Пристрій для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі

Пристрій для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, який містить бункер з вібролотком, встановлений під ним генератор, з розташованими одна під другою та під гострим кутом до вертикалі жорсткими стінками, крок і ширина розташування яких збільшується зверху донизу, по 3 пристрою слід вважати його надмірну складність через наявність додаткової осадочної камери, до того ж оснащеної додатковими приладами та вентилятором, значні габаритні розміри, зокрема, висоти, через включення до конструкції вертикального трубопроводу, а також, високе споживання енергії через наявність у конструкції двох вентиляторів, що робить процес сепарування досить енерговитрат ним та через це - коштовним. Відомий також пристрій, який містить бункер з живильником, вентилятор, повітроводи і сепараційну камеру, яка виконана з діелектричного матеріалу у формі прямокутної вертикальної труби, оснащена потенційними електродами, розташованими на її внутрішніх протилежних стінках, та містить систему повітряних патрубків, які входять всередину неї та оснащені розсіюючими наконечниками і вентилями для регулювання швидкості зустрічного потоку повітря у міжелектродному просторі, а також сполучені між собою герметизованими конічними збірниками, що вловлюють фракції від сепарованого матеріалу. За допомогою цього пристрою здійснюють гравітаційну подачу сипучого матеріалу із заданою швидкістю у зону дії електричного поля, подальше розділенні часток матеріалу у рівномірному зустрічному висхідному повітряному потоці та виведення продуктів розділення [див. пат. Російської Федерації № 2262994 з класів В07В 4/02, В03С 7/12, опублікований 27.10.2005 року у Бюл. № 30]. Використання у відомому технічному рішенні зустрічного висхідного повітряного потоку забезпечує достатньо тонке і якісне сепарування часток сипучих матеріалів. Однак недоліком відомого пристрою є те, що формування даного потоку в ньому є примусовою, а отже пов'язане 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 експлуатацію даного пристрою. Крім того, слід зауважити, що функція розділення часток у електричному полі є абсолютно даремною, адже частки сепарованої суміші - діелектрики. До того ж, відомий пристрій має занадто складну конструкцію, в якій присутня велика кількість взаємопов'язаних деталей і вузлів, часто дрібних і високотехнологічних, а також використання ним двох видів енергетичних ресурсів для здійснення процесу сепарування (наприклад, живильник бункера, регулюючий вентиль, блок живлення вентилятора тощо), що є його суттєвими конструктивними недоліками. Відомими також пристрій для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, який 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 58961 4 тиском та охоплений боковими стінками, а під соплами розташовані збірники фракцій. Цей пристрій забезпечує 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 15.04.2002 року у Бюл. № 4]. Основним недоліком відомого пристрою є те, що при його використанні надглядається 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. Отже, недоліком відомого пристрою є невдосконаленість генератора каскаду струменів, зокрема, сопел, конструкція яких не може усунути появу зворотних течій повітря у сепараційній камері, що і призводить до зниження якості сепарування. Найбільш близьким за своєю суттю та ефектом, що досягається, і який приймається за прототип, є пристрій, який містить бункер з вібролотком для гравітаційного подавання суміші у зону сепарації, під яким встановлено струменевий генератор, з розташованими одне під другим та під гострим кутом до вертикалі соплами з жорсткими стінками що примикають до них зверху за всією шириною, та крок і ширина розташування сопел збільшується зверху донизу, а також генератор пов'язаний з джерелом подачі повітря під тиском та охоплений боковими стінками, які одночасно утворюють се парувальну камеру зі збірниками фракцій, розташованими під нею. Крім того, розмір ширини жорсткої стінки складає не менш трьох розмірів висоти поперечного перерізу сопла примикання, а співвідношення кроку встановлення сопел до висоти поперечного перерізу верхнього відносно до нього сопла складає не менш чотирьох. Робота даного пристрою передбачає 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, течія кожного струменю переходить 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 міжструме-невого простору всіх суміжних струменів не менше двох циркуляційних 5 зон, відмінних за величиною [див. Міжнародну заявку № 2010056220 з класів В07В 11/00, В07В4 /02, В07В 4/00, опубліковану 20.05.2010 року]. Основним недоліком відомого пристрою для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі є наявність у його конструкції плоскогоризонтальних сопел генератора. Відомо, що сопло, як технологічний пристрій, призначене для розганяння рідин або газів до заданої швидкості і надання потоку певного напряму. Внаслідок використання у конструкції відомого пристрою плоскогоризонтальних сопел, каскад повітряних струменів виходить занадто потужним і швидким, тому зона розвитої турбулентності зсувається в середину се-парувальної камери та має коротку ширину, тому в неї повне розділення суміші на фракції не встигає відбутися повністю. Отже частина сипучої суміші, спочатку біля сопел розганяється суцільними струменями до великої швидкості та, потім частково наскрізь прокочують через зону розвиненої турбулентності залишаючись невідсепарованою - їх просто зносить потужними повітряними потоками, і вони хаотично осідають у різних збірниках. Це призводить до неконтрольованого утворення змішаних фракцій. Отже, наявність вказаних сопел з жорсткими стінками жодним чином не сприяє підвищенню якості сепарування, навіть, навпаки, погіршує, та невиправдано ускладнює конструкцію сепаратора. Наступним суттєвим недоліком відомого пристрою є те, що весь набір сопел з жорсткими стінками генератора розташований у одній вертикальній площині. Враховуючи той факт, що жорсткі стінки встановлені під гострим кутом до вертикалі, їх крок і кут збільшуються зверху донизу, між вертикальною стінкою генератора і кожною з вищевказаних прямокутних жорстких стінок утворюються «кишені», куди потрапляють частки сипучої суміші, важкі домішки тощо. З часом це призводить до заповнення цими речовинами вказаних «кишень». Зважаючи на відчутні розміри таких накопичень (ширина жорстких стінок збільшується зверху донизу), виникає необхідність періодично зупиняти роботу сепаратора і вичищати його, для того, щоб уникнути його перевантаження та погіршення умов формування каскаду струменів. Ця процедура є незручною і досить тривалою, оскільки пристрій треба розбирати, а також економічно невигідною, бо вимушений «простій» негативно позначається на загальній продуктивності виробництва. Крім того, в цілому недосконалим є і конструкція самих сопел з жорсткими стінками, які досить складно виготовлювати та закріпляти паралельно на генераторі. Запропонована корисна модель спрямована на досягнення технічного результату, який полягає у спрощенні конструкції пристрою з одночасним підвищенням продуктивності та якості сепарування за рахунок отримання більш потужного режиму турбулентності шляхом збільшення розмірів зон розвиненої турбулентності через формування додаткових циркуляційних зон, здатних індукувати мікровихори, та покращення аеродинамічних параметрів пристрою за рахунок зміни конструкції генератора каскаду струменів. 58961 6 Вказаний технічний результат досягається тим, що у відомому пристрої для реалізації запропонованого способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, який містить бункер з вібролотком, встановлений під ним генератор, з розташованими одна під другою та під гострим кутом до вертикалі жорсткими стінками, крок і ширина розташування яких збільшується зверху донизу, та пов'язаний з джерелом подачі повітря під тиском та охоплений боковими стінками, і збірники фракцій, згідно пропозиції, кінець кожної жорсткої стінки за всією її довжиною наділений розташованою до неї під кутом додатковою стінкою, ширина якої менше відстані між суміжною зверху жорсткою стінкою, яка розташована зі зсувом по горизонталі, з утворенням зазору відносно нижньої жорсткої стінки, та камери повороту повітряного потоку на вході в зазор, при цьому камери повороту і зазори збільшуються зверху донизу. Запропоноване технічне рішення передбачає сепарування у більш потужному, порівняно із прототипом, турбулентному режимі, що характеризується збільшеною загальною зоною турбулізації, утвореною завдяки поділу однієї із циркуляційних зон на дві, майже послідовні, а також завдяки виникненню безлічі зон мікровихорів. Технологічно це забезпечуються внаслідок різкої зміни напряму повітряних струменів при виході їх із генератора, а конструктивно - в результаті утворення в порожнині генератора камер повороту вказаних струменів перед їх виходом назовні та формуванням щілинних зазорів безпосередньо для їх проходження. Досягнення вказаного технічного результату стало можливим, перш за все, завдяки комплексу аеродинамічних удосконалень пристрою для сепарування. У запропонованому пристрої для сепарування вихідні отвори генератора напряму сполучені із жорсткими стінками, які розташовані зі зсувом по горизонталі та, відповідно, оснащені додатковим стінками, розташованими під кутом до них таким чином, що дозволяють сформувати вищезгадані камери повороту (різкої зміни напряму) повітряного потоку, а також щілинні зазори для проходження сформованих внаслідок цього повітряних струменів. При цьому 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. Наявність камер повороту також вирішує «зовнішню» проблему у конструкції сепаратора: завдяки взаємному розміщенню жорстких стінок, зміщених по гори 7 зонталі, і додаткових стінок, що практично повністю (за винятком щілинних зазорів) закривають міжструменеві простори, на зовнішніх робочих поверхнях сепаратора не накопичуються сепаровані частки. Крім того, відмова від використання сопла суттєво спрощує конструкцію запропонованого пристрою для сепарування, а також усуває можливість змішування різних фракцій - головним чином, завдяки відсутності прискореного прямолінійно спрямованого повітряного потоку із сопла, та забезпечує стабільність турбулентного режиму. Отже, уся сукупність суттєвих ознак запропонованого рішення стосовно запропонованого пристрою для 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, 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 пристрій для сепарування працює на такий спосіб. 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 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 58961 8 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. В порожнині генератора 3 під дією джерела подачі повітря виникає повітряний потік. При потраплянні його у камери повороту 7 формуються повітряні струмені з різко зміненим напрямом руху, які виходять крізь щілинні отвори 4. Сипуча суміш з бункера 1 за допомогою вібролотка 2 під дією сил гравітації проходить крізь утворений каскад струменів, в процесі чого відбувається очищення суміші від сторонніх домішок та розділення її часток на фракції, після чого розділені частки опускаються в збірники фракцій 8. Суттєва відмінність запропонованого пристрою для 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 пристроїв для сепарування сипучої суміші у текучому середовищі не може одночасно володіти всіма перерахованими властивостями, оскільки взагалі не передбачає механічного впливу на напрям руху повітряних струменів, будь-якого збільшення зони турбулізації, зокрема шляхом утворення додаткової циркуляційної зони і автоматичного виникнення зон індукування мікровихорів. Таким чином, запропоновані у даній корисній моделі зміни конструкції пристрою призводять до якісно нового технічного результату, порівняно із відомими аналогами. Запропоновані пристрій не містить у своєму складі жодних елементів чи вузлів, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема, при виробництві повітряних сепараторів, а отже вважається таким, що відповідає критерію «промислова придатність». У відомих джерелах науково-технічної та іншої інформації не виявлено жодного пристрою для 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 9 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, а також спрощення конструкції пристрою за рахунок відсутності сопел з жорсткими стінками; - суттєве покращення аеродинамічних параметрів пристрою та автоматичне усунення проблеми накопичення часток на його зовнішніх робочих поверхнях за рахунок наявності камер повороту. Економічний ефект від впровадження корисної моделі у виробництво, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок збільшення виходу якісного продукту та зниження вартості пристрою. Після опису запропонованого пристрою для 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 модифікації пристрою можуть змінюватися залежно від характеристик вихідного сипучого матеріалу, сфери застосування і бажаних об'ємів виробництва, 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. 58961 10 Квінтесенцією запропонованого технічного рішення є те, що в процесі сепарування під час утворення циркуляційних зон пристрій здійснює вертикальне стиснення струменю та поділ на дві верхньої циркуляційної зони з утворенням додаткової циркуляційної зона, що індукує зони мікровихорів, при цьому вихідні отвори генератора зв'язані із жорсткими стінками різної ширини, встановленими під гострим кутом зі зсувом по горизонталі, а кінець кожної жорсткої стінки за всією її довжиною наділений розташованою до неї під кутом додатковою стінкою з утворенням щілинного зазору для проходження повітряного потоку та камери повороту повітряного потоку на вході у вказаний зазор, до того ж розміри утворених зазорів і камер повороту, відповідно, збільшуються зверху донизу, що у сукупності дозволяє суттєво підвищити інтенсивність сепарування з підвищенням якості та без залучення будь-яких додаткових ресурсів енергії, і саме ця обставина дозволила надбати запропонованому пристрою вищеперераховані й інші переваги. Використання лише окремих елементів запропонованих конструктивних удосконалень, 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. 11 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 58961 Підписне 12 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