Спосіб сепарації з додатковим очищенням зернового матеріалу та аеродинамічний сепаратор “сад” для його реалізації

Реферат: Винаходи належать до способів та пристроїв для повітряного сепарування сипких матеріалів та може бути використаний, переважно, у сільському господарстві для очищення та сортування насіння злакових, трав'яних та інших культур на селекційних станціях, у фермерських господарствах, у борошномельному та комбікормовому виробництві, а також у інших галузях народного господарства для розділення забруднених сипких матеріалів на окремі фракції. Cпосіб сепарації з додатковим очищенням зернового матеріалу, при якому здійснюють віброгравітаційне подання суміші матеріалу у зону аеродинамічного монотонно зростаючого діяння на них каскадом плоских струменів, відокремленням великих домішок та кінцевим розділенням на фракції. Великі домішки у суміші зернового матеріалу відокремлюють при UA 116073 C2 (12) UA 116073 C2 вібраційному поданні та спрямовують тільки у першу фракцію або у окремий бункернакопичувач одним або декількома вібропотоками перед гравітаційним поданням суміші зернового матеріалу у зону аеродинамічного діяння. Аеродинамічний сепаратор містить бункер з вібролотком, встановлений під ним генератор каскаду повітряних струменів, пневматично пов'язаний з джерелом подання повітря під тиском та сепараційну камеру, під якою розташовані збірники фракцій. Прутковий очисний пристрій виконаний у вигляді гребінки, прутки якої мають різну довжину або жорсткість, мають кінцевій вигин догори, встановлені консольно на початку вібролотка поміж ним та виходом з бункера. Прутки гребінки біля вільних кінців обладнані збірником великих домішок, виконаним у вигляді двоскатного віброканалу, сполученого зі збірником першої фракції. Використання винаходу дозволить підвищити якість сепарування зернового матеріалу за рахунок вилучення з нього великих домішок до моменту входження сипучої суміші у зону аеродинамічного діяння. UA 116073 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винаходи належать до способів та пристроїв для повітряного сепарування сипких матеріалів та може бути використаний, переважно, у сільському господарстві для очищення та сортування насіння злакових, трав'яних та інших культур на селекційних станціях, у фермерських господарствах, у борошномельному та комбікормовому виробництві, а також у інших галузях народного господарства для розділення забруднених сипких матеріалів на окремі фракції. З рівня техніки відомий спосіб сепарації сипких матеріалів, у тому разі й зернового матеріалу, у текучому середовищі, при якому здійснюють гравітаційне подання часток, аеродинамічне монотонно зростаюче діяння на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів для розшарування сипкої суміші на окремі фракції, які, гравітаційно виходячи із зони аеродинамічного діяння на них, вільно падають вниз та потрапляють у відповідні збірники фракцій. Особливістю цього способу є те, що перед аеродинамічним діянням на частки суміші, течію кожного струменя переводять у режим розвиненої турбулентності шляхом розширення струменів за вертикаллю до стуляння однієї з іншою зі збійною чи близькою до неї формою течії не менш двох циркуляційних зон, відмінних одна друг дружки за величиною. Цей спосіб сепарації здійснюють за допомогою аеродинамічного сепаратора, який містить бункер з вібролотком, встановлений під ним генератор каскаду повітряних струменів, пневматично пов'язаний з джерелом подачі повітря під тиском та сепараційну камеру, під якою розташовані 6 збірники фракцій [див. патент Російської Федерації № 2403096 з класів МПК В07В 4/02, В07В 11/00 опублікований 10.11.2010 року]. Основним суттєвим недоліком відомого способу сепарації є те, що у процесі розділення сипучої суміші неможливо вилучати з неї великі домішки рослинного походження, зокрема фрагменти колосків, кореневих систем, стеблин, соломи, листя тощо. Вказані домішки мають досить великий аеродинамічний опір (парусність). Отже, навіть маючи велику вагу, інколи перевищуючу масу зернин у декілька разів, вони (домішки), замість потрапляння у перший збірник фракцій, призначений для важких та великих домішок, підхоплюючись потоком повітря, пересуваються повітряними струменями уздовж сепараційної камери та потрапляють у збірники фракцій, призначених для вже відсепарованого матеріалу. Тобто, при сепаруванні зернового матеріалу, відомий спосіб не забезпечує його попереднє очищення, а, отже, не має технологічної можливості отримання відсепарованого матеріалу необхідної якості. Вказаний суттєвий недолік відомого способу сепарації зернового матеріалу обумовлений невдосконаленістю конструкції аеродинамічного сепаратора, за допомогою якого реалізується відомий спосіб. Це пов'язано з тим, що у конструкції сепаратора відсутній вузол, здатний попередньо вилучати з сипкого матеріалу великі домішки, які містяться в ньому, особливо, рослинного походження. Найбільш близькими за своєю суттю та ефектом, що досягається, і які приймаються за найближчі аналоги (прототипи), є спосіб сепарації з додатковим очищенням зернового матеріалу та аеродинамічний сепаратор для його реалізації, що описані у патентах України № 88528 та № 87489 відповідно, суть яких полягає у наступному. Спосіб сепарації з додатковим очищенням зернового матеріалу, при якому здійснюють віброгравітаційне подання часток матеріалу, аеродинамічне монотонно зростаюче діяння на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів для розшарування зернового матеріалу на окремі фракції, які, гравітаційно виходячи із зони аеродинамічного діяння, вільно падають на похилу решітку, та, проходячи крізь неї, потрапляють у відповідні збірники фракцій, а великі домішки рослинного походження залишаються на вказаній похилій решітці, з якої вони 6 спрямовуються на межі збірників фракцій [див. патент України № 88528 з класів МПК В07В 4/02, A01F 12/44 опублікований 25.03.2014 року у Бюл. № 6]. Аеродинамічний сепаратор з додатковим очищенням зернового матеріалу для реалізації вищеописаного способу, містить бункер з вібролотком, встановлений під ним генератор каскаду повітряних струменів, пневматично пов'язаний з джерелом подання повітря під тиском та сепараційну камеру, під якою розташовані збірники фракцій, а також всередині сепараційної камери над збірниками фракцій розташований пристрій для очищення зернового матеріалу, виконаний у вигляді двоскатної збірної пруткової решітки, консольні кінці гілок робочих органів якої вільно спираються на опорні поворотні вали з чистиками, розташованими у проміжках поміж сусідніми гілками робочих органів, причому кожна гілка являє собою прямолінійний пруток з гачком на одному кінці, за допомогою якого гілка надягається на центральну вісь двоскатної решітки, а також відстань поміж гілками у наборі робочого органу може змінюватися за допомогою шайб. Кут нахилу гілок робочих органів може змінюватися шляхом переміщення у вертикальному напрямі центральної осі решітки, або горизонтального переміщення поворотних 1 UA 116073 C2 6 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 валів у різні боки [див. патент України № 87489 з класів МПК В07В 4/02, A01F 12/44 опублікований 10.02.2014 року у Бюл. № 3]. Основним недоліком відомого способу сепарації є низька якість кінцевого продукту, покликане неякісним розділенням на фракції зернового матеріалу. Наявність цього недоліку обумовлена тим, що зернини, після якісного розділення на фракції каскадом повітряних струменів, на шляху надходження у відповідні збірники фракцій, зіштовхуються з механічною перешкодою - решіткою. Оскільки прутки решітки розташовані досить близько один до одного (у противному випадку великі домішки будуть проходити поміж прутками), більша частина зернин, падаючи на прутки, будуть відскакувати від них у хаотичному порядку та потрапляти у інші збірники фракцій, ніж передбачено технологічними параметрами сепарації. У результаті цього відбувається змішування зернин і задача розділення зернової суміші на окремі фракції не буде повністю вирішеною, а отже, відомий спосіб не забезпечує: отримання кінцевого продукту сепарації належної якості. Основним недоліком відомого аеродинамічного сепаратора є поступове зниження продуктивності у процесі експлуатації внаслідок невдосконаленості його конструкції. Наявність вказаного недоліку пояснюється наступним. Решітка для очищення зернового матеріалу від домішок знаходиться у статичному стані, що сприяє забрудненню міжпруткового простору сумірними з ним домішками й так званими "вершниками" (ламана солома, V-подібні фрагменти колосків тощо), що поступово знижує пропускну здатність решітки, а отже, й продуктивність сепаратора у цілому. Крім того, оскільки периметр решітки жорсткий, ймовірність заклинювання зернин поміж прутками залишається досить високою, а чистики розташовані лише у торці решітки, отже, здатні очищати не більш за 5 % робочої площі решітки, що ще у більшому ступеню знижує продуктивність сепаратора, а також вимушує періодично зупиняти його роботу задля профілактичного очищення решітки. В основу винаходу поставлена задача підвищення якості сепарування зернового матеріалу за рахунок вилучення з нього великих домішок ще до моменту входження сипучої суміші у зону аеродинамічного діяння шляхом використання замість решітки гребінки зміненої конструкції та зміни просторової орієнтації гребінки, а також переводу її роботи із статичного стану у динамічний. Рішення поставленої задачі досягається тим, що у відомому способі сепарації з додатковим очищенням зернового матеріалу, при якому здійснюють віброгравітаційне подання суміші матеріалу у зону аеродинамічного монотонно зростаючого діяння на них каскадом плоских струменів, відокремленням великих домішок та кінцевим розділенням на фракції, згідно з винаходом, великі домішки у суміші зернового матеріалу відокремлюють при вібраційному поданні та спрямовують тільки у першу фракцію або у окремий бункер-накопичувач одним або декількома вібропотоками перед гравітаційним поданням суміші зернового матеріалу у зону аеродинамічного діяння. Вирішення поставленої задачі досягається також й тим, що аеродинамічний сепаратор з додатковим очищенням зернового матеріалу за допомогою пруткового пристрою для реалізації вищеописаного способу, що містить бункер з вібролотком, встановлений під ним генератор каскаду повітряних струменів, пневматично пов'язаний з джерелом подання повітря під тиском та сепараційну камеру, під якою розташовані збірники фракцій, згідно з пропозицією, прутковий пристрій використаний у вигляді гребінки, прутки якої мають різну довжину або жорсткість, мають кінцевій вигин догори, встановлені консольно на початку вібролотка поміж ним та виходом з бункера, та обладнані біля вільних кінців збірником великих домішок, виконаним у вигляді одно- чи двоскатного віброканалу, сполученого зі збірником першої фракції. Завдяки використанню гребінки (вузла з відкритим (вільним) контуром) у поєднанні з різною довжиною або жорсткістю прутків, замість решітки (вузла з жорстким контуром), з'являється технічна можливість зниження жорсткості прутків (консольні балки), та надати, як окремим групам прутків, так й кожному з них автономний індивідуальний коливальний рух, незалежний від амплітуди та частоти коливання інших прутків. При такому варіативному коливанні кожного прутка гребінки повністю виключається можливість заклинювання між ними часток зернового матеріалу, що сепарується, що дозволяє забезпечити стабільну пропускну здатність гребінки у процесі всього часу роботи аеродинамічного сепаратора, тобто, забезпечити безперервність процесу сепарування суміші зернового матеріалу з однаковою продуктивністю отримання готового кінцевого продукту незалежно від тривалості роботи аеродинамічного сепаратора. Завдяки розміщенню гребінки над вібролотком та скріплення її з ним, з'являється технічна можливість перевести її (гребінку) із статичного пасивного стану у активний динамічний стан, надавши їй коливального руху. Це сприятиме підвищенню якості відокремлення непрохідних великих домішок від суміші зернового матеріалу, та підвищити пропускну здатність гребінки за 2 UA 116073 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 рахунок більш повного використання її робочої площі внаслідок більш рівномірного розподілу по ній зернового матеріалу. Причому коливання гребінки у цьому випадку забезпечується самим вібролотком, тобто, без додаткового приводу. Завдяки тому, що гребінка встановлена вище входу у сепараційну камеру та розташована безпосередньо над вібролотком, вона не перешкоджає гравітаційному падінню зернового матеріалу у сепараційну камеру, тобто очищений від домішок потік зернового матеріалу залишається стабільним та потрапляє у зону аеродинамічного діяння з вібролотка. Крім того, завдяки винесенню гребінки за межі сепараційної камери, виключається можливість впливу цього вузла очищення на аеродинамічні властивості каскаду повітряних струменів та утворення зон турбулентності, що сприяє незмінному, стабілізованому та з високою якістю розділенню зернового матеріалу на окремі фракції. Завдяки наявності кінцевих вигинів догори кінців прутків гребінки відбувається гальмування часток зернового матеріалу, що "проскочили" до консольного краю гребінки, а отже, й можливе їхнє потрапляння у перший збірник фракцій разом з великими домішками, що, у підсумку, дозволяє здійснювати процес сепарування зернового матеріалу без втрат якісних зернин. Завдяки тому, що біля вільних консольних кінців прутків гребінки розташований збірник великих домішок, виконаний у вигляді одно- чи двоскатного каналу, процес спрямування відібраних великих домішок відбувається ще до входу у сепараційну камеру. Завдяки тому, що збірник великих домішок виконаний у вигляді одно-чи двоскатного каналу, процес виведення великих домішок відбувається автоматично (вільне сковзання по скату), без використання для цього додаткового приводу. Зрозуміло, відведення великих домішок може здійснюватися не тільки у збірник першої фракцій, але й у окремий бункер-накопичувач домішок, якщо в цьому виникне необхідність. Таким чином, сукупність усіх вищеописаних суттєвих ознак, що характеризують заявлені спосіб сепарації з додатковим очищенням зернового матеріалу та аеродинамічний сепаратор для його здійснення, отриманих завдяки внесеним конструктивним змінам та зміні місцезнаходження очисного пристрою в сполучанні з переводом його з статичного стану у динамічний, а також оснащенню пристроєм для відведення великих домішок перед сепараційною камерою, дозволяє досягти бажаного технічного результату, що виражається у стабілізації, підвищенні продуктивності та якості сепарації зернового матеріалу без будь-яких втрат зерна. Подальша сутність запропонованих технічних рішень пояснюється ілюстративним матеріалом, на якому зображене наступне: фіг. 1 - вигляд збоку на запропонований аеродинамічний сепаратор з додатковим очищенням зернового матеріалу, поздовжній розріз; фіг. 2 - вузол додаткового очищення зернового матеріалу, вигляд в плані; фіг. 3 - поперечний переріз запропонованого аеродинамічного сепаратора. Запропонований аеродинамічний сепаратор з додатковим очищенням зернового матеріалу містить бункер 1 для завантаженні зернового матеріалу, що підлягає сепаруванню, з вібролотком 2, встановлений під ними генератор 3 каскаду повітряних струменів, який пов'язаний з джерелом 4 подання повітря під тиском у генератор 3, та сепараційну камеру 5. Під сепараційною камерою 5 розташовані збірники фракцій 6 (І, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX). На початку вібролотка 2, між ним та виходом з бункера 1 встановлена гребінка 7, консольні вільні прутки 8 якої мають різну довжину або жорсткість, а також мають кінцевий вигин 9 догори. Під вільними консольними кінцями прутків 8 гребінки 7 розташований збірник великих домішок, виконаний у вигляді двоскатного каналу 10, що сполучається зі збірником першої фракції 6 (І). Залежно від конкретних умов експлуатації, розмірів та продуктивності аеродинамічного сепаратора, канал 10 може бути виконаний односкатним, а також він може бути спрямований у окремий бункер-накопичувач великих домішок (цей варіант виконання сепаратора не показаний через зрозумілість). Принцип роботи запропонованого аеродинамічного сепаратора пояснюється спільно з описом запропонованого способу сепарації з додатковим очищенням зернового матеріалу. Зерновий матеріал, що підлягає сепаруванню, завантажують у бункер 1 аеродинамічного сепаратора, звідки він потрапляє на гребінку 7. Завдяки тому, що гребінка 7 знаходиться над відболотком 2 та жорстко пов'язана з ним, останній, коливаючись сам, приводить гребінку 7 також у коливальний рух. При цьому завдяки тому, що прутки 8 гребінки 7 закріплені консольно (відкритий контур), а також мають різну довжину або жорсткість, кожний з них коливається автономно зі своєю індивідуальною амплітудою та частотою коливань. Зерновий матеріал, проходячи через гребінку 7, що коливається, розшаровується та його частинки (зернини), за виключенням великих домішок, потрапляють на вібролоток 2 та, звідки гравітаційно подається у сепарувальну камеру 5. Великі домішки залишаються на прутках 8 гребінки 7 та, завдяки її 3 UA 116073 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нахилу (у відповідності з нахилом вібролотка 2) пересуваються до консольного краю гребінки 7, звідки потрапляють на двоскатний канал 10, по якому самостійно (скат) потрапляють у збірник першої фракції 6 (І) або у окремий бункер-накопичувач (не зображений) по відповідним напрямним каналам 11. Зерновий матеріал, що потрапив у сепараційну камеру 5, під діянням каскаду повітряних струменів, що виходять з генератора 3, розділяється на окремі фракції повітряними потоками, які потрапляють у відповідні для них збірники фракцій 6 (II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX). Таким чином, запропоновані у даних технічних рішеннях безперервне очищення зернового матеріалу без зниження продуктивності роботи аеродинамічного сепаратора, приводить до отримання якісно нового технічного результату, у порівнянні з відомими аналогами, який виражається у повному попередньому очищенні зернового матеріалу від великих домішок на шляху його прямування у сепараційну камеру, де він якісно, оскільки повністю відсутні перешкоди для дестабілізації діяння каскаду повітряних струменів на сипучу суміш, причому цей результат досягається без збільшення габаритних розмірів сепаратора та додаткових джерел енергії. Суттєва відмінність запропонованих способу сепарації з додатковим очищенням зернового матеріалу та аеродинамічного сепаратора, за допомогою якого реалізується вказаний спосіб, від раніше відомих подібних технічних рішень, полягає у створені сприятливих спеціальних умов для одночасного очищення та сепарації зернової суміші з однієї технологічної позиції. Вказані відмінності, у сукупності, забезпечуються вібрацією гребінки з різноманітними прутками, жорстким поєднанням її з вібролотком, розташуванням гребінки ще до входу у сепараційну камеру, та наділенням консольної ділянки гребінки одно- чи двоскатним каналом для відведення великих домішок за межі сепараційної камери, що дозволяє отримати високоякісний кінцевий продукт без будь-яких втрат. Жодні з відомих способів повітряної сепарації та аеродинамічних сепараторів не можуть одночасно володіти всіма переліченими властивостями, оскільки, або до їх складу входять громіздкі очищувачі, які встановлюють над бункером (наприклад, див. патент UA79394), що призводить до непомірного зростання габаритів сепараторів, або пруткові очищувачі розташовані безпосередньо у сепараційній камері, порушуючи при цьому процес аеродинамічного діяння на зернову суміш, оскільки створюють перешкоду для течії повітряних потоків із заданими параметрами (наприклад, див. патенти RU2401704, SU1176976), або взагалі не забезпечують очищення сипучих суміші через відсутність у їх складі пристроїв для очищення як таких, що дозволяє їх вважати нездатними забезпечити отримання кінцевого продукту потрібної якості у відповідності до вимог технічних умов. Запропоновані технічні рішення перевірені на практиці та реалізовані у конструкціях номенклатурного ряду аеродинамічних сепараторів серії САД (Сепаратор АероДинамічний), що виготовляються ТОВ "НВФ "Аеромех". До технічних переваг запропонованих технічних рішень, у порівнянні з прототипами, можна віднести наступне: підвищення якості процесу сепарування за рахунок запобігання потраплянню великих домішок у сепараційну камеру; безперервність процесу очищення та сепарації за рахунок надання окремим елементам (пруткам) вузла очищення (гребінці) персональних коливальних рухів для виключення можливості заклинювання ними зернин зернового матеріалу, що очищується; можливість надання гребінці коливального руху без додаткових витрат за рахунок того, що вона жорстко пов'язана з вібролотком; можливість надання пруткам гребінки автономних коливальних рухів за рахунок того, що вони мають різну довжину або жорсткість; стабільність перепускної здатності гребінки за рахунок виключення заклинювання зернин зернового матеріалу поміж її прутками; збільшення перепускної здатності гребінки за рахунок розподілу під впливом вібрації зернового матеріалу за всією її поверхнею; стабілізація діяння каскадом повітряних струменів на зерновий матеріал за рахунок винесення гребінки за межі сепараційної камери; відсутність втрат зернового матеріалу за рахунок наявності кінцевих вигинів догори на прутках гребінки, які забезпечують гальмування зернин матеріалу, що "проскочили" до консольного кінця гребінки; можливість автоматичного відведення великих домішок ще до входу у сепараційну камеру за рахунок наявності одно- або двоскатного каналу, сполученого з першим збірником фракцій. 4 UA 116073 C2 Економічний ефект від впровадження запропонованих технічних рішень, у порівнянні з використанням прототипів, отримують за рахунок підвищення якості готового продукту, збільшення його виходу внаслідок відсутності втрат, зниження витрат на очищення зернового матеріалу та вартості аеродинамічного сепаратора. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 1. Спосіб сепарації з додатковим очищенням зернового матеріалу, при якому здійснюють віброгравітаційне подання суміші матеріалу у зону аеродинамічного монотонно зростаючого діяння на них каскадом плоских струменів, відокремленням великих домішок та кінцевим розділенням на фракції, який відрізняється тим, що великі домішки у суміші зернового матеріалу відокремлюють при вібраційному поданні та спрямовують тільки у першу фракцію або у окремий бункер-накопичувач одним або декількома вібропотоками перед гравітаційним поданням суміші зернового матеріалу у зону аеродинамічного діяння. 2. Сепаратор з додатковим очищенням зернового матеріалу за допомогою пруткового пристрою для реалізації способу за п. 1, який містить бункер з вібролотком, встановлений під ним генератор каскаду повітряних струменів, пневматично пов'язаний з джерелом подання повітря під тиском та сепараційну камеру, під якою розташовані збірники фракцій, який відрізняється тим, що прутковий пристрій виконаний у вигляді гребінки, прутки якої мають різну довжину або жорсткість, мають кінцевій вигин догори, встановлені консольно на початку вібролотка поміж ним та виходом з бункера та обладнані біля вільних кінців збірником великих домішок, виконаним у вигляді одно- чи двоскатного віброканалу, сполученого зі збірником першої фракції. 5 UA 116073 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6