, який відрізняється тим, що перед аеродинамічним діянням на частки суміші, течію кожного струменя переводять у режим розвиненої турбулентності шляхом розширення їх по вертикалі до стуляння один з одним зі збійною або близькою до неї формою течії та утворенням на початку кожного міжструменевого простору всіх суміжних струменів не менш як двох циркуляційних зон, відмінних за величиною. 3 UA 104188 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4