Струменевий сепаратор фадєєва для пофракційної сепарації сипучої суміші за щільністю часток

Реферат: Струменевий сепаратор для пофракційної сепарації сипучої суміші за щільністю часток містить замкнуту ємність з аеродинамічним простором усередині її порожнини, повітронагнітач, пристрій формування повітряного струменевого потоку в аеродинамічному просторі у вигляді хонейкомба, пристрій подачі сипучої суміші у повітряний потік, збірники фракцій, розташовані знизу аеродинамічного простору, поворотні перфоровані повітропроникні заслінки, установлені між збірниками фракцій, фільтр інерційного типу, установлений на виході аеродинамічного простору. Пристрій подачі сипучої суміші у повітряний потік додатково містить у нижній частині вібролоток, подавальна поверхня якого виконана рельєфною з прутків круглого перерізу, які виступають за край подавальної поверхні вібролотка як гребінка і орієнтовані у напрямі коливання вібролотка. Кожен з виходів збірників фракцій оснащено регульованим гравітаційним клапаном, вихід з пристрою подачі сипучої суміші оснащено регулятором площини проходу сипучих часток на сепарацію. UA 105372 U (12) UA 105372 U UA 105372 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до пристроїв поділу на фракції сипучих сумішей за допомогою газових або повітряних потоків при падінні суміші часток і призначена для поділу на фракції за щільністю відкаліброваного за формою і розміром насіння з метою виділення сильного насіння. Може використовуватися для очищення і сортування насіння на селекційних станціях, насіннєвих заводах, фермерських господарствах, а також для виділення з фуражного зерна продовольчого призначення. Відомий спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, що включає гравітаційне подавання часток, аеродинамічну монотонно зростаючу дію на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виведення готових фракцій. При цьому вплив здійснюють у режимі вільного знакозмінного силового сканування із зростанням амплітуди та кута сканування [1]. Відомий пристрій для здійснення способу містить бункер з вібролотком, 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 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. Розділення часток за даним способом відбувається за рахунок різниці співвідношення їх ваги і сили аеродинамічного опору. Цей спосіб, завдяки особливому режиму дії струменів, точніший і стабільніший у часі, особливо при сепаруванні часток неправильної форми. Це стало можливим тому, що дія потоку каскаду струменів у режимі сканування дозволяє багаторазово і різнонаправлено підійти до кожної частки сипучої суміші. Тим не менше, недоліками відомого способу та пристрою є те, що знакозмінний і вільний режим роботи каскаду струменів невідворотно призводить до періодичного нестабільного у часі і просторі виникнення у ньому зон тиску та розрідження і появою прямих та 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 призводить до розмикання (розриву) каскаду струменів у будь-якому випадковому місці, що ще більше підсилює зворотні течії у цій зоні і в результаті інтенсифікує змішування. Окрім усього розмикання сприяє зриву генерації (припинення коливального процесу), що помітно знижує якість сепарації, наближаючи її до якості сепарації звичайною віялкою. Відомий пристрій для сепарації сипучої суміші в текучому середовищі, що містить ємність з аеродинамічним простором усередині її порожнини, повітронагнітач, пристрій формування повітряного струминного потоку в аеродинамічному просторі, пристрій подачі вихідних сипучих часток у повітряний струминний потік, збірники фракцій, розташовані знизу аеродинамічного простору [2]. Недоліком відомого пристрою є те, що під час роботи пристрою виділяється велика кількість пилу в зовнішній простір, що забруднює приміщення і створює проблеми з техніки безпеки, тому що пил становить небезпеку для здоров'я обслуговуючого персоналу. Крім того, якість поділу на фракції суміші насіння є незадовільною через те, що в аеродинамічному просторі відомого пристрою утворюється нестабільне текуче середовище з макровихорами між струменями, у якому досить складно відрегулювати якість поділу на фракції. Відомий пристрій, який містить бункер з вібролотком для гравітаційного подавання суміші у зону сепарації, під яким встановлено струменевий генератор, з розташованими одне під одним та під гострим кутом до вертикалі соплами з жорсткими стінками, що примикають до них зверху за всією шириною, 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 сепарувальну камеру зі збірниками фракцій, розташованими під нею. Крім того, розмір ширини жорсткої стінки складає не менше трьох розмірів висоти поперечного перерізу сопла примикання, а співвідношення кроку встановлення сопел до висоти поперечного перерізу верхнього відносно до нього сопла складає не менше чотирьох. Робота даного пристрою передбачає гравітаційне подавання часток, аеродинамічний монотонно зростаючий вплив на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виведення готових фракцій, при цьому, перед аеродинамічним впливом на частки суміші течія кожного струменю переходить у режим розвиненої турбулентності шляхом розширення струменів по вертикалі до 1 UA 105372 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 контакту один з одним зі збійною або близькою до неї формою течії та утворення на початку простору всіх суміжних струменів не менше двох циркуляційних зон, відмінних за величиною [3]. Основним недоліком відомого пристрою для сепарації сипучої суміші у текучому середовищі є наявність у його конструкції плоско-горизонтальних сопел генератора. Відомо, що сопло, як технологічний пристрій, призначене для розгону 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 розвиненої турбулентності зсувається до середини сепарувальної камери та має невелику ширину. Через це в зоні розвиненої турбулентності не встигає відбутися повне розділення суміші на фракції. Деякі частинки суміші розганяються суцільними струменями біля сопел до великої швидкості та наскрізь пролітають через зону розвиненої турбулентності, залишаючись не відсепарованими; частинки 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 сепарації, 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 значні розміри таких накопичень (ширина жорстких стінок збільшується зверху донизу), виникає необхідність періодично зупиняти роботу сепаратора і вичищати його для того, щоб уникнути 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. Найбільш близьким за своєю суттю є вибраний за найближчий аналог струменевий сепаратор [4], що містить ємність з аеродинамічним простором усередині її порожнини, повітронагнітач, пристрій формування повітряного струминного потоку в аеродинамічному просторі, виконаний у вигляді хонейкомба, пристрій подачі вихідних сипучих часток у повітряний струминний потік, збірники фракцій, розташовані знизу аеродинамічного простору, причому ємність виконана герметичною, повітряний вихід з аеродинамічного простору сполучений з повітряним входом повітронагнітача, а повітряний вихід повітронагнітача сполучений щонайменше через один обвідний канал з повітряним входом пристрою формування повітряного струминного потоку в аеродинамічному просторі. Між збірниками фракцій установлені поворотні перфоровані повітропроникні заслінки. Кожен з виходів збірників фракцій оснащений шлюзовим затвором. Вхід у пристрій подачі вихідних сипучих часток оснащений шлюзовим затвором. На виході аеродинамічного простору установлений фільтр інерційного типу, де пилоповітряний вхід фільтра сполучений з аеродинамічним простором, повітряний вихід фільтра сполучений із входом повітронагнітача, а пиловий вихід фільтра сполучений з останнім у ряді зі збірників фракцій. Недоліками відомого пристрою є те, що шлюзовий затвор на вході не забезпечує рівномірну подачу сипучих часток на сепарацію, крім того, частки падають у повітряний потік у різному положенні і потрібен час на розворот частки у положення, що відповідає мінімальному опору. Через це строга сепарація неможлива. Використання шлюзових затворів на виходах збірників фракцій вимагає додаткових енерговитрат. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення струменевого сепаратора, в якому шляхом модифікації пристрою подачі сипучої суміші у повітряний потік забезпечують орієнтацію часток шляхом їх розвороту у площину мінімального опору повітряному потоку перед падінням. За рахунок цього відбувається більш якісний розподіл сипучої суміші на фракції, що дозволяє виділити сильне насіння. Поставлена задача вирішується тим, що в струменевому сепараторі для пофракційної сепарації сипучої суміші за щільністю часток містить замкнуту ємність з аеродинамічним простором усередині її порожнини, повітронагнітач, пристрій формування повітряного струминного потоку в аеродинамічному просторі у вигляді хонейкомба, пристрій подачі сипучої суміші у повітряний потік, збірники фракцій, розташовані знизу аеродинамічного простору, поворотні перфоровані повітропроникні заслінки, установлені між збірниками фракцій, фільтр інерційного типу, установлений на виході аеродинамічного простору, згідно корисної моделі, 2 UA 105372 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пристрій подачі сипучої суміші у повітряний потік містить у нижній частині вібролоток, подавальна поверхня якого виконана рельєфною з прутків круглого перерізу, які виступають за край подавальної поверхні вібролотка у вигляді гребінки і орієнтовані у напрямі коливання вібролотка, кожен з виходів збірників фракцій оснащено регульованим гравітаційним клапаном, вихід з пристрою подачі сипучої суміші оснащено регулятором площини проходу сипучих часток. Запропонована конструкція забезпечує більш якісний розподіл сипучої суміші на фракції за рахунок того, що перед подачею сипучої суміші у повітряний потік здійснюється орієнтація часток шляхом їх розвороту у площину мінімального опору повітряному потоку завдяки тому, що подавальну поверхню вібролотка виконано рельєфною з прутків круглого перерізу, які виступають за край подавальної поверхні вібролотка у вигляді гребінки і орієнтовані у напрямі коливання вібролотка. Застосування на виході пристрою подачі сипучої суміші регулятора площини проходу сипучих часток забезпечує створення плоского потоку сипучої суміші строго заданої товщини для рівномірної взаємодії кожної частки з повітряним потоком за рахунок рівномірного розподілу по всій ширині повітряного потоку. Використання на виходах збірників фракцій регульованих гравітаційних клапанів дає можливість зменшити споживання електроенергії пристроєм в цілому та забезпечує герметичність ємності завдяки тому, що у збірниках фракцій завжди знаходиться шар сипучої суміші. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 зображено схему струменевого сепаратора Фадєєва для пофракційної сепарації сипучої суміші за щільністю часток, на Фіг. 2 зображено фрагмент вібролотка з рельєфною подавальною поверхнею з прутків круглого перерізу, які виступають за край подавальної поверхні вібролотка у вигляді гребінки, на Фіг. 3 - графік порівняння сепарації насіння пшениці за щільністю на запропонованому пристрої і на пневмовібростолі, Фіг. 4 - графік порівняння сепарації насіння кукурудзи за щільністю на запропонованому пристрої і на пневмовібростолі. Перелік позначень на кресленнях. На Фіг. 1: 1 - ємність, 2 - аеродинамічний простір, 3 повітронагнітач, 4 - пристрій формування повітряного струминного потоку в аеродинамічному просторі (хонейкомб), 5 - пристрій подачі сипучої суміші у повітряний потік, 6 - вібролоток, 7 регулятор площини проходу сипучих часток, 8 - рельєфна подавальна поверхня вібролотка з прутків круглого перерізу, 9 - обвідний канал, 10 - регульований гравітаційний клапан, 11 поворотні перфоровані повітропроникні заслінки, 12 - фільтр інерційного типу, 13 - збірники фракцій. Струменевий сепаратор Фадєєва для пофракційної сепарації сипучої суміші за щільністю часток містить герметичну ємність 1 з аеродинамічним простором 2 усередині її порожнини, повітронагнітач 3, пристрій формування повітряного струминного потоку 4 в аеродинамічному просторі 2; пристрій подачі сипучої суміші 5 у повітряний потік, у нижній частині якого розміщено вібролоток 6 з рельєфною подавальною поверхнею 8, виконаною з прутків круглого перерізу, які виступають за край поверхні вібролотка 6 як гребінка і орієнтовані у напрямі коливання вібролотка 6; на виході пристрою подачі сипучої суміші 5 у повітряний потік розміщено регулятор площини проходу сипучих часток 7; збірники фракцій 13, розташовані знизу аеродинамічного простору 2; для недопущення виходу пилу з аеродинамічного простору 2 і забруднення навколишнього середовища повітряний вихід з аеродинамічного простору 2 сполучений з повітряним входом повітронагнітача 3, а повітряний вихід повітронагнітача 3 сполучений через щонайменше один обвідний канал 9 з повітряним входом пристрою формування повітряного струминного потоку 4 в аеродинамічному просторі 2; кожний з виходів збірників фракцій 13 обладнано регульованим гравітаційним клапаном 10; на виході аеродинамічного простору 2 установлено фільтр інерційного типу 12. Збірники фракцій 13 сполучені з аеродинамічним простором 2 порожнини ємності 1. Для герметизації ємності 1 нижня частина пристрою подачі сипучої суміші 5 у повітряний потік з вібролотком 6 розміщена усередині ємності 1. Пристрій подачі сипучої суміші 5 сполучений з аеродинамічним простором 2 ємності 1 через вібролоток 6. Вібролоток 6 призначений для рівномірної подачі сипучої суміші аеродинамічний простір 2. Пристрій формування повітряного струминного потоку 4 в аеродинамічному просторі 2 виконаний у вигляді хонейкомба. Хонейкомб призначений для вирівнювання і зменшення масштабу турбулентності великої кількості струменів повітряного потоку для аеродинамічного простору, які ним створюються. Прохідний для повітря переріз хонейкомба складається з 3 UA 105372 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 великої кількості каналів, утворених між гофрами гофрованих пластин або смуг, що покладені в пакет необхідного прохідного перерізу. Між збірниками 6 фракцій установлені поворотні перфоровані повітропроникні заслінки 11. Поворотні заслінки 11 виконані у вигляді поворотних пластин з валом, що виходить назовні з ємності 1. Заслінки 11 обладнані пристроєм фіксації з візуалізацією кута повороту валів і знімними ручками керування кутом повороту заслінок 11. Заслінки 11 можуть бути виконані повітропроникними, наприклад виконаними з перфорованого листа. Пристрій працює таким чином. Струменевий сепаратор Фадєєва для пофракційної сепарації сипучої суміші за щільністю часток працює по замкнутому аеродинамічному циклу. Спочатку, в залежності від розміру сипучих часток, за допомогою регулятора площини проходу сипучих часток 7 задають площину для проходу сипучих часток у повітряний потік. Потім заповнюють попередньо відкаліброваною за розміром і формою часток сипучою сумішшю (зерном, насінням) бункер пристрою подачі сипучої суміші 5, при цьому закрито всі регульовані гравітаційні клапани 10, завдяки чому забезпечується герметичність ємності 1. Вібролоток 6 вимкнений, тобто сипуча суміш не надходить у струминний потік аеродинамічного простору 2 ємності 1. Потім вмикають електропривід повітронагнітача 3. Повітря з виходу аеродинамічного простору 2 усмоктується з ємності 1 повітронагнітачем 3 і знову подається повітронагнітачем 3 через обвідний канал 9 у ємність 1, але вже на вході в пристрій формування повітряного струминного потоку 4, наприклад, хонейкомба. З пристрою формування повітряного струминного потоку 4 виходить сформований з великої кількості струменів струминний потік, який надходить в аеродинамічний простір 2. Хонейкомб призначений для вирівнювання і зменшення масштабу турбулентності створюваних ним струменів повітряного потоку для аеродинамічного простору 2. Хонейкомб дає можливість створити рівномірний по об'ємному полю швидкості струминний потік, утворений з безлічі струменів із заданими дрібномасштабними параметрами турбулентності необхідної інтенсивності, у залежності від розміру окремих часток сипучої суміші (насіння або зерна). Після запуску повітряного циркуляційного контуру вмикають вібролоток 6. Завдяки рельєфній подавальній поверхні 8, виконаній з прутків круглого перерізу, які виступають за край поверхні вібролотка 6 як гребінка і орієнтовані у напрямі коливання вібролотка 6, сипучі частки орієнтуються шляхом їх розвороту у площину мінімального опору повітряному потоку. Зорієнтовані таким чином сипучі частки завдяки заданій площині проходу сипучих часток рівномірно надходять у струминний потік, захоплюються ним і в залежності від маси і щільності часток набувають різних траєкторій польоту в аеродинамічному просторі 2. У залежності від довжини траєкторії польоту частки приземляються в різні збірники фракцій 13. При цьому важчі та щільніші частки попадають у перші від початку ряду збірники фракцій 13, а легші (менш щільні) відповідно потрапляють в наступні в ряді збірники 13. Пил і лузга, як найлегші, попадають у фільтр 12, там затримуються і гравітаційним способом виводяться з пилового виходу фільтра 12 в останній у ряді збірник фракцій 13. За допомогою заслінок 11 орієнтують місце приземлення часток у залежності від довжини їхньої траєкторії польоту, спостерігаючи за складом фракцій. При цьому експериментально підбирають кут нахилу заслінок 11 від вертикалі, у залежності від виду сипучих часток і довжини траєкторії їхнього польоту. Після налаштування пристрою на визначений вид сипучих часток заслінки 11 фіксують у визначеному положенні. Для усунення завихрень при повороті і при роботі заслінок 11, бажано застосовувати перфоровані, тобто повітропроникні заслінки. Перфоровані заслінки не створюють зворотних великомасштабних вихрових зон, здатних спотворювати траєкторії польоту часток, а пропускаючи через перфорацію повітря, вловлюють і направляють відповідні частки у відповідний збірник фракцій 13, що позитивно позначається на якість роботи пристрою. При заповненні збірників фракцій 13 відповідні регульовані гравітаційні клапани 10 відкриваються і частки відповідної фракції завантажують у тару. Гравітаційні клапани 10 регулюють так, щоб у збірниках фракцій 13 під час роботи пристрою завжди залишалися сипучі частки у кількості, необхідній для забезпечення герметичності ємності 1. Для сепарації насіння за щільністю найчастіше використовують пневмовібростіл. Порівняння якості сепарації насіння за щільністю на пневмовібростолі (ПВС) і струменевому сепараторі Фадєєва (ССФ) для пофракційної сепарації сипучої суміші за щільністю часток було проведено на двох культурах: пшениці і кукурудзі. Результати розподілу на фракції насіння пшениці показані на Фіг. 3. Фізична картина розподілу збігається. Загальна кількість насіння "високої" та "середньої" за щільністю фракцій збігаються. Частка насіння "легкої" фракції практично однакова. Оскільки в технології сепарації передбачається повторний розподіл "середньої" за щільністю фракції, то можна вважати, що 4 UA 105372 U 5 10 15 20 якість сепарації за щільністю насіння пшениці на ССФ практично не відрізняється від сепарації на ПВС. Результати розподілу на фракції насіння кукурудзи на ПВС та ССФ виявилися ще ближчими (Фіг. 4). Кількість насіння, що потрапило у фракції "високої" (73 %) та "середньої" (23-26 %) щільності практично збігається, а що стосується "легкої" фракції, то ССФ показав навіть кращий результат, оскільки відібрав 4 % легкої фракції, яка при сепарації на ПВС опинилася у складі 26 %, які потрапили у фракцію "середнього" за щільністю насіння. Запропонований струменевий сепаратор Фадєєва для пофракційної сепарації сипучої суміші за щільністю часток дає можливість підвищити ефективність сепарації насіння за щільністю за рахунок високої точності сепарації. Джерела інформації: 1. Патент України № 45881А, В07В4/02; Спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі та пристрій для його здійснення / В.С. Сухін, В.М. Косілов. - Заявка № 2001085752; заявл. 14.08.2001; опубл. 15.04.2002; Бюл. № 4/2002. 2. Патент України № 62866, B07В4/02; Пристрій для сепарації сипучої суміші в текучому середовищі / В.М. Косілов. - Заявка № 2003109408, заявл. 20.10.2003; опубл. 15.09.2004; Бюл. № 9/2004. 3. Міжнародна заявка № WO 2010056220, В07В 11/00, В07В4 /02; Способ сепарации сыпучей смеси в текущей среде и устройство для его осуществления / В.С. Сухин. Международная заявка № PCT/UA2008/000070; заявл. 28.11.2008; опубл. 20.05.2010. 4. Патент України № 36999 U, В07В4/02; Струминний сепаратор Фадєєва / Л.В. Фадєєв. Заявка № u200808062; заявл. 13.06.2008; опубл. 10.11.2008 р.; Бюл. № 21/2008. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 1. Струменевий сепаратор для пофракційної сепарації сипучої суміші за щільністю часток, що містить замкнуту ємність з аеродинамічним простором усередині її порожнини, повітронагнітач, пристрій формування повітряного струменевого потоку в аеродинамічному просторі у вигляді хонейкомба, пристрій подачі сипучої суміші у повітряний потік, збірники фракцій, розташовані знизу аеродинамічного простору, поворотні перфоровані повітропроникні заслінки, установлені між збірниками фракцій, фільтр інерційного типу, установлений на виході аеродинамічного простору, який відрізняється тим, що пристрій подачі сипучої суміші у повітряний потік містить у нижній частині вібролоток, подавальна поверхня якого виконана рельєфною з прутків круглого перерізу, які виступають за край подавальної поверхні вібролотка як гребінка і орієнтовані у напрямі коливання вібролотка. 2. Струменевий сепаратор для пофракційної сепарації сипучої суміші за щільністю часток за п. 1, який відрізняється тим, що кожен з виходів збірників фракцій оснащено регульованим гравітаційним клапаном. 3. Струменевий сепаратор для пофракційної сепарації сипучої суміші за щільністю часток за п. 1, який відрізняється тим, що вихід з пристрою подачі сипучої суміші оснащено регулятором площини проходу сипучих часток на сепарацію. 5 UA 105372 U 6 UA 105372 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7