Універсальний збірник фракцій для сепараторів

1. Універсальний збірник фракцій для сепараторів, який виконаний у вигляді набору лотків для збору прямих фракцій, вихідні отвори яких спрямовані у один бік, та лотків для збору проміжних фракцій, вихідні отвори яких спрямовані у проти C2 2 (19) 1 3 набору лотків готових фракцій «а», вихідні отвори яких спрямовані у один бік, та лотків повторних фракцій «б», вихідні отвори яких спрямовані у протилежний бік. Причому лотків готових фракцій «а» у збірнику на два більше, ніж лотків повторних фракцій «б», а також вказані лотки готових фракцій «а» встановлені наприкінці збірнику. У ці додаткові лотки готових фракцій «а», призначені для таких фракцій, які поверненню на повторну сепарацію не підлягають [див. патент України № 62866 А з класу В07В 4/02 опублікований 15.12.2003 року]. Основним недоліком цього відомого збірнику фракцій є те, що він не забезпечує якісного розділення матеріалу, що сепарується, за таких обставинах. У повітряному сепараторі, під створеним у ньому аеродинамічним впливом, легкі фракції в невеликій кількості осідають раніше, потрапляючи у інші лотки, наприклад, у лотки для середніх фракцій. Це обумовлено тим, що пролетівши приблизно до середини сепараційної камери, частки матеріалу втрачають більшу частину кінетичної енергії, що є наслідком багатьох факторів, зокрема фактору зіткнення часток матеріалу між собою. В результаті сепарація відбувається з досить великою погрішністю. Найбільш близьким за своєю суттю та ефекту, що досягається, та який приймається за прототип, є збірник фракцій для сепараторів, який виконаний у вигляді незмінного за місцеположенням та кількістю набору лотків для збору прямих фракцій «а», вихідні отвори яких спрямовані у один бік, та лотків для збору проміжних фракцій «б», вихідні отвори яких спрямовані у протилежний бік, причому лотків для збору прямих фракцій «а» у збірнику на два більше, ніж лотків для збору проміжних фракцій «б», а також вказані два лотки для збору прямих фракцій «а» встановлені наприкінці збірнику, а також між декількома суміжними лотками розташовані засоби для формування висхідного повітряного потоку, які виконані у вигляді щілин, або отворів, що сполучають сепараційну камеру із зовнішнім простором. Під дією розрідження, що створюється у нижній частині камери сепарування, повітря підіймається крізь щілини або отвори між лотками та створює висхідні потоки. Декілька таких потоків утворюють повітряну течію, що сповільнює падіння випадкових дрібних фракцій матеріалу у не ті лотки, які призначені для них. Повітряний потік відносить їх до відповідного лотка [див. патент України № 80499 С2 з класу В07В 4/02 опублікований 25.09.2007 року]. Даному технічному рішенню притаманні, принаймні, щонайменше три основних недоліки, а саме. По-перше, занадто низька культура сепарування сипучої суміші, зокрема, зерна чи насіння. Цей недолік пояснюється наступним. Засмоктування повітря через щілини між лотками відбувається за рахунок ефекту ежекції, який має місце при достатньо потужному пересуванні сепаруючого повітряного потоку поздовж сепараційній камери. Отже, при великих габаритах сепаратора або при низьких швидкостях сепаруючого повітряного потоку, природно, засмоктування повітря через 93565 4 щілини у сепараційну камеру буде дуже слабким: для цього не вистачає швидкості (або потужності) потоку повітря у камері для утворення ефекту ежекції. А це, з одного боку, практично не дозволяє утворити висхідну повітряну течію з-за відсутності необхідної потужності підіймальної сили, а з другого, через зазначену обставину, деяка частка матеріалу, що сепарується (та частка, що втратила кінетичну енергію), буде, через щілини шириною 20...25 мм, проста випадати із сепаратора на підлогу, засмічуючи довкілля та втрачаючись безповоротно. Вказаний недолік створює певні незручності для робітників, потребує додаткових певних витрат на постійне прибирання приміщення. По-друге, у відомому збірнику фракцій усі лотки в наборі мають однаковий розмір за шириною, хоча, як свідчить практика, проміжних фракцій набагато менше ніж прямих фракцій матеріалу, що сепарується, причому проміжні фракції, прямують більш вузькою смугою, ніж прямі. Отже, виконання лотків рівними за шириною - це означає, за суттю, втрату вже готового матеріалу через потрапляння частини якісно сепарованих фракцій у лотки для проміжних фракцій для повторного сепарування. А це, у свою чергу, приводить до зниження продуктивності сепаратора у цілому через примусове повторне сепарування якісно відсепарованого раніш матеріалу. І, по-третє. Майже головний недолік відомого збірника фракцій полягає в тому, що лотки у наборі не можуть змінювати своє положення або переорієнтовуватися, оскільки це не передбачено конструкцією самого збірника. Лотки у відомому збірнику фракцій кріпляться стаціонарно і нерухомо, та змінити їх місцезнаходження неможливо, оскільки вони, зокрема їх розміри, зокрема, ширина, пов'язані із щілинами, які утворюються лише між чітко визначеними лотками (не між всіма лотками, а лише між третім та четвертим). Тому лотки в наборі неможливо поміняти місцями. Отже, ця обставина робить відомий збірник фракцій пристосованим лише для одного технологічного процесу сепарування, тобто він не універсальний. В основу винаходу поставлено задачу додання збірнику фракцій певної універсальності та підвищення продуктивності процесу сепарування сипучого матеріалу за рахунок більш точного розділення на фракції матеріалу, що сепарується, шляхом визначення оптимальної ширини лотків для прямих та проміжних фракцій та шляхом можливості переустановлення лотків у залежності від необхідності отримання визначеної технологічним процесом кількості фракцій сипучого матеріалу. Рішення поставленої задачі досягається тим, що у збірнику фракцій для сепараторів, який виконаний у вигляді набору лотків для збору прямих фракцій, вихідні отвори яких спрямовані у один бік, та лотків для збору проміжних фракцій, вихідні отвори яких спрямовані у протилежний бік, згідно винаходу, лотки в наборі встановлені без зазорів між собою, мають однакові симетричні вхідні отвори, переважно прямокутної форми, і виконані знімними з можливістю їх розвороту на 180° у горизонтальній площині для зміни функціонального призначення розвернутих лотків. У залежності від 5 технологічної необхідності, лотки, наприклад, які призначені для збору проміжних фракцій, можна розвернути в протилежний бік, та саме так їх зробити лотками для збору вже прямих фракцій, і навпаки, лотки для збору прямих фракцій розвертають у протилежний бік і, саме так, роблять їх лотками для збору проміжних фракцій. Отже, можливість розвороту лотків робить збірник фракцій універсальним, швидко переналагоджуваним на будь-який режим сепарування сипучого матеріалу. Лотки також можуть бути виконаними різними за своєю шириною. Враховуючи, що при сепарації сипучої суміші щільність розподіл потоку зернин у кожній фракції відбувається по нормальному закону (закону Гауса), та 95,4 відсотків матеріалу кожної фракції знаходиться у межах чотирьох середньоквадратичних відхилень (відома закономірність у статистиці), доцільно щоб і ширина лотків для збору прямих фракцій також дорівнювалася 4 , а ширина лотків для збору проміжних фракцій дорівнювалася 1 . Вказана ширина лотків для збору прямих дозволяє вилучати з потоку до 95,4 % якісно відсепарованого матеріалу кожної фракції та, саме так, отримати максимальну продуктивність процесу сепарування сипучої суміші. Вказана ширина лотків для збору проміжних фракцій 1 цілком достатня для повного вилучення проміжних фракцій для повернення їх на повторне сепарування, оскільки, через зіткнення часток матеріалу між двома суміжними потоками матеріалу прямих фракцій, тобто за межами 4 , викликає повну втрату цими частками матеріалу запасу кінетичної енергії, примушуючи їх, під дією гравітаційної сили (власної ваги), падати і безпосередньо потрапляти тільки у лотки для збору проміжних фракцій. У кожний лоток для збору проміжних фракцій, при визначеній їх ширині, буде потрапляти лише 4,6 % матеріалу, що сепарується, - по 2,3 % від кожного потоку прямих фракцій, що потрапляють у відповідні суміжні лотки для збору прямих фракцій. Виходячи з викладеного, відстань між центрами двох суміжних лотків для збору прямих фракцій повинна дорівнюватися 5 ( 2 - половина одного лотка для збору прямих фракцій + 1 - ширина лотка для збору проміжних фракцій + 2 - половина другого (суміжного) лотка для збору прямих фракцій). Отже, такий розмір лотків для збору прямих та проміжних фракцій, зокрема їхня ширина, є оптимальною, обґрунтованою та дозволяє отримати максимальну продуктивність технологічного процесу розділення на окремі фракції сипучої суміші, що сепарується. Подальша суть запропонованого технічного рішення пояснюється спільно з ілюстративним матеріалом, на якому зображено наступне: Фіг. 1 загальний вигляд запропонованого збірника фракцій з лотками однакової ширини та почергово розвернутими у різні боки, приклад варіанту з просторовою орієнтацією лотків для звичайного розділення зернового матеріалу на окремі фракції. Пунктирною лінією показаний сепаратор для повітряного сепарування сипучої суміші у текучому середовищі; Фіг. 2 - те ж саме, приклад варіанту з просторовою орієнтацією лотків при очищенні по 93565 6 чаткового зернового матеріалу від каменів та легких домішок біологічного походження; Фіг. 3 - те ж саме, приклад варіанту з просторовою орієнтацією лотків при підготовці зернового матеріалу під сівбу; Фіг. 4 - загальний вигляд запропонованого збірника фракцій з лотками різної ширини та почергово розвернутими у різні боки; Фіг. 5 - те ж саме, з просторовою орієнтацією лотків для відбору високоякісного зернового матеріалу для селекційних цілей; Фіг. 6 - варіант кріплення лотків до сепаратора за допомогою гайок-баранчиків; Фіг. 7 - варіант виконання лотків засувними у пази рамки та фіксації шпильками; Фіг. 8 - розподіл щільності потоку матеріалу, що сепарується, по нормальному закону для пояснення доцільності використовувати у збірнику лотки для збору прямих та проміжних різними за шириною. Запропонований збірник фракцій для сепараторів виконаний у вигляді набору лотків для збору прямих фракцій 1, вихідні отвори 2 яких спрямовані у один бік, та лотків для збору проміжних фракцій 3, вихідні отвори 4 яких спрямовані у протилежний бік, які прикріплюються до рамки 5 сепаратора за допомогою, наприклад, гайокбаранчиків 6. Лотки 1 і 3 в наборі встановлені без зазорів між собою, мають однакові симетричні вхідні отвори 7, переважно прямокутної форми, і виконані знімними з можливістю їх розвороту на 180° у горизонтальній площині для зміни функціонального призначення розвернутих лотків 1 або 3. У залежності від технологічної необхідності, лотки для збору проміжних фракцій 3, розвертають на протилежний бік, та саме так їх використають у якості лотків для збору прямих фракцій, і навпаки, лотки для збору прямих фракцій 1 розвертають у протилежний бік і використовують у якості лотків для збору проміжних фракцій. У рамці 5 можуть бути виконані поздовжні пази 8. У цьому варіанті конструктивного виконання рамки 5, лотки 1 і 3 вже не знімні, а всувні у вказані пази 8. У цьому випадку їх можна фіксувати за допомогою всього лише однією звичайною шпилькою 9, встановленої в торці рамки 5. Можливість розвороту лотків 1 і 3 робить збірник фракцій універсальним, швидко переналагоджуваним на будь-який режим сепарування сипучого матеріалу. Лотки 1 і 3 можуть бути виконаними різними за своєю шириною для ще більшого підвищення продуктивності процесу сепарування сипучої суміші. Визначення та обґрунтування ширини лотків для збору прямих фракцій 1 та ширини лотків для збору проміжних фракцій 3, пояснюється наступним міркуваннями. В науці теоретично і експериментально доведено, що велика кількість випадкових величин розподіляються за нормальним законом, відомим як закон Гауса. Однорідний сипучий матеріал, окремі частки якого виступають у вигляді випадкових величин, під час сепарування утворюють потоки фракцій, які цілком закономірно мають розподіл щільності у кожному потоці за нормальним законом розподілу. З теорії статистики відомо [див. книжку: Ефимова М.Р., Петрова Е.В., Румянцев В.Н. Общая теория статистики: Учебник. - М, ИНФРА-М, 1996, 416 с; див. стор. 143-144 та рис. 7 5.10], що у проміжку x   опиняється 68,3 % часток приналежних до відповідної фракції; у проміжку x  2 опиняється 95,4 % часток приналежних до відповідної фракції; у проміжку x  3 опиняється 99,7 % часток приналежних до відповідної фракції, де x - середня величина часток у фракції;  - середньоквадратичне відхилення від середньої величини. Якщо лотки для збору прямих фракцій 1 виконати шириною розміром 2 (по 1 на бік від середньої величини), то під час сепарування 31,7 % часток будуть потрапляти у лотки для збору проміжних фракцій 3, серед яких буде набагато частинок прямих фракцій, що знижуватиме продуктивність процесу сепарування. Якщо лотки для збору прямих фракцій 1 виконати шириною розміром 6 (по 3 на бік від середньої величини), то під час сепарування лише 0,3 % часток будуть потрапляти у лотки для збору проміжних фракцій 3, тому у лотки для збору прямих фракцій 1 буде потрапляти багато частинок проміжних фракцій, що знижуватиме якість процесу сепарування. Отже, оптимальним буде виконання лотків збору прямих фракцій 1 виконати шириною розміром 4 (по 2 на бік від середньої величини). У цьому випадку під час сепарування у лотки для збору прямих фракцій 1 буде потрапляти 95,4 % якісно відсепарованого матеріалу кожної фракції, а у лотки для збору проміжних фракцій буде потрапляти 4,6 % часток, що дозволяє отримати одночасно максимальну продуктивність та якість процесу сепарування. Отже, оптимальна відстань між центрами двох суміжних лотків для збору прямих фракцій 1 повинна дорівнюватися 5 ( 2 - половина одного лотка для збору прямих фракцій + 1 ширина лотка для збору проміжних фракцій + 2 половина другого (суміжного) лотка для збору прямих фракцій). Таким чином, визначений розмір лотків для збору прямих фракцій 1 та лотків для збору проміжних фракцій 3, зокрема їхня ширина, є оптимальним та цілком обґрунтованим. Широкі лотки для збору прямих фракцій 1 та вузькі лотки для збору проміжних фракцій 3 у наборі можуть бути встановлені у будь-якій послідовності, в залежності від цілі сепарування сипучого матеріалу. Поздовжній паз 8 дозволяє змінювати послідовність встановлення у рамку 5 лотків 1 і 3. Запропонований універсальний збірник фракцій використається в такий спосіб. Під час сепарування сепаратор генерує каскад повітряних висхідних потоків, у які подається з бункеру матеріал, що підлягатиме сепаруванню, наприклад, зерно злакових сільськогосподарських культур, яке у камері сепарування розділяється на окремі фракції. У залежності від технологічної задачі сепарування, лотки для збору прямих фракцій 1 та лотки для збору проміжних фракцій 3 відповідно розвертають та закріплюють на рамці 5 збірнику фракцій. Якщо у збірнику фракцій лотки для збору прямих фракцій 1 та лотки для збору проміжних фракцій 3 встановлені почергово (див. Фіг. 1), то відбувається розділення зернової маси для тривалого зберігання на посівне зерно, продовольче зерно та фуражне зерно. Якщо у збірнику фракцій першим встановлений лоток для збору 93565 8 проміжних фракцій 3, подалі встановлені лотки для збору прямих фракцій 1 і останні два лотки є лотками для збору проміжних фракцій 3 (див. Фіг. 2), то відбувається звичайне очищення початкового зернового матеріалу від каменів та важких домішок, які потрапляють у перший лоток для збору проміжних фракцій 3, а також очищення від легких домішок біологічного та іншого походження, які потрапляють у останні два лотки для збору проміжних фракцій 3. Якщо у збірнику фракцій першими встановлені лотки для збору проміжних фракцій 3, подалі встановлені лотки для збору прямих фракцій 1 і останні лотки є лотками знов для збору проміжних фракцій 3 (див. Фіг. 3), то відбувається відбір найкращого, з точки зору придатності, зернового матеріалу під сівбу. Все зазначене вище саме також відбувається при застосуванні лотків 1 і 3 різної ширини, але більш якісно й продуктивно. Якщо у збірнику фракцій широкі лотки для збору прямих фракцій 1 використаються у якості лотків для збору проміжних фракцій, а вузькі лотки для збору проміжних фракцій 3 використаються у якості лотків для збору проміжних фракцій та встановлені почергово (див. Фіг. 5), то відбувається високоякісне розділення зернової маси для селекційних цілей. Таке зерно практично не матиме домішок інших фракцій. Отже, можливість використання запропонованого збірнику фракцій за будь-якими цілями робить його дійсно універсальним. Суттєва відмінність об'єкту, що заявляється, від відомих, полягає в тому, що лотки для збору прямих та проміжних фракцій, через однакові розміри за довжиною та з’ємність, можуть змінювати просторову орієнтацію, та через це змінювати своє функціональне призначення, відповідно до цілей сепарування сипучої суміші, а також в тому, що лотки для збору прямих фракцій та лотки для збору проміжних фракцій мають обґрунтовано визначену різну ширину. Вказані відмінності, у сукупності, дозволяють значно розширити технологічні можливості збірника фракцій, максимально підвищити продуктивність та якість процесу сепарування при використанні сепараторів будь-якої конструкцій, що робить його зовсім універсальним. Жодний з відомих збірників фракцій не може володіти відзначеними властивостями, оскільки конструктивно виконаними такими, що їхні лотки не мають змоги переустановлюватися у інші місця та мають однаковий розмір, як для збору прямих фракцій матеріалу, так і проміжних фракцій. До технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з прототипом, можна віднести наступне: - розширення функціональних можливостей збірника фракцій за рахунок виконання лотків з можливістю розвороту; - універсальність збірника фракцій за рахунок можливості розташування лотків у наборі у будьякій послідовності; - можливість застосування для будь-якого технологічного процесу розділення на фракції сипучої суміші з цієї ж причини; - підвищення продуктивності процесу сепарації сипучої суміші за рахунок того, що ширина лотків 9 різна та обґрунтована; - підвищення якості сепарування сипучої суміші з цієї причини; - простота фіксації лотків на рамці за рахунок наявності у останній поздовжніх пазів; - скорочення часу сепарування за рахунок зменшення об'єму повернення проміжних фракцій до повторного сепарування; - придатність для застосування у сепараторах будь-якої конструкції за рахунок універсальності лотків у наборі. Економічний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням прототипу, отримують за рахунок підвищення продуктивності процесу сепарування сипучої суміші. Після опису запропонованого збірника фракцій, фахівцям у даній галузі знань повинно бути очевидним, що все вищеописане є лише ілюстративним, а не обмежувальним будучи представленим даним прикладом. Численні можливі модифікації елементів збірника фракцій, зокрема засобів кріплення лотків до рамки, їхня довжина, форма вихідного отвору, можуть змінюватися у залежнос 93565 10 ті від виду сепаратора і початого стану 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 лотки можуть розгортатися і використовуватися за різним функціональним призначенням, а також переставлятися у різну послідовність і виконані різними за шириною, і саме ця обставина дозволила надати запропонованому збірнику фракцій перераховані вище і інші переваги. Зміна запропонованого принципу універсальності лотків та принципу визначення їхньої ширини на інші, природно, обмежує спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новими технічними рішеннями в даній області знань, оскільки інший, подібно описаному збірнику фракцій, 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 93565 12 13 93565 14 15 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 93565 Підписне 16 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