Пневмосистема пристрою для повітряної сепарації сипучої суміші у текучому середовищі

Пневмосистема пристрою для повітряної сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, яка містить вентилятор високого тиску, поєднаний з ним генератор струменів, з розташованими в ньому одне під одним і під гострим кутом до вертикалі C2 2 (19) 1 3 Суттєвим недоліком цієї пневмосистеми сепаратора є те, що повітряний канал виконаний коротким та починається одразу ж після вентилятора. Загальновідомо, що на виході будь-якого вентилятора формується турбулентний повітряний потік, який не встигає у короткому каналі перетворитися на ламінарний. Отже, сепарування сипучої суміші відбувається у турбулентному потоці, а це не може забезпечити необхідну якість розділення суміші на окремі фракції, причому, при зростанні швидкості повітряного потоку, через посилення турбулентності, якість сепарування буде відповідно знижатися. Таким чином, відома пневмосистема не може забезпечити достатню якість сепарування через те, що повітряний канал виконаний коротким і знаходиться безпосередньо біля вентилятора. Цей недолік усунутий у сепараторі, пневмосистема якого складається з вентилятора, який створює горизонтальний повітряний потік в робочому каналі вздовж нього, який далі переходить в трубопровід, який має значно менший поперечний переріз. Трубопровід з'єднаний з циклоном, за яким, з другого боку, розташований вентилятор. Отже, вентилятор знаходиться на максимальній віддалі від робочого каналу. Вентилятор, крізь трубопровід і циклон, засмоктує повітря із довкілля і подає його у робочий канал рівномірно за всім його перерізом, тобто ламінарним потоком. Під дією повітряного потоку важкі частки матеріалу, що розділяються, потрапляють в найближчий до трубопроводу приймач, а легкі - в найдальшій приймач, який розташований поблизу початку робочого каналу (біля зони всмоктування повітря. Між крайніми приймачами розташовані проміжні приймачі для фракцій, що знаходяться між самими важкими і легкими. Пилоподібні частки переміщуються у циклон, де крізь повітряний затвор виводяться зовні [див. пат. України № 22962U з класу В07В4/00 опублікований 25.04.2007 року]. Недоліком цієї пневмосистеми є те, що при її використанні відбувається досить низька ефективність розділення насіннєвих сумішей через суцільність повітряного потоку, що спричиняє невисоку якість сепарування при збільшенні подачі вихідної суміші в канал із-за взаємозахоплення часток різних компонентів, або малу продуктивність при високій якості розділення при поштучній подачі. Для підвищення ефективності розділення необхідно значно збільшувати розміри каналу, що неможливо в сучасних зерноочисних машинах. Розділення суцільного повітряного потоку на каскад потоків з різною швидкістю течії повітря запропоновано у пневмосистемі сепаратора, яка включає вентилятор, нахилений повітряний канал, у якому додатково встановлюється проставка з механізмом регулювання швидкості повітряного потоку по висоті каналу, який виконаний з набору поворотних пластин змонтованих на осях, що проходять через осьові лінії боковин проставки, причому осі поворотних пластин закріплені паралельно нижній (верхній) стінці проставки. Положення поворотних пластин фіксується прижимною планкою. При сепаруванні сипучої суміші вихідний матеріал подається у нахилений повітряний канал, тобто в зону дії повітряного потоку, який створю 93559 4 ється вентилятором, а поворотними пластинами механізму регулювання проставки перетворюється в нерівномірний по висоті каналу потік, причому більш інтенсивний у верхній частині каналу і помірніший в нижній його частині, щоб епюра зміни швидкостей описувалась параболою випуклою за напрямком подачі повітря і асиметричною до верхньої частини каналу. Під дією такого повітряного потоку найважчі компоненти суміші, що мають малі коефіцієнти вітрильності поступають у відповідний приймач, а компоненти (зернини) з більшими коефіцієнтами вітрильності виділяються у інші приймачі і складають подрібнене і щупле зерно основної культури, або насіння (домішки) інших культур (бур'янів). Соломисті домішки і пил надходять у пилевідокремлювач. В залежності від засміченості вихідного матеріалу, різниці числових характеристик кривих розподілу коефіцієнтів вітрильності насіння основної культури і домішок, висоти і довжини каналу, середньої швидкості повітря і подачі вихідного матеріалу в канал, змінюють ступінь кривизни епюри через зміну швидкостей повітря по висоті каналу. Причому при очищенні насіннєвих сумішей з великою різницею числових характеристик кривих розподілу коефіцієнтів вітрильності насіння основної культури і домішок та високою засміченістю вихідної суміші ступінь кривизни епюри зміни швидкостей збільшують. Це забезпечує велику швидкість транспортування компонентів суміші у верхній частині каналу, зменшуючи їх концентрацію в зоні завантаження. Крім того легкі домішки виділені з вихідного матеріалу більш інтенсивним повітряним потоком повністю виносяться із зони розділення (інтенсивно розвантажується основна частина каналу), що сприяє не лише підвищенню продуктивності сепаратора, але й покращенню умов для розділення компонентів більш схожих за коефіцієнтами вітрильності в середній і нижній частинах (по висоті) каналу. Для розділення вирівняних, за коефіцієнтом вітрильності сумішей, ступінь кривизни епюри зміни швидкостей зменшують, що зменшує продуктивність сепаратора але забезпечує високу якість розділення. Підвищують продуктивність на розділенні більш однорідних сумішей збільшенням середньої швидкості повітря в каналі і швидкості подачі вихідного матеріалу в повітряний канал, або, при відповідній кривизні епюри, збільшенням висоти чи довжини каналу. Зміну ступеню кривизни епюри швидкостей повітряного потоку в каналі виконують зміною кутів нахилу поворотних пластин механізму регулювання проставки [див. пат. України № 70667 з класу В07В4/02 опублікований 15.10.2004 року]. Вищевказане виконання пневмосистеми не забезпечує однорідність струменів повітря на виході з щілин проставки. Це призводить до розмикання каскаду струменів, внаслідок чого частки матеріалу, що сепарується, випадково змішуються. Все це позначається на якості відсепарованого матеріалу. Цей недолік усунутий у пневмосистемі пристрою для сепарації сипучої суміші в текучому середовищі, яка включає вентилятор, поєднаний зі струменевим генератором із плоскими соплами, 5 що виконані різними за висотою поперечного перерізу їх каналу, які установлені з різним кроком між ними та розташовані під різним гострим кутом до вертикалі, при цьому величини вказаних висоти поперечного перерізу каналу, кроку та гострого кута збільшуються у напрямку зверху вниз. Сепарування сипучої суміші полягає у гравітаційному подаванні часток вихідного матеріалу, аеродинамічному монотонно зростаючому діянні на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виводі готових фракцій у збірники, які розташовані під соплами [див. пат. України № 45881 з класу В07В4/02 опублікований 15.04.2002 року]. Недоліком цієї пневмосистеми є те, що 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 любому випадковому місці, що ще більше підсилює зворотну течію у цій зоні і як результат інтенсифікує змішування. Крім того, розмикання сприяє зриву генерації (припиненню коливального процесу), що помітно знижує якість сепарування, наближаючи його до якості сепарування звичайно віялкою. Найбільш близькою за своєю суттю та ефекту, що досягається, та яка приймається за прототип, являється пневмосистема пристрою для повітряної сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, яка містить вентилятор високого тиску, поєднаний з ним генератор струменів, з розташованими в ньому одне під одним і під гострим кутом до вертикалі плоскими соплами, висота поперечних перерізів яких, крок і кут установлення збільшуються зверху донизу, а також камеру сепарування, утвореною боковими стінками для виключення підсмоктування повітря в міжсопловий простір і зриву генерації, та розділяючий пристрій, розташований знизу, що включає збірники для прямих фракцій, які розвернуті у один бік, та збірники для проміжних фракцій, які розвернуті у другий бік, та, через повітровід, сполучені з бункером для накопичення вихідного матеріалу. Сепарування сипучої суміші за допомогою цієї пневмосистеми пристрою полягає у гравітаційному подаванні часток вихідного матеріалу з бункеру, аеродинамічному монотонно зростаючому діянні на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виводі фракцій у різні збірники та поверненні проміжних фракцій у бункер для повторного сепарування [див. пат. України № 60254 з класу В07В4/02, А01F12/44 опублікований 15.07.2005 р. у Бюл. № 7]. Основний недолік відомої пневмосистеми обмеженість її функціональних можливостей - проглядається при використанні пристрою для сепарування насіння деяких сільськогосподарських культур через те, що вона не може впливати на 93559 6 фізичний стан насіння проміжних фракцій, оскільки не пов'язана з їх збірниками. Цей недолік пояснюється наступним. Зернини деяких сільськогосподарських культур можуть злипатися між собою, наприклад, насіння гарбуза через наявність на них поверхневої плівки, або на них залишаються остюки через недомолот, наприклад, на зернинах ячменю, тощо. Такий вихідний матеріал при сепаруванні, природно, опиняється у збірниках проміжних фракцій, звідки він потрапляє за допомогою повітроводу у бункер для повторного сепарування. Оскільки повітровід ніяким чином не впливає на таке насіння, то при повторному сепаруванні воно знов потрапить у збірники проміжних фракцій і це буде повторюватися нескінченно, оскільки фізичний стан такого насіння не змінюється. Отже, ефективність сепарування проміжних фракцій насіння залишається незмінною, що приводить до поступового накопичення зазначених фракцій у бункері, та, через цю обставину, природно, буде знижуватися продуктивність пристрою для сепарування насіння. В основу винаходу поставлено задачу розширення функціональних можливостей пневмосистеми пристрою для сепарування сипучої суміші з одночасним підвищенням його продуктивності та ефективності сепарування за рахунок впливу на фізичний стан проміжних фракцій сепарованого матеріалу шляхом аеродинамічного домолоту та розділення матеріалу, що злипся, на окремі частини. Рішення поставленої задачі досягається тим, що відома пневмосистема пристрою для повітряної сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, яка містить вентилятор високого тиску, поєднаний з ним генератор струменів, з розташованими в ньому одне під одним і під гострим кутом до вертикалі плоскими соплами, висота поперечних перерізів яких, крок і кут установлення збільшуються зверху донизу, а також камеру сепарування, утвореною боковими стінками для виключення підсмоктування повітря в міжсопловий простір і зриву генерації, та розділяючий пристрій, розташований знизу, що включає збірники для прямих фракцій, які розвернуті у один бік, та збірники для проміжних фракцій, які розвернуті у другий бік, та, через повітровід, сполучені з бункером для накопичення вихідного матеріалу, згідно з винаходом, під збірниками проміжних фракцій встановлений додатковий загальний бункер з похилими стінками, а пневмосистема має додаткову гілку, утворену вентилятором високого тиску та додатковим повітроводом, кінець якого спрямований у бункер, причому, наприкінці додаткового повітроводу встановлено рухоме сопло, що звужується, а також співвісно з ним під вихідним отвором бункеру розташовано сопло Ловаля, яке з'єднано з повітроводом, у якому розташований з'ємний пристрій для домолоту сипучого матеріалу проміжних фракцій, виконаний у вигляді набору штирів, розташованих упоперек повітроводу, та кінець якого примикає до напівциклона. Додаткова гілка пневмосистеми забезпечує функцію транспортування проміжних фракцій до повітроводу, який виконує додаткову функцію: 7 вливає на фізичний стан цих фракцій, а саме, розділяючи матеріал, що злипся, на окремі частки (зернини) та обмолочує ті зернини, які цього потребують за рахунок наявності в ньому з'ємного пристрою для домолоту. Наявність напівциклона запобігає поверненню у бункер пилу та відходів обмолоту, що в цілому, дозволяє підвищити продуктивність та ефективність сепарування сипучої суміші у повітряному потоці. Подальша суть технічної пропозиції пояснюється разом з ілюстративним матеріалом, на якому зображено наступне: Фіг.1 - пневмосистема пристрою для повітряної сепарації сипучої суміші у текучому середовищі, вигляд з боку; Фіг.2 - поздовжній розріз ділянки повітроводу з пристроєм для обмолоту проміжних фракцій, процес розділення насіння, що злиплося у грудки; Фіг.3 - те ж саме, процес домолоту насіння з остюками. Стрілками показаний рух повітряних потоків. Чорні плямочки - умовне зображення часток матеріалу, що сепарується. Пневмосистема пристрою для повітряної сепарації сипучої суміші у текучому середовищі містить вентилятор 1 високого тиску, поєднаний з ним генератор струменів 2, з розташованими в ньому одне під одним і під гострим кутом до вертикалі плоскими соплами 3, висота поперечних перерізів яких, крок і кут установлення збільшуються зверху донизу, а також камеру сепарування 4, утвореною боковими стінками для виключення підсмоктування повітря в міжсопловий простір і зриву генерації. Під камерою сепарування 4 розташований розділяючий пристрій, що включає збірники для прямих фракцій 5, які розвернуті у один бік, та збірники для проміжних фракцій 6, які розвернуті у другий бік. Всі збірники для проміжних фракцій 6 спрямовані у єдиний загальний бункер 7. Транспортуючий пристрій проміжних фракцій матеріалу, що сепарується, виконаний у вигляді додаткової гілки пневмосистеми пристрою, утворену вентилятором високого тиску 8 та додатковим повітроводом 9, кінець якого спрямований у бункер 7. Наприкінці додаткового повітроводу 9 встановлено рухоме сопло 10, що звужується. Під вихідним отвором загального бункеру 7 розташовано сопло Лаваля 11, яке разом з соплом 10, утворює вузол ежекторного всмоктування проміжних фракцій матеріалу у повітровід 12. У повітроводі 12 розташований з'ємний пристрій 13 домолоту сипучого матеріалу проміжних фракцій, виконаний у вигляді набору штирів 14, розташованих упоперек повітроводу 12. Наприкінці повітроводу 12, над бункером 15 розташований напівциклон 16, у якому відбувається аеродинамічне відокремлення сипучого матеріалу проміжних фракцій від відходів процесу домолоту. Проміжні фракції сипучого матеріалу повертаються у бункер 15 для повторного сепарування, а відходи процесу домолоту видаляються за межі пристрою через повітровід 17. Подальша суть винаходу пояснюється разом з принципом роботи запропонованої пневмосистеми пристрою для повітряної сепарації сипучої суміші у текучому середовищі. 93559 8 Спочатку провадять гравітаційне подавання часток матеріалу, що підлягає сепаруванню, з бункеру 15 у камеру сепарування 4. На частки матеріалу, які знаходяться у вільному падінні, діють під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів повітря у режимі розвиненої турбулентності, який утворюється завдяки викривленням струменів під час їх розширення у соплах 3. Під час проходження частками матеріалу каскаду струменів відбувається розділення матеріалу на окремі фракції і, далі, здійснюється вивід прямих фракцій у збірники 5. Одночасно з цим відбувається відбір проміжних фракцій у збірники 6 для повернення їх на повторне сепарування. Процес повернення проміжних фракцій на повторне сепарування відбувається наступним чином. Оскільки під всіма збірниками 6 розташований загальний бункер 7, то матеріал проміжних фракцій опиняється в ньому та скочується донизу по похилим стінкам бункеру 7. Під дією повітряного потоку у додатковому повітроводі 9 та наявності вузла ежекторного засмоктування матеріалу, утвореного соплом Лаваля 11 та соплом 10, що звужується, матеріал проміжних фракцій засмоктується у повітровід 12, по якому транспортується до пристрою домолоту 13. У пристрої домолоту 13 частки (зернини та купи злиплих зернин) матеріалу зіштовхуються з нерухомими штирями 14. Завдяки кінетичній енергії рухомих часток, грудки зернин розбиваються та домолочуються (збиваються остюки) зернини, які цього потребують. Далі, відокремлені та домолочені зернини, а також пил та відходи домолоту рушать по повітроводу 12 до напівциклона 16, у якому відбувається повернення сипучого матеріалу у бункер 15 для повторного сепарування та видаляння відходів процесу домолоту за межі пристрою. Потужність ежекторного всмоктування матеріалу можна регулювати шляхом пересування сопла 10 за допомогою регулятора 18. Таким чином, запропонована пневмосистема дозволяє підвищити ефективність та продуктивність розділення насіннєвих сумішей на фракції завдяки впливу на фізичний стан матеріалу проміжних фракцій за допомогою пристрою для домолоту 13. Якщо немає потреби у такому пристрої для домолоту 13, його знімають з пневмосистеми та на його місце встановлюють фрагмент повітроводу 12. Суттєва відмінність об'єкту, що заявляється, від раніш відомих, полягає в тому, що пневмосистема пристрою для сепарування наділена додатковою гілкою з пристроєм для ежекторного всмоктування матеріалу та пристроєм для домолоту. З точки зору енерговитрат ніякої зміни не відбулося: пневматичне транспортування проміжних фракцій сипучого матеріалу потребує певних витрат енергії. Але пневматичне транспортування дозволяє розігнати частки матеріалу, та саме так завдати їм запасу кінетичної енергії, завдяки якій у пристрої для домолоту відбувається вплив штирями на фізичний стан часток матеріалу, зокрема, розбиття на окремі складові грудки, що злиплися, та домолот зернин, які цього потребують. Вказані відмінності, у сукупності, дозволяють розширити функці 9 ональні можливості пневмосистеми, через які автоматично підвищується ефективність та продуктивність процесу сепарування сипучої суміші на окремі фракції. До технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з прототипом, можна віднести наступне: - розширення функційних можливостей пневмосистеми за рахунок введення до її складу додаткової гілки; - можливість розбиття грудок матеріалу та домолоту за рахунок включення до складу додаткової пневмогілки пристрою для домолоту; - підвищення ефективності повторного сепарування за рахунок зміни фізичного стану проміжних фракцій матеріалу; - підвищення продуктивності пристрою для сепарування за рахунок того, що частки проміжних фракцій вже не повертаються у відповідні збірники; - скорочення часу сепарування за рахунок одноразового повернення проміжних фракцій до повторного сепарування; - універсальність за рахунок того, що пристрій для домолоту виконаний з'ємним. Економічний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок підвищення продуктивності процесу сепарування сипучої суміші. Після опису запропонованої пневмосистеми пристрою для сепарування сипучої суміші у теку 93559 10 чому 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 пневмосистеми, зокрема пристрою для домолоту, його розмір, можуть змінюватися у залежності від стану та виду 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 пневмосистема наділена додатковою гілкою для транспортування та пристроєм для впливу на фізичні параметри проміжних фракцій у процесі транспортування за рахунок ударного навантаження на частки матеріалу при зі штовханні їх зі пристроєм для домолоту, і саме ця обставина дозволила надати запропонованій пневмосистемі перераховані вище і інші переваги. Зміна запропонованого принципу повернення проміжних фракцій та принципу на їх фізичний стан на інші, природно, обмежує спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новими технічними рішеннями в даній області знань, оскільки інше, подібно описаній пневмосистеми, 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 Л.Литвиненко 93559 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