Устройство для сепарации сыпучей смеси в текучей среде
Изобретение относится к оборудованию для сортировки твердых сыпучих материалов с помощью воздушных потоков, преимущественно к автоматическим устройствам для очистки зерна, злаковых культур, овощных и травяных культур, и может быть использовано на селекционных станциях, семенных заводах, фермерских хозяйствах, зерновых элеваторах, мукомольном и комбикормовом производстве. Устройство для сепарации сыпучей смеси в текучей среде включает средства загрузки и подачи сыпучей смеси, расположенный под ними струйный генератор с соплами и нагнетателем воздуха, сепарационную камеру, сборники готовых и повторных фракций, а также, по крайней мере, один отбойник воздушного потока и формирователь восходящего воздушного потока. Отбойник воздушного потока выполнен в виде волнообразной поверхности выпуклой формы, расположенной на задней стенке сепарационной камеры, а формирователь восходящего воздушного потока - в виде эжекционных окон для прохода атмосферного воздуха, выполненных в днище сепарационной камеры между вторым, третьим и четвертым сборниками фракций. Эжекционные окна имеют форму щели или набора отверстий, расположенных рядами. Технический результат - повышение эффективности сепарации сыпучей смеси, увеличение времени эффективного пребывания частиц сыпучего сепарируемого продукта в камере сепарации и снижение степени турбулентности сепарирующего воздушного потока. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к оборудованию для сортировки твердых сыпучих материалов с помощью воздушных потоков, а более конкретно к автоматическим устройствам для очистки зерна, злаковых культур, овощных и травяных культур, и может быть использовано на селекционных станциях, семенных заводах, фермерских хозяйствах, зерновых элеваторах, мукомольном и комбикормовом производстве.
Из уровня техники известны устройства для сепарации сыпучих материалов, каждое из которых включает загрузочный бункер, камеру сепарации, сопло для подачи воздушного потока, соединенное с нагнетательным вентилятором, сборники готовых фракций, см. а.с. SU 1479141, кл. В07В 4/02, опубликован 1989.05.15, или пат. RU 2130816, кл. В07В 4/02, опубликован 1999.05.27, или пат. RU 2132754, кл. В07В 4/02, опубликован 1999.07.10, или пат. RU 2132755, кл. В07В 4/02, опубликован 1999.07.10. Общим недостатком перечисленных известных устройств является отсутствие восходящего воздушного потока, направленного навстречу сепарируемому сыпучему материалу, что сокращает эффективное время пребывания сыпучего материала в камере сепарации и ухудшает условия разделения, а также ведет к неоправданному увеличению габаритных размеров камеры сепарации и всего устройства в целом.
Известен сепаратор для сыпучих материалов, содержащий бункер с питателем, сепарирующую камеру, вентилятор и воздуховоды, в котором сепарирующая камера у своего нижнего основания имеет герметически примыкающую систему воздушных патрубков, входящих во внутрь сепарирующей камеры, снабженных рассеивающими наконечниками и вентилями для регулирования скорости встречного потока воздуха и соединенных между собой герметизированными коническими сборниками, улавливающими фракции сепарируемого материала, см. пат. RU 2262994, кл. В07В 4/02, опубликован 2005.10.27. В указанном известном сепараторе встречный восходящий поток воздуха из патрубков, размещенных между коническими сборниками, способен обеспечить окончательную тонкую сепарацию частиц сыпучих материалов непосредственно перед их попаданием в сборники. Однако такой поток организован принудительно, что сопряжено с необходимостью использования сложной системы его регулирования, дополнительными энерго- и трудозатратами.
Известно устройство для сепарации сыпучей смеси в текучей среде, содержащее бункер и вибролоток, струйный генератор с плоскими соплами разного калибра, установленными последовательно по потоку с увеличением переменного шага, острого угла установки, калибра сопел сверху вниз, расположенные под соплами сборники готовых и повторных фракций, последние из которых сообщены через транспортирующее устройство с бункером, в котором струйный генератор выполнен высокочастотным, а сопла количеством не менее десяти выполнены со стенками направляющих каналов, длина которых увеличивается сверху вниз, причем в генераторе перед соплами установлено последовательно три решета, при этом сборников готовых фракций выполнено на два больше, чем сборников повторных фракций сепарируемого продукта, причем два сборника готовых фракций установлены рядом в конце потока, см., пат. RU, №2270061, кл. В07В 4/02, опубликован 2006.02.20. Устройство позволяет улучшить качество сепарируемого продукта, уменьшить время сепарации, повысить продуктивность, а также уменьшить металлоемкость и габариты устройства за счет оптимизации аэродинамического воздействия на частицы исходного продукта, обеспечения точного распределения сепарируемого продукта по приемным фракциям согласно весу и форме. Данное известное конструкторское решение принято в качестве прототипа, как наиболее близкий аналог по технической сущности, достигаемому результату и совокупности существенных признаков.
Недостатком прототипа является преимущественно боковой характер воздушного потока струйного генератора по отношению к направлению перемещения сепарируемого продукта. При таком направлении сепарирующего воздушного потока эффективное время пребывания частиц сыпучего сепарируемого продукта в камере сепарации определяется высотой камеры сепарации и скоростью свободного падения частиц. Таким образом, для обеспечения времени пребывания частиц сыпучего сепарируемого продукта в камере сепарации, достаточного для полного разделения, необходима значительная высота камеры сепарации, а следовательно, и увеличенная площадь проходного сечения плоских сопел струйного генератора и энергоемкость последнего. Кроме того, такие конструктивные особенности камеры сепарации и струйного генератора прототипа способствуют турбулизации сепарирующего воздушного потока, существенно снижая качество и эффективность переработки сепарируемого продукта, что вынуждает проводить отбор промежуточных недообработанных фракций и возвращать их на повторную сепарацию. Указанные недостатки прототипа ограничивают область его эффективного применения и не позволяют использовать для целей настоящего изобретения.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в увеличении времени эффективного пребывания частиц сыпучего сепарируемого продукта в камере сепарации и снижении степени турбулентности сепарирующего воздушного потока при сохранении высокого качества переработки сепарируемого продукта и прочих положительных свойств прототипа. В конечном итоге указанный технический результат позволяет расширить область и повысить эффективность применения устройства за счет обеспечения возможности переработки сыпучих материалов с различными механическими свойствами.
Положительный результат достигается тем, что устройство для сепарации сыпучей смеси в текучей среде, включающее средства загрузки и подачи сыпучей смеси, расположенный под ними струйный генератор с соплами и нагнетателем воздуха, сепарационную камеру, сборники готовых и повторных фракций, отличается от прототипа тем, что оно снабжено, по крайней мере, одним отбойником воздушного потока и формирователем восходящего воздушного потока. Отбойник воздушного потока выполнен в виде поверхности выпуклой формы, расположенной на задней стенке сепарационной камеры. Формирователь восходящего воздушного потока представляет собой совокупность эжекционных окон для прохода атмосферного воздуха, выполненных в днище сепарационной камеры между несколькими сборниками фракций.
Предпочтительно выполнение поверхности выпуклой формы отбойника воздушного потока волнообразной.
Оптимальной с точки зрения достижения указанного технического результата является длина сепарационной камеры, составляющая 1,3-1,5 высоты сепарационной камеры, и ширина сепарационной камеры, составляющая 2,1-2,3 высоты сепарационной камеры.
Целесообразно выполнение эжекционных окон для прохода атмосферного воздуха, расположенными между вторым, третьим и четвертым сборниками готовых и повторных фракций.
Возможно выполнение эжекционных окон в форме щели, ширина которой составляет 0,02-0,03 высоты сепарационной камеры. Альтернативно возможно выполнение эжекционных окон в виде набора отверстий, расположенных рядами. При этом отверстия в рядах расположены с переменным шагом, а также могут быть выполнены прямоугольными.
При осуществлении точной многофракционной сепарации и тонкой очистки сыпучей смеси в текучей среде посредством горизонтального воздушного потока определяющую роль играет длительность эффективного пребывания частиц сепарируемого сыпучего продукта в указанном воздушном потоке, т.е. в камере сепарации. Чем больше время пребывания частиц, тем большее количество фракций сепарируемого продукта возможно выделить и тем большее количество легколетучих фракций возможно удалить. Увеличение длительности эффективного пребывания за счет наращивания габаритной высоты сепарационной камеры более одного метра сопряжено с повышенными энергозатратами и материалоемкостью устройства. Создание восходящего потока атмосферного воздуха навстречу частицам товарных фракций сыпучей смеси позволяет замедлить их падение под воздействием силы тяжести и увеличить эффективное время пребывания в рабочей зоне сепарационной камеры. При этом формирование восходящего воздушного потока не требует дополнительных энергозатрат, поскольку осуществляется за счет эжекции атмосферного воздуха через эжекционные окна. Процесс является авторегулируемым, поскольку эжекционный эффект зависит, в основном, от скорости воздушного потока струйного генератора в сепарационной камере. Восходящий воздушный поток позволяет осуществить выделение не менее четырех товарных фракций с содержанием некондиционного материала во фракции не более 1,5-2,0% при высоте сепарационной камеры, не превышающей 0,9 метра. Производительность устройства, в основном, определяет ширина сепарационной камеры, и при ее отношении к высоте в пределах 2,1-2,3 обеспечивается оптимальная рентабельность. Длина сепарационной камеры зависит от механических свойств перерабатываемого материала, и при ее величине 1,3-1,5 высоты обеспечивается наибольшая универсальность устройства. Экспериментально установлена ширина щели эжекционных окон, составляющая 20...25 мм, при которой возникающий эжекционный эффект достигает максимального значения. Выполнение эжекционных окон в виде круглых или прямоугольных отверстий с определенным шагом позволяет простыми средствами достигнуть выравнивания поля скоростей восходящего воздушного потока по всей ширине сепарационной камеры.
Качество сепарации и тонкой очистки сыпучей смеси в текучей среде, а также стабильность работы устройства в большой степени зависит от характера течения воздушного потока в сепарационной камере. При возникновении срывов воздушного потока, образовании зон турбулентности или застойных зон происходит резкое снижение эффективности работы устройства. Указанные явления возникают, в основном, вследствие взаимодействия воздушного потока с элементами конструкции устройства, поверхность которых располагается перпендикулярно или почти перпендикулярно направлению воздушного потока. Вероятность турбулизации воздушного потока максимальна при взаимодействии воздушного потока с задней стенкой сепарационной камеры, поэтому для улучшения условий обтекаемости она оснащена отбойником воздушного потока, выполненным в виде поверхности выпуклой формы. Такая форма поверхности позволяет минимизировать площади лобового столкновения воздушного потока и исключить возникновение застойных зон.
Таким образом, все отличительные от прототипа признаки устройства для сепарации сыпучей смеси в текучей среде направлены на получение технического результата, а именно увеличение времени эффективного пребывания частиц сыпучего сепарируемого продукта в камере сепарации и снижение степени турбулентности сепарирующего воздушного потока.
Устройство, характеризующееся описанной совокупностью существенных признаков, является новым, промышленно применимым и обладает изобретательским уровнем.
Техническое решение иллюстрировано чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид устройства для сепарации сыпучей смеси в текучей среде; фиг.2 - вид А на фиг.1; фиг.3 - узел I на фиг.2 увеличено, в исполнении эжекционного окна для прохода атмосферного воздуха в виде набора отверстий; фиг.4 - то же, что и на фиг.3, в исполнении отверстий прямоугольными.
Устройство для сепарации сыпучей смеси в текучей среде включает средства загрузки и подачи сыпучей смеси 1, струйный генератор 2, сепарационную камеру 3, сборники 4 готовых и повторных фракций. Средства загрузки и подачи сыпучей смеси 1 включают бункер 5, снабженный шибером 6 и виброприспособлением (условно не показано) для равномерной 6 подачи частиц сыпучей смеси в сепарационную камеру 3. Струйный генератор 2 смонтирован под бункером 5 и состоит из нагнетателя воздуха, выполненного, например, в виде вентилятора 7, воздуховода 8 и набора плоских ориентированных сопел 9. Внутри воздуховода 8, непосредственно перед соплами 9, может быть расположена одна или несколько решеток (на фигурах условно не показана) для выравнивания воздушного потока. Сепарационная камера 3 представляет собой прямоугольный замкнутый объем, характерным размером которой является высота. На фигурах высота сепарационной камеры 3 обозначена буквой Н, соответственно длина сепарационной камеры 3 составляет (1,3-1,5)Н, а ширина сепарационной камеры 3 составляет (2,1-2,3)Н. На внутренней поверхности задней стенки сепарационной камеры 3 напротив сопел 9 расположен отбойник 10 воздушного потока. Отбойник 10 воздушного потока выполнен в виде выпуклой поверхности волнообразной формы. Подобный или аналогичный отбойник 10 может быть установлен на верхней и боковых стенках сепарационной камеры 3. Над отбойником 10, в верхней части задней стенки сепарационной камеры 3, выполнен проем 11 для отвода воздушного потока и легколетучих фракций из сепарационной камеры 3. Днище сепарационной камеры 3 представляет собой совокупность чередующихся в определенной последовательности сборников 4 готовых и повторных фракций. Деление сборников 4 по предназначению для готовых и повторных фракций является условным и зависит от свойств перерабатываемой сыпучей смеси. Существенным является порядковый номер сборника 4, исходя из его удаленности от передней (сопловой) стенки сепарационной камеры 3. Так, в первом или наиболее близком к передней стенке сборнике 4 будут собираться наиболее плотные фракции, а по мере удаления сборника 4 плотность собирающейся в нем фракции будет убывать. Сборники 4 представляют собой расположенные поперек сепарационной камеры 3 на всю ее ширину, делительные желоба, каждый из которых имеет разгрузочную горловину (на фигурах горловины условно не показаны). Кроме сборников 4, в днище сепарационной камеры 3 смонтирован формирователь восходящего воздушного потока, который выполнен в виде совокупности эжекционных окон 12 для прохода атмосферного воздуха. Эжекционные окна 12 расположены между вторым и третьим, третьим и четвертым, четвертым и пятым сборниками 4. В самом простом случае реализации устройства (см. фиг.2) каждое эжекционное окно 12 для прохода атмосферного воздуха имеет форму прямоугольной щели, протяженность которой составляет 2,1-2,3 высоты сепарационной камеры 3, а ширина составляет 0,02-0,03 высоты сепарационной камеры 3. Возможна реализация устройства (см. фиг.3), в котором каждое эжекционное окно 12 для прохода атмосферного воздуха выполнено в виде рядов круглых отверстий 13 или (см. фиг.4) прямоугольных отверстий 14. При этом отверстия 13 и 14 в рядах расположены с переменным шагом, т.е. межцентровые расстояния отверстий 13 или 14 различны.
Устройство функционирует следующим образом.
Сыпучую смесь, подлежащую сепарации, например зерно, засыпают в бункер 5 средств 1 загрузки и подачи сыпучей смеси. При подключении устройства к линии электропитания включается виброприспособление и струйный генератор 2. Приподнимают шибер 6 и в результате происходит равномерная подача частиц сыпучей смеси в сепарационную камеру 3. Струйный генератор 2, благодаря набору плоских ориентированных сопел 9, обеспечивает подачу в сепарационную камеру 3 равномерного и практически горизонтально направленного воздушного потока. Воздушный поток из струйного генератора 2 подхватывает поток свободно падающего из бункера 5 зерна. В результате воздействия на сыпучую смесь сканирующего каскада плоских воздушных струй происходит разделение частиц сепарируемого материала на фракции, отличающиеся плотностью и аэродинамическими характеристиками. Более плотные и обтекаемые частицы опускаются в зону первого сборника 4, а менее плотные с развитой поверхностью отбрасываются к последующим сборникам 4. В зону первого сборника 4, таким образом, поступают камни и тяжелые примеси, второго - посевное зерно, третьего - продовольственное зерно, четвертого и пятого - фуражное зерно, последующих - нетоварные фракции сыпучей смеси. Легколетучие и пылевидные фракции увлекаются воздушным потоком струйного генератора 2 и выносятся из сепарационной камеры 3 через проем 11 для отвода воздушного потока. Стабилизации ламинарного (безвихревого) течения воздушного потока в сепарационной камере 3 способствует обтекаемая волнообразная форма выпуклой поверхности отбойника 10 воздушного потока. Эжекционные окна 12 для прохода атмосферного воздуха расположены между сборниками 4 товарных фракций и обеспечивают кондиционирование последних. В процессе перемещения воздушного потока струйного генератора 2 по длине сепарационной камеры 3 с образованием текучей среды, в последней возникает разряжение по отношению к окружающей устройство атмосфере, результатом чего является эжектирование (подсос) атмосферного воздуха в сепарационную камеру 3 через эжекционные окна 12. Эжектируемый восходящий поток атмосферного воздуха поднимается через эжекционные окна 12 снизу вверх навстречу частицам товарных фракций сыпучей смеси, падающим к соответствующим сборникам 4. Таким образом, возникает встречное движение восходящего потока атмосферного воздуха и частиц товарных фракций сыпучей смеси, что приводит к замедлению падения (взвешиванию) последних, увеличению эффективного времени пребывания их в рабочей зоне сепарационной камеры 3 и повышению точности разделения товарных фракций до 98-98,5%, т.е. когда наличие некондиционного материала во фракции не превышает 1,5-2,0%. Фракции сепарируемой сыпучей смеси накапливаются в соответствующих сборниках 4 и периодически выгружаются из них на дальнейшую переработку. Устройство эффективно при использовании его для осуществления точной многофракционной сепарации сыпучей смеси, в том числе зерновых культур простой и сложной формы, что очень важно в сельском хозяйстве для селекционных целей, а также при обработке и подготовке семян для посева.
Описанный выше пример осуществления устройства приведен только с целью пояснения изобретения. Специалисты в данной области могут улучшить устройство и (или) осуществить альтернативные варианты в пределах сущности данного изобретения, отраженной в описании и чертежах.
1. Устройство для сепарации сыпучей смеси в текучей среде, включающее средства загрузки и подачи сыпучей смеси, расположенный под ними струйный генератор с соплами и нагнетателем воздуха, сепарационную камеру, сборники готовых и повторных фракций, отличающееся тем, что оно снабжено, по крайней мере, одним отбойником воздушного потока и формирователем восходящего воздушного потока, при этом отбойник воздушного потока выполнен в виде поверхности выпуклой формы, расположенной на задней стенке сепарационной камеры, а формирователь восходящего воздушного потока выполнен в виде эжекционных окон для прохода атмосферного воздуха, расположенных в днище сепарационной камеры между несколькими сборниками фракций.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность выпуклой формы выполнена волнообразной.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что длина сепарационной камеры составляет 1,3-1,5 высоты сепарационной камеры, а ширина сепарационной камеры составляет 2,1-2,3 высоты сепарационной камеры.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что эжекционные окна для прохода атмосферного воздуха выполнены между вторым, третьим и четвертым сборниками готовых и повторных фракций.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждое эжекционное окно для прохода атмосферного воздуха имеет форму щели, ширина которой составляет 0,02-0,03 высоты сепарационной камеры.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждое эжекционное окно для прохода атмосферного воздуха выполнено в виде набора отверстий.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что отверстия расположены рядами.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что отверстия в рядах расположены с переменным шагом.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что отверстия выполнены прямоугольными.
