PL226223B1 - Elektrostatyczny separator bifilarny - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektrostatyczny separator bifilarny.

Separacja, zwłaszcza materiałów roślinnych za pomocą separatorów elektrostatycznych polega na oddziaływaniu sił przyciągania elektrostatycznego na każdy element mieszaniny poddawanej separacji. Znane ze stosowania separatory posiadają zbiornik zasilający, z którego materiał podlegający separacji doprowadzany jest na taśmę transportującą a z niej opada na powierzchnię obracającego się cylindrycznego walca. W tej części drogi na cząsteczki separowanego materiału działa szereg sił: siły grawitacji, siły odśrodkowej wynikającej z obrotu walca, siły tarcia na powierzchni walca i siły przyciągania elektrostatycznego. Siły te dodają się wektorowo, ich bilans zmienia się w trakcie obrotu walca a przy pewnym określonym kącie jego obrotu następuje oddzielenie się cząsteczki materiału od powierzchni walca i opadnięcie jej do pojemników selekcyjnych umieszczonych w dolnej części separatora.

Z opisu patentowego PL 142810 znany jest separator elektrostatyczny bębnowy do rozdzielania ziaren mineralnych. Separator ten ma umieszczony w obszarze opadania ziaren z bębna dwie elektrody mające kształt paraboliczny, z których jedna ma potencjał ujemny, a druga dodatni względem ziemi. Obok bębna jest zabudowana szczotka zbierająca z bębna cząsteczki pyłu mineralnego utrudniające kontakt z metalem.

Z opisu patentowego US 3013662, ujawnionego także w opisie zgłoszenia patentowego DE 1159362, znany jest separator elektrostatyczny z elektrodą w postaci bębna, którego powierzchnia powleczona jest nieprzewodzącą warstwą utlenioną. Urządzenie składa się z ramy, w której osadzony jest wibracyjny zbiornik materiału separowanego, niżej przenośnik taśmowy a pod tym przenośnikiem, elektroda w postaci obrotowego bębna. W pobliżu bębna umieszczona jest elektroda wysokiego napięcia zasilana ze źródła prądu. Materiał separowany opada ze zbiornika na przenośnik taśmowy, skąd zsypuje się na obrotowy bęben i po przemieszczeniu na jego obracającej się powierzchni, w wyniku działania siły ciężkości, tarcia i siły elektrostatycznej, wcześniej lub później odpada z tego bębna trafiając do odpowiedniej części podstawionego zbiornika. Separację wspomagają, ustawione na drodze strumienia opadającego materiału, przegrody kierujące.

Jeszcze inne rozwiązanie znane jest z opisu patentowego RU 2402383. Ujawniony tu dielektryczny separator mieszaniny ziaren składa się ze zbiornika zasilającego ze szczeliną wylotową przysłanianą zasłoną, bębna napędowego z bifilarnym uzwojeniem oraz dwusektorowego zbiornika ustawionego pod bębnem. Urządzenie wyposażone jest w cienką dielektryczną, elastyczną taśmę w postaci pasa nałożonego na bęben i mechanizm naciągu napięty rolką napinającą. Taśma ta, o szerokości równej długości bębna, stanowi taśmę transportująca separowaną mieszaninę. Urządzenie zawiera także szczotkę zsuwającą pozostające na taśmie resztki mieszaniny.

Ujawnione w powyższych opisach urządzenia, posiadające prostą budowę, wykazują istotną wadę, którą jest mała rozdzielczość, wymagana zwłaszcza przy separacji drobnego i tylko nieznacznie zróżnicowanego materiału biologicznego. Wynika to z braku możliwości regulacji sił działających na cząsteczki separowane oraz stałej wielkości tych sił w trakcie obrotu cylindra separującego. Praktycznie nie istnieje możliwość zmiany wielkości sił w trakcie obrotu cylindra w funkcji kąta obrotu.

Celem wynalazku jest opracowanie separatora, w którym możliwa będzie regulacja wielkości sił działających na cząsteczki materiału separowanego od strony cylindra separującego, co jest równoznaczne z regulacją stopnia przyczepności tej cząsteczki do powierzchni cylindra separującego. Usytuowanie kątowe powierzchni walca separującego w czasie jego obrotu decyduje o momencie odpadnięcia leżącej na tej powierzchni cząsteczki i wpadnięcie jej do odpowiedniej części podstawionego pojemnika. Cel ten spełnia elektrostatyczny separator bifilarny, w którym na walec cylindra separującego nawinięte jest uzwojenie bifilarne, zasilane z zasilacza wysokiego napięcia poprzez przewody wysokiego napięcia i pierścień komutacyjny, oraz który zawiera sterownik, korzystnie programowalny sterownik logiczny PLC, sterujący równocześnie pracą silników elektrycznych napędzających odpowiednio cylinder separujący i dozownik oraz synchronizujący pracę zasilacza wysokiego napięcia poprzez ustalenie napięcia w funkcji kąta obrotu cylindra, przy czym sterownik ten połączony jest z komputerem. Stosuje się silniki elektryczne synchroniczne lub krokowe. Każdy z silników elektrycznych jest sprzężony z transformatorem położenia kątowego, z którego sygnał jest przesyłany do sterownika. Powierzchnia zewnętrzna walca separującego utworzona jest z powłoki izolacyjnej, którą tworzy izolacja ułożonych koło siebie przewodów uzwojenia bifilarnego. Zastosowanie sterownika regulującego równocześnie pracę silników elektrycznych oraz wielkość napięcia podawanego na uzwojenie bifilarne

PL 226 223 B1 cylindra separującego, pozwala na zmiany wartości sił występujących w procesie w dowolnej fazie obrotu cylindra i zmianę pozycji materiału separowanego na powierzchni tego cylindra. Faza obrotu cylindra separującego jest kontrolowana komputerowo poprzez pobieranie informacji z przemiennika częstotliwości. Wielkość sił można zmienić poprzez zmianę napięcia i częstotliwości (siły elektrostatyczne), oraz prędkości i przyśpieszenia cylindra separującego (siły odśrodkowe). Dzięki takiemu powiązaniu i synchronizacji układów napędowych i zasilających można efektywnie wpływać na bilans sił oddziałujących na materiał separowany i uzyskiwać wydzielanie odpowiednich jego frakcji dla różnych faz obrotu cylindra i opadanie tych wydzielonych frakcji do pojemników separacyjnych.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia separator schematycznie a Fig. 2 przedstawia szczegół A oznaczony na Fig. 1 przekroju poprzecznego przez ścianę cylindra separującego.

Przykłady wykonania

P r z y k ł a d 1

Separator składa się z ramy 20 posiadającej wspornik górny 21, półkę górną 22, półkę wsporczą 23 i półkę dolną 24. Na wsporniku górnym osadzony jest zasobnik 7, do którego wsypuje się materiał separowany 6. Pod zasobnikiem 7, na półce górnej 21, osadzony jest dozownik 5 z rolkami na które nałożona jest taśma dystrybucyjna 12. Jedna z rolek sprzężona jest z silnikiem elektrycznym 13 drugim, którym jest silnik synchroniczny zasilany z przemiennika częstotliwości 14 drugiego. Z tym silnikiem 13 sprzężony jest także transformator 15 położenia kątowego występujący także pod nazwą resolver. Pod dozownikiem 5, na półce wsporczej 23, osadzony jest cylinder separujący 1 wyposażony w napędzający go silnik elektryczny 9 pierwszy, którym jest silnik synchroniczny zasilany z przemiennika częstotliwości 10 pierwszego. Z tym silnikiem 9 sprzężony jest także transformator 11 położenia kątowego (resolver). Na walcowej powierzchni cylindra separującego 1 nawinięte jest, wzdłuż tworzących, uzwojenie bifilarne 2 utworzone z metalowego drutu 3 i izolacji 4 z tworzywa sztucznego. Zewnętrzna powierzchnia ukształtowana jest faliście w wyniku stykających się izolowanych drutów 3 o kołowym przekroju poprzecznym, co w połączeniu z ustalonym dynamicznie obrotowym ruchem cylindra separującego 1, korzystnie wpływa zarówno na przemieszczanie cząstki materiału 6, jak i jej odpadnięcie od powierzchni cylindra 1. Uzwojenie bifilarne 2 zasilane jest z zasilacza 8 wysokiego napięcia poprzez przewody wysokiego napięcia i pierścień komutacyjny 19. Poniżej cylindra separującego 1, na półce dolnej 24, osadzony jest pojemnik separacyjny 18 wyposażony w przegrody. Położenie pojemnika 18 jest ustalone pod cylindrem separującym 1 tak, że poszczególne frakcje separowanego materiału 6 opadają do innych przegród pojemnika separacyjnego 18. Obydwa systemy napędowe, to jest elektryczny silnik synchroniczny 13 zasilany z przemiennika częstotliwości 14 drugiego i elektryczny silnik synchroniczny 9 zasilany z przemiennika częstotliwości 10 pierwszego są ze sobą sprzężone poprzez sterownik 16 PLC połączony z komputerem 17. Opcjonalnie, połączenie z komputerem umożliwia także wizualizację procesu separacji na ekranie komputera.

P r z y k ł a d 2

Separator składa się z zestawionych ze sobą elementów jak w przykładzie pierwszym. W tym wykonaniu w obydwu systemach napędowych zastosowano: do napędu cylindra separującego 1 silnik elektryczny krokowy 9 zasilany przez zasilacz 10 sterowany komputerem 17 i do napędu taśmy dystrybucyjnej 12 dozownika 5 - silnik elektryczny krokowy 13 zasilany przez zasilacz 14 sterowany komputerem 17. Zastosowanie silnika krokowego w systemie napędowym, szczególnie w systemie napędowym cylindra separującego 1, wpływa korzystnie na przebieg separacji. Cząsteczki materiału separowanego 6 przy dynamicznym zatrzymaniu obrotu cylindra separującego 1 łatwiej odpadają od cylindra a inne o zróżnicowanych właściwościach dielektrycznych, w tym momencie dalej się trzymają powierzchni cylindra 1. W innych zestawieniach możliwe są dowolne kombinacje z zastosowanych silników elektrycznych 9, 13.

Claims (3)

1. Elektrostatyczny separator bifilarny zawierający zasobnik (7) z dozownikiem (5) wyposażonym w taśmę dystrybucyjną (12) napędzaną silnikiem elektrycznym (13) drugim, cylinder separujący (1) w kształcie walca napędzany silnikiem elektrycznym (9) pierwszym i, ustawiony pod tym cylindrem separującym (1), pojemnik separacyjny (18), gdzie zasobnik (7), dozownik (5), cylinder separujący (1) i pojemnik separacyjny (18) ustawione są na wsporniku i półkach ramy (20), znamienny tym, że na

PL 226 223 B1 walec cylindra separującego (1) nawinięte jest uzwojenie bifilarne (2) zasilane z zasilacza (8) wysokiego napięcia poprzez przewody wysokiego napięcia i pierścień komutacyjny (19), oraz że zawiera sterownik (16), korzystnie programowalny sterownik logiczny PLC, sterujący równocześnie pracą silników elektrycznych (9, 13) i zasilacza (8) wysokiego napięcia, przy czym sterownik (16) jest połączony z komputerem (17).

2. Elektrostatyczny separator bifilamy według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że silniki elektryczne (9, 13) są silnikami elektrycznymi synchronicznymi lub silnikami elektrycznymi krokowymi.

3. Elektrostatyczny separator bifilarny według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że każdy z silników elektrycznych (9, 13) jest sprzężony z transformatorem położenia kątowego (11, 15), z którego sygnał jest przesyłany do sterownika (16).