Пристрій для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі

1. Пристрій для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, що містить бункер з вібролотком, встановлений під ним генератор каскаду плоских 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, та який зв'язаний з приводом подачі повітря під тиском та охоплений боковими стінками, збірники фракцій та сепарувальну камеру, який відрізняється тим, що вихід сепарувальної камери перекритий фільтру 3 класу В07В4/02 опублікований 15.04.2002р. у Бюл. №4 за 2002р.]. Основним недоліком цього пристрою є невдосконаленість його конструкції, зокрема, конструкції його генератора струменів повітря через невизначеність розмірів його сопел. Цей недолік обумовлений наступним. Знакозмінний і вільний режим роботи каскаду струменів невідворотно призводить до періодичного, нестабільного у часі і просторі виникненню у ньому зон тиску та розрядження з появою прямих і зворотних течій. У зоні зворотних течій відбувається втягування часток (особливо легких) у рух, зворотний руху основного потоку повітря, що призводить до часткового змішування вже від-сепарованого матеріалу з невідсепарованим. Нестабільність у часі цього явища, врештірешт, призводить до розмикання (розриву) каскаду струменів у будь-якому випадковому місці, що ще в більшій мірі підсилює зворотну течію у цій зоні і як результат інтенсифікує змішування відсепарованого матеріалу з невідсепарованим. Крім того, розмикання каскаду струменів повітряного потоку сприяє зриву генерації (припиненню коливального процесу), що помітно знижує якість сепарування, наближаючи його до якості сепарування звичайною віялкою. Найбільш близьким за своєю суттю та ефекту, являється пристрій для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, який 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. Цей пристрій, через визначеність геометричних параметрів сопел, дозволяє аеродинамічне діяння здійснювати у режимі резонансного автоколивального руху кожного струменя і усього каскаду струменів на частоті першої гармоніки коливань, та саме так забезпечити якісне розділення на фракції сипучі суміші [див, пат. України №60254 з класу В07В4/02, А01F опублікований 15.07.2005р. у Бюл. №7 за 2005р.]. Основний недолік відомого пристрою для сепарування сипучої суміші полягає в тому, що має відкриту систему постачання текучого середовища для процесу сепарування, зокрема, повітряного потоку. У відомому пристрої повітряний потік всмоктується у генератор каскаду плоских струменів з довкілля, та туди ж (у довкілля) повертається після використання його для сепарування сипкої суміші, але «відпрацьований» повітряний потік 50985 4 повертається, природно, вже насичений звичайним пилом та летючими домішками біологічного походження, що автоматично породжує низку додаткові побічних недоліків. Так, пил з летючими домішками погіршує стан здоров'я працівників, викликаючи забруднення легенів та сприятиме викликанню небажаних алергічних реакцій (медичний недолік), забруднює довкілля та приміщення, де розташований пристрій (екологічний недолік), незважаючи на високу якість сепарування, все ж таки знижується комерційна привабливість відомого пристрою через наявність постійної щільної хмари пилу в зоні роботи пристрою для сепарування (економічний недолік), та, навіть, може викликати пожежі, руйнування приміщень, обладнання та призвести до жертв через вибухонебезпечність повітряно-пилової суміші, коли вона досягне відповідної концентрації у приміщенні, що, у свою чергу, вимушує користувачів пристрою налагодити впотужню вентиляційну систему, яка, загалом, підвищує собівартість готової (сепарованої) зернової продукції через зростання вартості технологічного обладнання та підвищення енерговитрат. Другий суттєвим недоліком відомого пристрою для сепарування сипучої суміші проявляється при його застосування у сільському господарстві (переважне застосування) при очищенні та розділенні насіння або зернин сільськогосподарських культур на фракції, оскільки він не може очищати зернини від адгезійного шару пилу, яка досить щільно укутує всю поверхню кожної зернини, що наочно можна побачити під час перевантаження відсепарованого зернового матеріалу у тару (мішки, бункери, кузов вантажівки тощо): з'являється густа хмара пилу, але цей пил вже іншого походження. При пересипанні відсепарованого зернового матеріалу, зернини зіштовхуються між собою та механічно, через тертя зчищають адгезійний шар пилу з друг дружки, який і формує храму пилу при перевантаженні відсепарованого зернового матеріалу. Наявність хмари пилу при перевантаженні відсепарованого зернового матеріалу, за суттю, є прямим доведенням неможливості очищення зернин від адгезійного шару пилу за допомогою відомого пристрою, за суттю, аеродинамічним, - для цього недостатньо потужності повітряного потоку. Збільшити ж потужність повітряного потоку не уявляється можливим, оскільки при цьому різко знижується якість розділення зернового матеріалу на фракції, тому що потужність повітряного потоку знаходиться у взаємозв'язку з фізичними властивостями сипучої суміші, а тому чітко розраховується з врахуванням розмірів та ваги матеріалу, що піддається сепаруванню. Оскільки зерновий матеріал під час сепарування не можливо очистити аеродинамічне шляхом впливу на нього каскадом плоских струменів, залишається лише впливати на зернини механічно, але відомий пристрій такого впливу зробити не може оскільки в ньому немає пристосування для подання засобів для механічного впливу на зерновий матеріал. Третім недоліком відомого пристрою для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі є його конструктивна невдосконаленість через від 5 сутність фільтруючого вузла для очищення повітряного потоку, що виходить з сепарувальної камери, від забруднень і пилу, які, разом, формують небезпечну хмару біля пристрою під час його експлуатації. Проте, звичайне наділення відомого пристрою фільтруючим вузлом будь-якої відомої конструкції, автоматично підвищує енергоємність процесу сепарування, через відповідне зростання потужності приводу постачання повітря під тиском у генератор у залежності щільності фільтрувального елементу, який чиніть опір повітряному потоку. З цієї причини, оснащення пристрою фільтруючим вузлом не є прийнятним виходом з точки зору економіко-енергетичних показників відомого способу сепарування. До того ж, звичайні фільтрувальні елементи не вирішують задачу очищення зернового матеріалу від адгезійного шару пилу, оскільки вони ні яким чином не впливають на нього механічно, через те, що відсепарований матеріал проста не стикається з фільтрувальними елементами, оскільки потрапляє у збірники фракцій, що розташовані, як правило, ближче ніж фільтри, тобто відсепарований матеріал проста не досягає фільтрів. Отже, будь-яких засобів для механічного очищення зернового матеріалу від адгезійного шару пилу в конструкції відомого пристрою непередбачене, що і є його недоліком, про який вже казалося више. Таким чином, відомий пристрій для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі дозволяє досить якісно розділяти зерновий матеріал на декілька фракцій, але зовсім не очищує його від адгезійного шару пилу, який породжує низку подальших небезпечних проблем, вказаних вище. В основу корисної моделі поставлена задача усунення перелічених вище недоліків через вдосконалення конструкції пристрою для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі шляхом розширення його техніко-функціональних властивостей, за рахунок наділення його вузлом рекуперації частки повітряного потоку з одночасним насиченням його каліброваними твердими домішками для одночасного здійснення процесу очищення зернового матеріалу від адгезійного шару пилу та розділення його на окремі фракції під час процесу сепарування. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в відомому пристрої для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, який містить бункер з вібролотком, встановлений під ним генератор каскаду плоских струменів, з розташованими одне під другим та під гострим кутом до вертикалі плоскими соплами, висота поперечних перерізів яких, крок і кут установлення збільшуються зверху донизу, та який пов'язаний з приводом подачі повітря під тиском та охоплений боковими стінками, сепарувальну камеру, під якою розташовані збірники фракцій, згідно з пропозицією, вихід сепарувальної камери перекритий фільтрувальним елементом, виконаним у вигляді обертового барабана з калібрувальним решетом на поверхні, який зовні наділений очищувачем непрохідних твердих домішок, при цьому внутрішність обертового барабана зв'язана з приводом подачі повітря під тиском у генератор каскаду плоских струменів, а очищувач ви 50985 6 конаний у вигляді послідовно розташованих щілинного конфузора, вентилятора та циклона з бункером для відходів, розташованих таким чином, що фільтрувальний елемент примикає з гарантованим зазором до щілини конфузора, одна з кромок якої наділена чистиком, виконаним, наприклад, у вигляді механічної щітки. Як варіант виконання пристрою, останній збірник фракцій, який призначений для збирання не летючих відходів процесу сепарування, та бункер для летючих відходів циклона можуть бути поєднані між собою у єдину конструкцію. Відмітною особливістю запропонованого пристрою є його конструктивна можливість фільтрування повітряного потоку, його повернення до приводу подачі під тиском повітря у генератор формування каскаду плоских струменів, та насичення їх каліброваними твердими домішками. При цьому фільтрувальний елемент у вигляді обертового барабана з калібрувальним решетом на поверхні, збирає непрохідні частки сепарувального матеріалу та домішки на своєї циліндрової поверхні із зовнішнього боку, а прохідні (калібровані) дрібні тверді частки, що потрапили через решето в його середину, повертаються разом з більшою частиною повітряного потоку у привід генератора, який формує каскад струменів повітря, але вже насичений калібровими домішками для механічного очищення зернового матеріалу від адгезійного шару пилу. Виконання барабану обертовим, дозволяє автоматично очищувати його циліндрову поверхню чистиком та відсмоктувальним потоком повітря за допомогою конфузора, поєднаного з циклоном та вентилятором, повністю видаляти непрохідні домішки та пил, з тієї частини повітряного потоку, яка потрапляє у довкілля. Технічним результатом корисної моделі є отримання можливості одночасного сепарування та очищення зернового матеріалу завдяки замкнутій повітряній системи, з невеликим виходом у довкілля повністю очищеного повітряного потоку, потужність якого вже малопомітна і не зайва для працівників та персоналу і не може викликати будь-які незручності для них, а також технічним результатом є отримання засобу механічного очищення зернового матеріалу від адгезійного шару пилу у вигляді каліброваних твердих домішок, які здобуті з самого матеріалу, що сепарується, за рахунок застосування у пристрої фільтрувального елемента особливої конструкції, тобто, додаткових матеріалів для очищення зернин не використовується! При цьому якість розділення матеріалу при багатофракційному розшаруванню по масі, густоті або питомій вазі не зменшується, я якість очищення зернового матеріалу суттєво зростає. Отже, зміна принципу використання більшої частини повітряного потоку, принципу отримання засобу для очищення зернового матеріалу у замкненому просторі через його рекуперацію та часткове очищення, тягне за собою розширення техніко-експлуатаційних властивостей пристрою. Таким чином, уся сукупність суттєвих ознак запропонованого технічного рішення забезпечує досягнення поставленої задачі. 7 Подальша сутність корисної моделі пояснюється разом з ілюстративним матеріалом, на якому зображено наступне: Фіг.1 - схема запропонованого пристрою для здійснення запропонованого способу рекуперації повітряного потоку, вигляд збоку з перерізом для кращого показу конструкції; Фіг.2 - те ж саме, вигляд зверху. Маленькими чорними крапками зображені калібровані тверді домішки, прозорими овалами зображені зернини матеріалу, що сепарується. Одинарними стрілками показаний рух повітряного потоку у пристрої, подвійними - повернення частини повітряного потоку у генератор для повторного формування з нього каскаду плоских струменів для сепарування. Пристрій для сепарації 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, які призначені для формування каскаду плоских струменів повітря і розташовані одне під другим та під гострим кутом до вертикалі. Висота поперечних перерізів сопел 4, крок і кут установлення збільшуються зверху донизу. Струменевий генератор 3 аеродинамічне пов'язаний з приводом 5 подання в нього повітряного потоку під тиском. До генератора 3, з боку сопел 4, прилягає сепарувальна камера 6, яка являє собою замкнений об'єм, утворений боковими та верхньою стінками. Під сепарувальною камерою 6 розташовані збірники фракцій 7. На при кінці сепарувальної камери 6, тобто з протилежного боку від струменевого генератора 3, розташований фільтрувальний елемент, що має конструкцію у вигляді обертового циліндрового барабана 8 з калібрувальним решетом 9 (безпосередньо фільтр) на його циліндровій поверхні. Один торець барабана 8 також вкритий калібрувальним решетом 9 та зв'язаний з приводом його обертання 10. Другий торець барабана 8 відкритий та до нього примикає повітропровід 11, протилежний кінець якого примикає до приводу 5 подання повітря під тиском у струменевий генератор 3. Очищувач повітряного потоку від непрохідних через калібрувальне решето 9 домішок виконаний у вигляді послідовно розташованих щілинного конфузора 12, вентилятора 13 відсмоктування та циклона 14 з бункером 15 для збирання продуктів очищення повітряного потоку. Щілина конфузора 12 примикає з гарантованим зазором безпосередньо до калібрувального решета 9 обертового барабана 8. Одна з кромок (немає значення яка) щілини конфузора 12 наділена чистиком 16, виконаним, наприклад, у вигляді звичайної механічної щітки з щетинками. Запропонований пристрій для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі працює на такий спосіб (на прикладі сепарування зернового матеріалу). Зерновий матеріал завантажують у бункер 1. Далі провадять гравітаційне подавання зернин 17 матеріалу, що підлягає сепаруванню, у сепарувальну камеру 6 з боку сопел 4. Для здійснення цієї операції використовують вібролоток 2. На зернини 50985 8 17, що знаходяться у вільному падінні, діють під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів у режимі розвиненої турбулентності генератора 3, який утворюється завдяки викривленням струменів під час їх розширення у соплах 4. На виході із сепарувальної камери 6, забруднений пилом та механічними домішками різного калібру повітряний потік впирається у обертовий барабан 8, який майже повністю перекриває вихід сепарувальної камери 6, оскільки практично дорівнюється її ширини. Повітряний потік проникає через калібрувальне решето 9 всередину обертового барабана 8, а непрохідні за розміром тверді домішки залишаються зовні барабана 8, на поверхні калібрувального барабана 9, Таким чином відбувається очищення повітряного потоку від великих домішок та частково від звичайного пилу. Через калібрувальне решето 9 прохідні тверді домішки 18 потрапляють разом з частиною повітряного потоку всередину обертового барабана 9. Ця частина повітряного потоку разом з каліброваними твердими домішками 18 потрапляє у повітропровід 11, та через нього повертаються у привід 5, майже примусово, через висмоктування повітря з повітропроводу 11 приводом 5. Оскільки барабан 8 обертається, його поверхня (калібрувальне решето 9) постійно очищується від непрохідних механічних домішок за допомогою чистика 16. Усі відходи процесу сепарування та забруднення потрапляють у щілинний конфузор 12 завдяки їх відсмоктування повітряним потоком, який утворює вентилятор 13, та, далі, потрапляють у циклон 14, де відокремлюються від повітря та звідси потрапляють у бункер 15, який призначений для їх збирання. З циклону 14 повністю очищене повітря потрапляє у довкілля слабко потужним, майже непомітним, потоком. Повернена у пристій 15 частина повітряного потоку разом каліброваними твердими домішками 18 потрапляють у генератор 13 струменів, звідки подаються у сопла 4, де калібровані тверді домішки 18 зазнають прискорення каскадом плоских струменів повітря. Прискорені калібровані тверді домішки 18, зіштовхуючись з зернинами 17 матеріалу, руйнують адгезій ний шар пилу на їх поверхні, який відокремлюється та потрапляє у повітряний потік, а очищені зернини 17 розділяються на фракції та потрапляють у відповідні збірники фракцій 7. Відпрацьований повітряний потік зіштовхується з обертовим барабаном 8 і весь процес рекуперації частини повітряного потоку на насичення каліброваними твердими домішками 18 повторюється. Суттєва відмінність запропонованого технічного рішення від раніш відомих, полягає у рекуперації частини повітряного потоку та насиченні його каліброваними твердими домішками, вилученими з матеріалу, що сепарується, а також в тому, що пристрій наділений фільтрувальним елементом у вигляді обертового барабана з калібрувальним решетом на поверхні, який з'єднаний з відсмоктуючим пристроєм у вигляді послідовно з'єднаних з конфузора, вентилятора та циклона. Вказані відмінності, у сукупності, дозволяють не тільки якісно розділяти сипучу суміш на окремі фракції, але й 9 механічно її очищати від адгезійного пилу через механічний вплив на частки прискореними каліброваними твердими домішками, та саме так отримувати якісно очищений продукт сепарування. Жодний з відомих пристроїв для сепарування не можуть володіти вказаними властивостями, оскільки, або в загалі не мають засобів для очищення часток сипучої суміші, або мають фільтри, які повністю очищують повітря, але для цього витрачають більше енергії ніж фільтрування через калібрувальне решето. Експериментальний зразок запропонованого пристрою для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі під час випробувань показав, що під час розділення на фракції зернової суміші, зокрема пшениці, при продуктивності 10т за годину, витрати повітря склали 3600м3 на годину для очищення повітря потрібна потужність вентилятора лише 2кВт. Для отримання такого ж ефекту з використанням звичайного фільтрувального елемента потрібна потужність приблизно 60кВт, тобто у 30 разів більша. 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. До технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з найближчим аналогом, можна віднести наступне: - розширення техніко-функціональних властивостей за рахунок оснащення пристрою фільтруючим елементом та засобом для рекуперації частини повітряного потоку; - автоматичне насичення рекуперованої частини повітряного потоку каліброваними твердими домішками за рахунок наявності калібрувального решета; - стабільність процесів сепарації та очищення у часі за рахунок обертовості барабана та постійного очищення калібрувального решета; - очищення зернового матеріалу від адгезійного шару пилу за рахунок механічного впливу на нього каліброваними твердими домішками; - поєднання процесів розділення на фракції та очищення у часі та просторі за рахунок насичення повітряного потоку каліброваними твердими домішками; - зменшення всмоктування повітря із довкілля за рахунок повернення його частини у генератор струменів; - зменшення енерговитрат для очищення повітря за рахунок використання у якості калібрувального елемента калібрувального решета; - підвищення якості обробки сипучої суміші через перелічені вище переваги. Соціальний ефект від впровадження корисної моделі, у порівнянні з використанням найближчого 50985 10 аналога, отримують за рахунок покращення умов праці, усунення причин розвитку захворювань легень та розвитку алергічних реакцій, не забруднення довкілля та виробничого приміщення, підвищення пожежної безпеки. Економічний ефект від впровадження корисної моделі, у порівнянні з використанням найближчого аналога, отримують через підвищення комерційної привабливості пристрою, що сприятиме його продажу, та через це, впровадження у виробництво екологічно чистого устаткування, отримання очищеного зернового матеріалу від адгезійного шару пилу, зниження енерговитрат на очищення відпрацьованого повітряного потоку. 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 і його розміри, використання матеріалу для калібрувального решета, форма і конструкція конфузора, типа циклона, конструкція та форма зворотного повітропроводу, чистика, можуть змінюватися у залежності від вихідної сировини (сипучої суміші), 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 повітря, якевикористовується для формування каскаду плоских струменів для сепарування, очищується та повертається для повторного використання, тобто циркулює всередині пристрою для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, та й ще насичується каліброваними твердими домішками, які використовуються у якості засобу механічного впливу на частки сипучої суміші для її очищення, і саме ці обставини дозволили надбати запропонованому пристрою для сепарування перераховані вище і інші переваги. Зміна запропонованого принципу рекуперації повітряного потоку та насичення його каліброваними твердими домішками на інші, 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. 11 Комп’ютерна верстка О. Рябко 50985 Підписне 12 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