Пристрій для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі

Реферат: Пристрій для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, який включає бункер з вібролотком для гравітаційного подання суміші в зону сепарації, встановленим під ним струминним генератором, з розташованими одне під іншим плоскими соплами різної величини, які утворені верхньою і нижньою плоскими стінками і охоплені бічними стінками камери сепарації, та збірники фракцій, причому верхня і нижня стінки кожного сопла розташовані під гострим кутом одна до одної, причому ширина верхньої стінки становить не менше 3,5 розміру висоти найменшого поперечного перерізу сопла, а ширина нижньої стінки - порівнянна з нею. UA 105851 U (12) UA 105851 U UA 105851 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до пристроїв для повітряної або рідинної сепарації сипких матеріалів і може бути використана у харчовій, хімічній та інших галузях промисловості, а також в сільському господарстві для підготовки насіння до посіву і для селекційних цілей. Відомий пристрій для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, який містить бункер з вібролотком, встановлений під ними генератор повітряних струменів, з розташованими один під одним і під гострим кутом до вертикалі плоскими соплами, висота поперечних перерізів яких, крок і кут установки, збільшуються зверху вниз. При цьому генератор пов'язаний з джерелом подачі повітря під тиском і охоплений бічними стінками. Пристрій має збірники фракцій, розташовані під соплами. При роботі пристрою відбувається гравітаційне подання часток сипучої суміші, аеродинамічний монотонно зростаючий вплив на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виведення готових фракцій. При цьому вплив на частки суміші здійснюється у режимі вільного знакозмінного силового сканування із зростанням амплітуди і кута сканування [див. пат. України № 45881 з класу В07В 4/02 опублікований 15.04.2002 року у Бюл. № 4]. У цьому пристрої поділ частинок відбувається за рахунок різниці співвідношення їх ваги та сили аеродинамічного опору. Цей пристрій, завдяки особливому режиму впливу струменів на суміш, більш досконалий, особливо для сепарації часток неправильної форми. Це стало можливим тому, що вплив потоком каскаду струменів у режимі сканування дозволяє багаторазово і різнонаправлено підійти до кожної частинки сипучої суміші. Але відомий пристрій для сепарації сипучої суміші має такі недоліки. Знакозмінний і вільний режим роботи каскаду струменів невідворотно призводить до періодичного, нестабільного у часі і просторі виникнення в ньому зон тиску і розрядження з появою прямих і зворотних течій. У зоні зворотних течій відбувається втягування частинок (особливо легких) у напрямок, зворотний руху основного потоку, що призводить до часткового їх змішування з вже відсепарованим матеріалом. Нестабільність у часі цього явища, у 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 процес змішування відсепарованого матеріалу з ще невідсепарованим. Крім того, розмикання сприяє зриву генерації (припиненню коливального процесу), що помітно знижує якість сепарації, наближаючи його до якості сепарації зазвичай віялкою, що обумовлено технічною невдосконаленістю самого пристрою. Відомий також пристрій для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, який містить бункер з вібролотком, встановлений під ними генератор повітряних струменів, з розташованими один під одним та під гострим кутом до вертикалі плоскими соплами, висота поперечних перерізів яких, крок і кут встановлення збільшуються зверху вниз, та який пов'язаний з джерелом постачання повітря під тиском і охоплений бічними стінками, та збірники фракцій, а кожна пара суміжних сопел оснащена резонансної камерою, пов'язаною з їх міжсопловим простором. Крім того, камери оснащені пристроєм для регулювання їх об'єму, причому співвідношення висоти поперечного перерізу сопел до кроку їх установки знаходиться в межах 0,2-0,25, а співвідношення крайнього верхнього і крайнього нижнього кутів установки сопел 0,65-0,75. Цей пристрій працює в такий спосіб. Спочатку відбувається гравітаційне подання частинок, аеродинамічне монотонно зростаючий вплив на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів, наприкінці виведення готових фракцій, а аеродинамічний вплив здійснюють в режимі резонансного автоколивального руху кожного струменя і всього каскаду струменів на частоті першої гармоніки коливань [див. пат. України № 60254 з класу В07В 4/02, А01F 12/44 опублікований 15.07.2005 року у Бюл. № 7]. Використання каскаду плоских струменів для процесу сепарації, безумовно, забезпечує достатню якість розділення сипучої суміші на фракції, але лише в 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 виходу на резонансну частоту, резонансні камери оснащені регуляторами їх об'єму, а виключення можливості виникнення автоколивального процесу на частотах вищих гармонік мусить досить точно витримувати крок і кути встановлення сопел. Отже, незважаючи на те, що пристрій для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі забезпечує необхідну якість розділення суміші на фракції, але це потребує суттєвого ускладнення пристрою і його застосування, зокрема у регулюванні об'єму резонансних камер, що і є технічним недоліком. Спростити ж пристрій, без відмови використання каскаду плоских струменів, можна лише за умови зміни принципу формування такого каскаду. 1 UA 105851 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Найбільш близьким за своєю суттю та ефекту, що досягається, і який приймається за прототип, є пристрій для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, який містить бункер з вібролотком, встановлений під ним генератором, з розташованими одне під іншим та під гострим кутом до вертикалі плоскими соплами, висота поперечних перерізів яких, крок і кут установки збільшується зверху вниз, і який пов'язаний з джерелом подачі повітря під тиском та охоплений бічними стінками, та збірки фракцій, причому кожне сопло забезпечено прямокутною жорсткою стінкою, що примикає до нього зверху за всією шириною. При роботі пристрою відбувається гравітаційне подання частинок суміші, аеродинамічний монотонно зростаючий вплив на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виведення готових фракцій, причому перед аеродинамічним впливом на частинки суміші, течію кожного струменя переводять у режим розвитої турбулентності шляхом розширення їх по вертикалі до стулянні один з одним зі збійною або близькою до неї формою течії і утворенню на початку кожного міжструминного простору всіх суміжних струменів не менш двох циркуляційних зон, які відрізняються за величиною [див. пат. Росії № 2403096 з класу В07В 4/02, В07В 11/00 опублікований 10.11.2010 року]. Використання високотурбулентних плоских струменів для процесу сепарації, безумовно, забезпечує дуже високу якість поділу сипучої суміші на фракції за питомою вагою. Проте, даним пристроєм не вдається розділяти сипучу суміш, що складається з частинок, довжина яких у кілька разів перевищує їх ширину (наприклад, насіння тонконога лугового, пасовищного пирію, остра безостого, вівса тощо), тобто виконувати трієрні функції, оскільки "биті" насіння мають таку ж питому вагу, що й цілі. Оскільки відомий пристрій для сепарації не може впливати на насіння іншим каскадом турбулентних струменів, що обумовлено конструкцією його сопел, цей відомий об'єкт техніки має обмежені функціональні можливості, які обмежують область його використання, що і його технічним недоліком. В основу корисної моделі поставлена задача створення пристрою для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, який забезпечить розподілення подовжених часток, як за питомою вагою, і з їхньої довжиною за рахунок зміни умов аеродинамічного впливу на насіння, що знаходиться у вільному польоті шляхом зміни взаємної просторової орієнтації і розмірів плоских стінок у генераторі каскаду повітряних струменів. Рішення поставленої задачі досягається тим, що у пристрої для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, який включає бункер з вібролотком для гравітаційного подання суміші в зону сепарації, встановленим під ним струминним генератором, з розташованими одне під іншим плоскими соплами різної величини, які утворені верхньою і нижньою плоскими стінками і охоплені бічними стінками камери сепарації, та збірники фракцій, згідно з пропозицією, верхня і нижня стінки кожного сопла розташовані під гострим кутом одна до одної, причому ширина верхньої стінки становить не менше 3,5 розміру висоти найменшого поперечного перерізу сопла, а ширина нижньої стінки - порівнянна з нею. Відмінною особливістю запропонованого пристрою для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі є використання ефекту Коанда і позитивного зворотного зв'язку струменів з повітрям у міжструминному просторі для переведення нижньої площини кожного струменя у автоколивальний рух з подальшим аперіодичним силовим впливом на верхню площину нижчерозташованого струменя. Таке формування струменів дозволяє надавати аеродинамічний вплив на частки суміші не тільки в напрямку сумарного повітряного потоку, але й в напрямку коливання струменів, що, за рахунок сил інерції і поздовжнього обертання частинок, вибудовує їх переважно довгою віссю уздовж сумарного повітряного потоку. Оскільки Міделевий переріз битої і цілої частинок в цьому випадку опиняється однаковим, то відбувається "унесення" битих частинок повітряним потоком, як більш легких, у відповідний для них збірник фракцій. При цьому зберігається і, навіть, поліпшується якість сепарації за питомою вагою, частинок кулястої і еліпсоїдної форм. Технічним результатом корисної моделі є можливість шляхом внесення незначних змін до розмірів і просторового взаємного розташування стінок сопел, змінити характер витікання і властивостей повітряних струменів, відтепер здатних розділяти на фракції як насіння звичайної форми, так і подовженої, виділяючи з них "биті" (неякісні) насіння і, саме так, значно розширити функціональні можливості об'єкту техніки, що заявляється, отже, і області його використання. Таким чином, уся сукупність суттєвих ознак запропонованого технічного рішення разом забезпечує досягнення поставленої мети, сформульованої у постановці завдання. Подальша суть заявленого технічного рішення пояснюється спільно з ілюстративним матеріалом, на якому зображено наступне: фіг. 1 - схема пристрою для сепарації сипучої суміші 2 UA 105851 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 у текучому середовищі; фіг. 2 - вигляд по стрілці А на фіг. 1 (переріз сопла). Пунктирними лініями показано рух повітряних струменів в зоні сепарації. Пристрій для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі складається з бункера 1 з вібролотком 2 для гравітаційного подання частинок суміші в зону сепарації. Під вібролотком 2 встановлений струминний генератор 3, що являє собою замкнутий об'єм з набором ряду плоских сопел 4. Кожне сопло 4 утворено верхньою стінкою 5 і нижньою стінкою 6. Усі сопла закриті по торцях бічними стінками камери сепарації 7 для виключення підсмоктування повітря з атмосфери, яке неминуче призведе до зриву генерації струменів. Генератор 3 пов'язаний з джерелом подачі в нього повітря під тиском Р. Кількість сопел 4 залежить від необхідної продуктивності пристрою, але не може бути менше трьох. Висота поперечного перерізу сопел 4 h3 і крок Z3 між соплами 4 збільшуються зверху донизу. Верхня стінка 5 і нижня стінка 6 кожного сопла 4 розташовані під гострим кутом 4 одна до іншої. Ширина верхньої стінки 5 становить не менше 3,5 розмірів висоти найменшого поперечного перерізу сопла 4, а ширина нижньої стінки 6 - порівнянна з нею. До генератора 3 з боку сопел 4 прилягають збірники фракцій 8. Запропонований пристрій для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі працює в такий спосіб. Спочатку здійснюють гравітаційне подання частинок сипучого матеріалу. Для здійснення цієї операції використовують вібролоток 2. На частки, що знаходяться у вільному падінні, діють під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів (показані пунктиром) в режимі розвиненої турбулентності, яка виникає завдяки викривленню струменів під час їх розширення в соплах 4, а наявність верхньої стінки 5 певного розміру і нижньої стінки 6, встановлених під кутом одна до іншої, забезпечують виникнення ефекту Коанда і позитивного зворотного зв'язку струменів з повітрям у міжструминному просторі для переведення нижньої площини кожної струменя у автоколивальний рух з подальшим аперіодичним силовим впливом на верхню площину нижчерозташованого струменя. Після проходження частинками суміші каскаду струменів здійснюють відведення готових фракцій. Одночасно з цим здійснюють відбирання проміжних фракцій і повернення їх на повторну сепарацію. Суттєва відмінність запропонованого технічного рішення від раніше відомих полягає у повній зміни умов аеродинамічного впливу на насіння, що знаходяться у вільному польоті шляхом зміни взаємної просторової орієнтації і розмірів плоских стінок у генераторі каскаду повітряних струменів. Вказані відмінності, у сукупності, дозволяють якісно розділяти сипучу суміш на окремі фракції, незалежно від їх форми та розмірів, розширити область застосування та використання пристрою, а також суттєво підвищити якість кінцевого продукту. Жодний з відомих пристроїв для сепарації не можуть мати вказані властивості, оскільки не містять у своєму складі всієї сукупності суттєвих ознак, притаманних запропонованому технічному рішенню. Запропоноване технічне рішення перевірене на практиці. Пристрій складається із звичайних деталей і вузлів, не містить у складі елементів, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема в галузі сільськогосподарського машинобудування, з чого виходить, що він промислово придатний. У відомих джерелах патентної документації та науково-технічної інформації не виявлено подібних пристроїв для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі аналогічного призначення із вказаними відмінними суттєвими ознаками та перевагами, а отже, запропоноване технічне рішення відповідає критерію новизна, а тому вважається таким, що може одержати правовий захист. Технічними перевагами запропонованого технологічного рішення є можливість зміни характеру витікання і властивостей повітряних струменів, відтепер здатних розділяти на фракції як насіння звичайної форми, так і подовженої, виділяючи з них "биті" (неякісні) насіння і, саме так, значно розширити функціональні можливості об'єкту техніки, що заявляється, а отже, і області його використання. Це стало можливим завдяки внесенню певних змін до розмірів і просторового взаємного розташування стінок сопел. 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 кількості сопел, стінок та їх розмірів, можуть змінюватися в залежності від стану та виду вихідного сипучого матеріалу, що піддається сепаруванню, та, зрозуміло, знаходяться в межах об'єму одного із звичайних і природних підходів в даній галузі знань і розглядаються такими, що знаходяться в межах об'єму запропонованого технічного рішення. Квінтесенцією запропонованого технічного рішення є те, що сепарація здійснюється каскадом повітряних струменів зі зміненими властивостями, які вдалося отримати шляхом 3 UA 105851 U 5 10 спеціальної зміни розмірів і взаємного розташування верхньої та нижньої стінок кожного сопла, що дозволило розділяти на фракції як насіння звичайної форми, так і подовженої, та саме так підвищити якість розділення сипучої суміші на окремі фракції, і саме ця обставина дозволила надбати запропонованому пристрою перераховані вище й інші переваги. Зміна запропонованого принципу формування каскаду струменів і режиму їх течії на інший, природно, обмежить спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новими технічними рішеннями в даній області знань, оскільки інші, подібні описаному пристрою, вже не вимагатимуть ніякого творчого підходу від конструкторів і інженерів, і не можуть вважатися результатами їх творчої діяльності або новими об'єктами інтелектуальної власності, що підлягають захисту охоронними документами. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Пристрій для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, який включає бункер з вібролотком для гравітаційного подання суміші в зону сепарації, встановленим під ним струминним генератором, з розташованими одне під іншим плоскими соплами різної величини, які утворені верхньою і нижньою плоскими стінками і охоплені бічними стінками камери сепарації, та збірники фракцій, який відрізняється тим, що верхня і нижня стінки кожного сопла розташовані під гострим кутом одна до одної, причому ширина верхньої стінки становить не менше 3,5 розміру висоти найменшого поперечного перерізу сопла, а ширина нижньої стінки порівнянна з нею. Комп’ютерна верстка О. Гергіль 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