UA102457U - Спосіб сепарування сипкої суміші - Google Patents

Abstract

Спосіб сепарування сипкої суміші у текучому середовищі полягає у гравітаційному подаванні часток суміші, що підлягає сепаруванню, аеродинамічному монотонно зростаючому впливі на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виводі готових фракцій. Більшу частину використаного для сепарування потоку повітря повертають по зворотному тракту до приводу подачі повітря до генератора, а непрохідну фракцію летючих домішок, разом з пилом та рештою потоку повітря безперервно видаляють у довкілля через призначений для цього пристрій. Перед поданням сипкої суміші у бункер здійснюють її попередньо підготовку шляхом видалення з неї надмірно крупних домішок біологічного та мінерального походження для подальшої безперебійності процесу сепарації, а каскад плоских струменів формують з попередньо вирівняного за тиском та ламінарністю течії суцільного потоку повітря. А також при гравітаційному поданні сипкої суміші у сепараційну камеру їй задають мінімальну необхідну кінетичну енергію падіння з одночасною примусовою стабілізацією об'єму суміші, що безперервно подається на сепарацію. При непередбаченій зміні кількості чи об'єму гравітаційного подання сипкої суміші у зону сепарації або зміні параметрів електричної мережі, зокрема напруги, частоти струму та інших зовнішніх факторів, що впливають на якість процесу сепарації, автоматично змінюють потужність каскаду струменів. Крім того, до потоку повітря зворотного тракту безперервно додають додатковий об'єм повітря для компенсації втраченого об'єму при видаленні решти потоку повітря разом з пилом у довкілля. У сепараційній камері постійно чи пе�

Description

Корисна модель належить до способів для повітряного або рідинного сепарування сипких матеріалів та може бути використана у харчовій, хімічній та інших галузях промисловості, а також у сільському господарстві для підготування насіння до сівби та для селекційних цілей шляхом його очищення, сушіння (у разі потреби) та розділення на певні фракції відповідно до технологічних завдань.

Відомий спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, що полягає у гравітаційному подаванні часток суміші в зону сепарації, аеродинамічному монотонно зростаючому діянні на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виводі готових фракцій. При цьому діяння здійснюють у режимі вільного знакозмінного силового сканування зі зростанням амплітуди та кута сканування |див. пат. України Мо 45881 з класу ВО7В 4/02 опублікований 15.04.2002 р. у Бюл. Мо 4).

У цьому відомому способі розділення сипкої суміші на окремі фракції відбувається за рахунок різниці співвідношення їх ваги і сили аеродинамічного опору. Цей спосіб, завдяки особливому режиму діяння струменів повітря на частки суміші, більш точний і більш стабільний у часі у порівнянні зі звичайним віянням, особливо, при сепаруванні часток неправильної форми. Це стало можливим завдяки тому, що діяння потоком каскаду струменів у режимі сканування дозволяє багаторазово та різнонаправлено впливати майже на кожну частку сипкої суміші.

Але відомий спосіб сепарування сипкої суміші все ж таки має недоліки, а саме.

Знакозмінний і вільний режим роботи каскаду струменів невідворотно призводить до періодичного, нестабільного у часі і просторі виникненню у ньому зон тиску та розрядження з появою прямих і зворотних течій. У зоні зворотних течій відбувається втягування часток (особливо легких) у рух, зворотний руху основного потоку повітря, що призводить до часткового змішування вже відсепарованого матеріалу з невідсепарованим. Нестабільність у часі цього явища, врешті-решт, призводить до розмикання (розриву) каскаду струменів у будь-якому випадковому місці, що ще більшою мірою підсилює зворотну течію у цій зоні і як результат інтенсифікує змішування відсепарованого матеріалу з невідсепарованим. Крім того, розмикання каскаду струменів повітряного потоку сприяє зриву генерації (припиненню коливального процесу), що помітно знижує якість процесу сепарування, наближаючи його до якості

Зо сепарування звичайною віялкою.

Ці недоліки частково усунені у інших відомому технічному рішенні, суть якого, полягає у наступному:

Спосіб сепарування сипкої суміші у текучому середовищі, який полягає у гравітаційному подаванні часток суміші, що підлягає сепаруванню, аеродинамічному монотонно зростаючому діянні на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виводі готових фракцій, при цьому аеродинамічне діяння здійснюють у режимі резонансного автоколивального руху кожного струменя і усього каскаду струменів на частоті першої гармоніки коливань (див. пат. України Мо 60254 з класу ВО7В 4/02, АОТЕ 12/44, опублікований 15.07.2005 р. у Бюл. Мо 7 за 2005 р.|.

Основний недолік відомого способу сепарування сипкої суміші полягає в тому, що його здійснення відбувається з використанням відкритої системи постачання текучого середовища для процесу сепарування, зокрема, повітряного потоку. У відомому способі повітряний потік всмоктується у генератор каскаду плоских струменів з довкілля, та туди ж (у довкілля) повертається після використання його для сепарування сипкої суміші, але "відпрацьований" повітряний потік повертається, природно, вже насичений звичайним пилом та летючими домішками біологічного походження, що автоматично породжує низку додаткових побічних недоліків, притаманних відомому способу сепарування, а саме: погіршує стан здоров'я працівників, викликаючи забруднення легенів та сприятиме викликанню небажаних алергічних реакцій (медичний недолік), забруднює довкілля та приміщення, де розташований пристрій (екологічний недолік). Отже, незважаючи на високу якість сепарування, все ж таки знижується комерційна привабливість відомого способу через наявність постійної щільної хмари пилу в зоні роботи пристрою для сепарування (економічний недолік), та, навіть, може викликати пожежі, руйнування приміщень, обладнання та призвести до жертв через вибухонебезпечність повітряно-пилової суміші, коли вона досягне відповідної концентрації у приміщенні, що, у свою чергу, вимушує користувачів пристрою налагодити впотужню вентиляційну систему, яка, загалом, підвищує собівартість готової (сепарованої) зернової продукції через зростання вартості технологічного обладнання та підвищення енерговитрат для реалізації такого процесу сепарації.

Другий суттєвий недолік відомого способу сепарування сипкої суміші проявляється при його бо застосування у сільському господарстві (переважне застосування) при очищенні та розділенні насіння або зернин сільськогосподарських культур на фракції, оскільки при його застосування неможливо очищати зернини від адгезійного шару пилу, яка досить щільно укутує всю поверхню кожної зернини, що наочно можна побачити під час перевантаження відсепарованого зернового матеріалу у тару (мішки, бункери, кузов вантажівки тощо): з'являється густа хмара пилу, але цей пил вже іншого походження. При пересипанні відсепарованого зернового матеріалу, зернини зіштовхуються між собою та механічно, через тертя зчищають адгезійний шар пилу з друг дружки, який і формує храму пилу при перевантаженні відсепарованого зернового матеріалу.

Наявність хмари пилу при перевантаженні відсепарованого зернового матеріалу, за суттю, є прямим доведенням неможливості очищення зернин від адгезійного шару пилу відомим способом, за суттю, аеродинамічним, - для цього недостатньо потужності повітряного потоку.

Збільшити ж потужність повітряного потоку не уявляється можливим, оскільки при цьому різко знижується якість розділення зернового матеріалу на фракції, тому що потужність повітряного потоку знаходиться у взаємозв'язку з фізичними властивостями сипкої суміші, а тому чітко розраховується з врахуванням розмірів та ваги матеріалу, що піддається сепаруванню.

Оскільки зерновий матеріал під час сепарування не можливо очистити аеродинамічно шляхом впливу на нього каскадом плоских струменів, залишається лише впливати на зернини механічно, але відомий спосіб такого впливу зробити не може оскільки в ньому такої технологічної операції не передбачено.

Отже, відомий спосіб сепарування сипкої суміші у текучому середовищі хоча і дозволяє досить якісно розділяти зерновий матеріал на декілька фракцій, але зовсім не очищує його від адгезійного шару пилу, який породжує дедалі низку небезпечних проблем, зазначених вище.

Найбільш близьким за своєю суттю та ефекту, що досягається, і який приймається як найближчий аналог, є спосіб сепарування сипкої суміші у текучому середовищі, який полягає у гравітаційному подаванні часток суміші в зону сепарації, аеродинамічному монотонно зростаючому діянні на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і відводі готових фракцій, причому, найбільш легкі тверді летючі фракції домішок калібрують за розміром на дві самостійні фракції, та найбільш дрібну з них, разом з більшою частиною вже використаного для сепарування потоку повітря повертають для формування каскаду плоских струменів, в якому зазначеним дрібним фракціям твердих домішок додають прискорення, для

Зо механічного впливу на матеріал, що сепарується, а також другу непрохідну, більш крупну фракцію летючих домішок, разом з пилом та рештою потоку повітря безперервно видаляють у довкілля. Цей спосіб сепарування сипкої суміші реалізується за допомогою пристрою, який містить бункер з вібролотком, встановлений під ним генератор каскаду плоских струменів, з розташованими одне під другим та під гострим кутом до вертикалі плоскими соплами, висота поперечних перерізів яких, крок і кут установлення збільшуються зверху донизу, та який пов'язаний з приводом подачі повітря під тиском у генератор, який охоплений боковими стінками, сепарувальну камеру, під якою розташовані збірники фракцій, причому, вихід сепарувальної камери перекритий фільтрувальним елементом, виконаним у вигляді обертового барабана з калібрувальним решетом на поверхні, який зовні наділений очищувачем непрохідних твердих домішок, при цьому внутрішність обертового барабана зв'язана з приводом подачі повітря під тиском у генератор каскаду плоских струменів (зворотний тракт), а очищувач виконаний у вигляді послідовно розташованих щілинного конфузора, вентилятора та циклона з бункером для відходів, розташованих таким чином, що фільтрувальний елемент примикає з гарантованим зазором до вхідної щілини конфузора, одна з кромок якого має чистик, виконаний, наприклад, у вигляді звичайної механічної щітки. Як варіант виконання пристрою, останній збірник фракцій, який призначений для збирання нелетючих відходів процесу сепарування, та бункер для летючих відходів циклона можуть бути поєднані між собою у єдину конструкцію (див. пат. України Мо 96814 з класу ВО7В 4/02, АОТЕ 12/44 опублікований 12.12.2011 р. У Бюл. Мо 23 за 2011 р...

Основним недоліком відомого способу сепарування сипкої суміші у текучому середовищі є непередбачуваність якості процесу розділення суміші на окремі фракції. Наявність цього недоліку обумовлена відсутністю засобу вирівнювання повітряного потоку на виході з приводу постачання повітря під тиском або перед генератором струменів. Як відомо, повітряний потік на виході з приводу, у даному випадку - відцентрового вентилятора (хоча тип приводу не має значення), має надмірну турбулентну структуру з різним тиском за своїм перетином (найбільшим у центрі потоку). Саме такий не вирівняний за тиском та течією потік повітря потрапляє до сопел генератора, а з нього - в зону сепарації. А якщо для сепарації використовувати неврівноважений каскад повітряних струменів, неможливо дотриматися однакового аеродинамічного впливу на частки суміші за всім об'ємом сепарувальної камери, бо тому процес сепарації відбувається неконтрольовано та з досить низкою якістю, оскільки різний вплив повітряних струменів на суміш автоматично спрямовує певну кількість часток сипучої суміші не в ті лотки збірника фракції, в які вони повинні були потрапити.

Другий суттєвий недолік відомого способу сепарування сипкої суміші у текучому середовищі полягає у поступовому зниження якості відсепарованого матеріалу з часом через його засмічення мінеральним пилом та дрібними летючими фракціями домішок біологічного походження. Наявність вказаного недоліку пояснюється наступним. Єдиною перешкодою для різних летючих домішок є фільтрувальний елемент. Проте, дрібні летючі домішки та пил проникають через нього і, по зворотному тракту, повертаються до приводу, а звідси - через генератор каскаду струменів, повертаються у зону сепарації, де додаються до пилу й домішок, які потрапляють в зону сепарації з новими порціями сипкої суміші, що підлягає сепаруванню.

Отже, якщо пил та дрібні летючі домішки пройшли один раз через фільтрувальний елемент, то їм нічого не заважає пройти й ще раз через той же ж самий фільтр, причому неодноразово.

Тому з часом у замкненому об'ємі зони сепарації загальна кількість пилу та летючих дрібних домішок буде зростати. | ось наступить момент, коли їх маса перевищить критичну (максимально припустиму), і пил з домішками почне випадати у збірник фракцій, засмічуючи відсепарований матеріал, що неприпустимо знижує якість останнього. До того ж, надмірна кількість пилу й домішок у замкненій системі пристрою може дестабілізувати роботу останнього, а отже - порушувати стабільність процесу сепарації сипкої суміші, а також надмірна кількість такого пилу вибухонебезпечна.

Черговим суттєвим недоліком відомого способу сепарування сипкої суміші у текучому середовищі є обмеженість області його застосування, що обумовлене наступним (на прикладі сепарації насіння сільськогосподарських культур). Зернини сипкої суміші злакових культур мають певні розміри й масу. В цьому способі сипка суміш, незалежно від її виду, подається гравітаційно у зону сепарації. При цьому відстань від краю відболотка до першого струменя повітря, що виходить з верхнього сопла генератора каскаду струменів, завжди постійна, що обумовлено нерухомістю бункера, розташованого над генератором струменів. Отже, якщо у зону сепарації подавати насіння, наприклад, маку, зернини якого мають малі розміри та вагу або насіння трав'яних культур (яке до того ж схильне до зчеплення між собою), то їм треба мати велику кінетичну енергію падіння, щоб вони у вільному польоті встигли розшаруватися (для

Зо цього бункер треба підіймати якнайвище над входом у сепараційну камеру), у протилежному випадку їх просто видуватиме першим (верхнім) струменем при великій продуктивності пристрою взагалі з зони сепарації. Якщо дрібне насіння своєчасно розшарувати у вільному польоті, воно якісно розділиться каскадом струмів на окремі фракції та потрапить у відповідні лотки збірника фракцій. Але, якщо у зону сепарації подавати інше насіння, наприклад, кукурудзи, зернини якого мають великі розміри та вагу, то вони, маючі велику кінетичну енергію падіння (при значній відстані бункера від сепараційної камери), перший (верхній) струмінь повітря (чи декілька верхніх струменів) просто "проскочать" без розшаровування і наступними струменями вже не повністю розділяться на окремі фракції (решта струменів не встигає якісно розділити зернини на фракції через їх (струменів) недостатність за кількістю), і потраплять у лотки збірника фракцій без якісного розділення на відповідні фракції. Тому такому насінню треба зменшувати кінетичну енергію шляхом приближения бункера до входу в сепараційну камеру. Як це було зазначено, наявність цього недоліку обумовлена нерухомістю бункера, що не дозволяє регулювати ним відстань між віброкотком до першого струменя повітря, тобто регулювати кінетичну енергію падіння зернин.

Ще одним недоліком відомого способу сепарування є неможливість забезпечення безперебійності процесу сепарації сипучої суміші через те, що вона подається у бункер без попередньої підготовки, яка полягає у видалення з неї надмірно крупних домішок мінерального та біологічного походження (наприклад, каменів, кореневих систем рослин тощо). Якщо вказані крупні домішки потраплять у сепараційну камеру, вони можуть пошкодити обладнання, або "забити" якийсь його тракт, а це, в свою чергу призведе, по порушення стабільності процесу сепарації з неприпустимим зниженням якості кінцевого відсепарованого продукту.

П'ятим недоліком відомого способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі є його нечутливість до зміни умов, від яких залежить якість процесу сепарування. До таких умов можна віднести стрибкоподібну зміну кількості (об'єму у одиницю часу) гравітаційного подання сипкої суміші в зону сепарації, зміну параметрів електричної мережі, наприклад напруги чи частоти струму. При зміні зазначених умов, процес сепарації буде відбуватися по заздалегідь налаштованих параметрах, що неминуче призведе до погіршення якості відсепарованої продукції.

Шостим недоліком відомого способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі є бо те, що він не враховує постійну зміну умов сепарування, що обумовлюється наступним. Частка потоку повітря видаляється за межі пристрою разом з домішками за допомогою витяжного вентилятора. З цього випливає, що до зворотного тракту повертається не повний потік повітря, а нестача потоку повітря, що повертається до приводу, не в змозі утворити такого тиску, який був на початку процесу сепарації. При цьому брак повітря на зворотному тракту постійно збільшується, що автоматично змінює умови сепарування сипкої суміші. Крім того, при реалізації відомого способу, надглядається й абсолютно протилежна ситуація - коли тиск в зоні сепарації зростає і становиться вище потрібного. Ця ситуація виникає, коли засмічується фільтрувальний елемент, через що його пропускна здатність стосовно проходження через нього повітря для зворотного тракту зменшується. Проте, відомий спосіб не передбачає регулювання тиску в зоні сепарації, наприклад, через періодичне автоматичне скидання надмірного тиску. Ще одним фактором дестабілізації процесу сепарації є зовнішні природні чи штучні умови, які можуть виникати непередбачено. Мова йде про довкілля, зокрема погодні явища такі як вітер, дощ - якщо пристрій працює на відкритому майданчику, або протяги - якщо пристрій працює у приміщенні. Захистити процес сепарування від впливу цих негативних явищ можна за умови повного захисту зони сепарації від них. Головне те, що зміни умов сепарації неможливо контролювати візуально, що вимушує постійно відбирати проби відсепарованого матеріалу, та по його якості судити побічно про зміну умов.

Сьомим недоліком відомого способу сепарування сипкої суміші у текучому середовищі є те, що готовий (відсепарований) кінцевий продукт відводиться у лотки збірника фракцій, звідки він перевантажується переважно у тару нестійкої форми (мішки). По-перше, це не зручно, оскільки при розділенні сипкої суміші на багато фракцій, мішки треба встановлювати щільно, їх в процесі наповнення може заклинювати між сусідніми мішками, а тому їх треба якось "висмикнути" чи витягнути з-під пристрою, а, по-друге, досить часто треба взагалі відвести якусь фракцію (чи декілька фракцій) у якусь зону без завантаження у тару. Неможливість відведення кінцевого продукту на будь-яку бажану відстань є суттєвим недоліком відомого способу.

Восьмим недоліком відомого способу сепарування сипкої суміші у текучому середовищі є обмеженість його функціональних можливостей, наприклад його неможливо застосовувати для сушіння насіння злакових культур. І, хоча можна змінити режим "продування" суміші для її сушіння, проте, якості цього процесу заважатимуть деякі наявні вузли пристрою, зокрема немає

Зо сенсу у фільтрувальну елементі, який лише чинить перешкоду вільному проходженню повітря, у зворотному тракті, який буде повертати зволожене повітря на вихідну позицію до генератора, у циклоні, який доцільно замінити на звичайну осадочну камеру, у збірниках фракцій, оскільки задача розділення при сушінні не стоїть, в той час як у конструкції пристрою не вистачатиме засобу для контролю вологості повітря, за показниками якого можна оцінювати якість готового (висушеного продукту).

Наведений критичний аналіз відомого технічного рішення є переконливим в тому, що недоліки, притаманні відомому способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі знаходяться у причинно-слідчому зв'язку з конструктивними недоліками пристрою, за допомогою якого він здійснюється.

В основу корисної моделі поставлена задача усунення перелічених вище недоліків через принципове вдосконалення способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі шляхом розширення техніко-функціональних та споживчих їх властивостей, за рахунок наділення способу новими технологічними властивостями, що позитивно впливають на якість процесу розділення суміші на окремі Фракції, та разом придають нові якості технології сепарування чи сушіння сипучої суміші розширення області його застосування.

Поставлена задача вирішується тим, що у способі сепарування сипкої суміші у текучому середовищі, який полягає у гравітаційному подаванні часток суміші, що підлягає сепаруванню, аеродинамічному монотонно зростаючому впливу на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виводу готових фракцій, а також більшу частину використаного для сепарування потоку повітря повертають по зворотному тракту до приводу подачі повітря до генератора, а непрохідну фракцію летючих домішок, разом з пилом та рештою потоку повітря безперервно видаляють у довкілля через призначений для цього пристрій, виконаний, наприклад, у вигляді циклона, згідно з корисною моделлю, перед поданням сипкої суміші у бункер здійснюють її попередньо підготовку шляхом видалення з неї надмірно крупних домішок біологічного та мінерального походження для подальшої безперебійності процесу сепарації, а каскад плоских струменів формують з попередньо вирівняного за тиском та ламінарністю течії суцільного потоку повітря, а також при гравітаційному поданні сипучої суміші у сепараційну камеру їй задають мінімальну необхідну кінетичну енергію падіння з одночасною примусовою стабілізацією об'єму суміші, що безперервно подається на сепарацію, а при непередбаченій бо зміні кількості чи об'єму гравітаційного подання сипкої суміші у зону сепарації або зміні параметрів електричної мережі, зокрема напруги, частоти струму та інших зовнішніх факторів, що впливають на якість процесу сепарації, автоматично змінюють потужність каскаду струменів, наприклад, шляхом відповідного регулювання режиму роботи (потужності) приводу подачі повітря до генератора, крім того, до потоку повітря зворотного тракту безперервно додають додатковий об'єм повітря для компенсації втраченого об'єму при видаленні решти потоку повітря разом з пилом у довкілля, до того ж, у сепараційній камері, у разі потреби, постійно чи періодично видаляють надлишок тиску повітря для дотримання незмінності умов протікання процесу сепарації сипкої суміші в ній, а також, зона сепарації сипкої суміші максимально можливо захищена від впливу на процес сепарації довкілля, зокрема, дощу, вітру, протягів тощо, крім того, весь процес сепарації від завантаження сипкої суміші до вивантаження готових фракції, у разі потреби, може контролюватися візуально, причому, готові фракції відводяться на будь-яку відстань від збірників у бажану зону.

Крім того, у способі сепарування сипкої суміші у текучому середовищі, при застосуванні його для сушіння сипкої суміші, згідно з корисною моделлю, застосовують максимально можливу повітряну потужність каскаду плоских струменів, а висушену сипку суміш збирають у одному місці (без розділення на фракції) та, у разі потреби, яку визначають за показниками вологості повітря на виході з сепараційної камери, повторно відправляють на вихідну позицію для гравітаційного подавання для повторного впливу на суміш каскадом повітряних струменів (досушення), причому відпрацьоване зволожене повітря з сепараційної камери одразу відводять у довкілля без повернення до зворотного тракту.

Як варіант виконання, сушіння сипкої суміші здійснюють підігрітим підсушеним повітрям, яке засмоктують у привід з довкілля у літку при наявності спекотної погоди, або примусово підігрівають калорифером, встановленим перед входом у привід (калорифер може бути розташований окремо у будь-якому зручному місці), а також при наявності зворотного тракту, зволожене повітря повертають через нього до приводу, пропускаючи через вказаний калорифер, який адсорбує з нього зайву вологу. Або висушують повітря зі зворотного тракту методом сублімації (виморожування вологи), або конденсацією вологи з потоку повітря, для чого у пристрій вмонтовані відповідні засоби, наприклад, субліматор або кондиціонер.

Відмінною особливістю запропонованого способу сепарування сипкої суміші у текучому середовищі, завдяки внесеним відповідним технологічним змінам, з'явилася реальна можливість повністю стабілізувати процес розділення суміші на окремі фракції або сушіння сипучого матеріалу, причому підігрітим повітрям, у часі за всіма параметрами та незалежність від будь-яких зовнішніх та внутрішніх факторів.

Технічним результатом корисної моделі є отримання нового процесу якісного сепарування або сушіння зернового матеріалу (сипучої суміші) завдяки стабілізації у часі впливу на суміш повітряними потоками за всіма показниками, які автоматично регулюються без припинення процесу сепарування чи сушіння. При цьому якість розділення сипкої суміші при багатофракційному розшаруванню по масі, густоті або питомій вазі не зменшується, а, навпаки, зростає.

Отже, зміна принципу сепарування сипкої суміші у стабілізованому каскаді повітряних струменів, захищених від впливу на них штучних та природних будь-яких факторів, тягне за собою відповідне розширення техніко-експлуатаційних його можливостей.

Таким чином, уся сукупність суттєвих ознак, притаманних запропонованому технічному рішенню, отриманим завдяки внесенню технологічних змін у процес, разом забезпечують досягнення позитивного технічного результату, сформульованого у постановці задачі.

Подальша суть запропонованого технічного рішення пояснюється кресленням, на якому зображена схема пристрою для здійснення запропонованого способу сепарування сипкої суміші у текучому середовищі, вигляд збоку з частковим перерізом для кращого показу процесу сепарування. Одинарними стрілками показаний рух повітряного потоку у пристрої, подвійними - повернення частини повітряного потоку у генератор для повторного формування з нього каскаду плоских струменів для сепарування.

Для пояснення принципу запропонованого способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, доцільно спочатку описати конструкцію пристрою, яка дозволяє його реалізувати.

Пристрій для сепарування сипкої суміші 1 у текучому середовищі містить завантажувальний вузол, який складається з механічного засобу для попередньої підготовки сипучої суміші 1, виконаного, наприклад, у вигляді похилого віброрешета 2 плоскої конструкції (для цього можуть бути використані й інші конструкції, наприклад вібростоли, обертові сита барабанного типу). Цей засіб дозволяє вилучити з сипкої суміші 1 крупні домішки мінерального та біологічного походження та спрямувати їх у ємність 3, яка спеціально для них призначена. Під віброрешетом бо 2 розташований завантажувальний бункер 4 з вібролотком 5 для гравітаційного подавання сипкої суміші 1 у зону сепарування. В бункері 4 розташована обертова ворушилка 6, яка призначена для руйнування зернових зводів у бункері 4. Кількість виходу з бункера 4 сипучої суміші 1 на вібролоток 5 регулюється напівсферичною шторкою 7. Бункер 4 встановлений з можливість регулювання його висоти та кута нахилу за допомогою звичайного гвинтового механізму 8 (цей механізм наведений як приклад, хоча може бути використаний для цієї цілі й інші механізми, наприклад, пантограф, "нюрнберзькі ножиці" тощо). Описаний завантажувальний вузол, розташований на вертикальній колоні 9, в яку вмонтований висувний струменевий генератор 10, що являє собою замкнутий об'єм з набором ряду плоских сопел 11, які призначені для формування каскаду плоских струменів повітря і розташовані одне під другим та під гострим кутом до вертикалі. Висота поперечних перерізів сопел 11, крок ї кут установлення збільшуються зверху донизу. У разі технологічної потреби, виду та стану сипучої суміші 1, струменевий генератор 10 або його сопла 11 можуть мати й іншу конструкцію, для чого він й виконаний висувним для оперативності заміни на потрібну конструкцію. Струменевий генератор 10 аеродинамічно пов'язаний з приводом 12 (наприклад, з відцентровим вентилятором) подання в нього повітряного потоку під тиском та кінематично пов'язаний (наприклад, за допомогою пасової передачі 13) з електродвигуном 14, який приводить його в дію. Перед входом у привід 12 розташована заслінка 15 (виконана, наприклад, у вигляді діафрагми, або і іншої конструкції - значення не має) для можливості регулювання потоку повітря, що надходить у привід 12, а також біля входу у привід 12 розташований калорифер 16 для підігріву та сушіння зволоженого повітря. Це потрібно у випадку, коли пристрій використовується як сушарка для підвищення ефективністю процесу сушіння зернового матеріалу. При застосуванні іншого принципу зневоднення повітря, що використовується для сушіння сипучої суміші 1, перед входом у привід 12 подання повітряного потоку може бути розташований субліматор чи кондиціонер (не показані через загальну відомість). Вказані засобі підігріву та зневоднення потоку повітря можуть бути встановлені й у іншому зручному місці.

Поміж приводом 12 та генератором 10 каскаду плоских струменів розташований засіб для вирівнювання потоку повітря за тиском та ламінарністю течії у перетині, виконаним у вигляді однієї чи декілька висувних решіток 17, просторова орієнтація яких може змінюватися шляхом переставлення їх у відповідні пази 18. До генератора 10, з боку сопел 11, прилягає

Зо сепарувальна камера 19, яка являє собою замкнений об'єм, утворений боковими та верхньою стінками. На при кінці сепарувальної камери 19, тобто з протилежного боку від струменевого генератора 10, розташований фільтрувальний елемент, що має конструкцію у вигляді обертового циліндрового барабана 20 з калібрувальним решетом 21 (безпосередньо фільтр) на його циліндровій поверхні. Барабан 20 з одного торця кінематично зв'язаний з приводом його обертання (не показаний через загальновідомість). Другий торець барабана 20 відкритий та до нього примикає повітропровід 22, протилежний кінець якого примикає до приводу 12 подання повітря під тиском у струменевий генератор 10. Очищувач повітряного потоку від непрохідних через калібрувальне решето 21 домішок виконаний у вигляді послідовно розташованих щілинного конфузора 23, вентилятора 24 відсмоктування та циклона 25 з бункером 26 для збирання продуктів очищення повітряного потоку. ІЩілина конфузора 23 примикає з гарантованим зазором безпосередньо до калібрувального решета 21 обертового барабана 20.

Одна з кромок (не має значення яка) щілини конфузора 23 наділена чистиком 27, виконаним, наприклад, у вигляді звичайної механічної щітки з щетинками. Під сепарувальною камерою 19 розташовані збірник фракцій 28 з лотками 29 для збирання прямих та зворотних фракцій відсепарованого матеріалу. Через лотки 29 зворотних фракцій відбувається підсмоктування додаткового об'єму повітря з довкілля для компенсації втраченого при відведенні домішок за допомогою конфузора 23 з витяжним вентилятором 24. Поворотні шторки 30 збірника фракції 28 мають аеродинамічний профіль та виготовлені з еластичного матеріалу з верхніми торцями обтічної форми або вкритими не пружним покриттям чи з волохатого тканого/нетканого матеріалу, у вигляді вій, щіточок тощо, тобто засобом для гасіння кінетичної енергії падіння частинок сипучої суміші 1, які зіштовхуються з торцями поворотних шторок 30 для запобігання травмуванню, деформуванню та руйнуванню часток сипучої суміші 1, що сепарується. Проте, шторки 30 можуть мати й прямий або інший профіль, виготовленими з металу, деревини тощо, якщо в цьому виникатиме технологічна потреба. Патрубки 31 вихідних отворів лотків 29

Збірника фракцій 28 встановлені з можливістю повороту на будь-який кут, тобто повного обертання. Для можливості відведення відсепарованого матеріалу у будь-яку бажану зону або патрубки 31 механічно пов'язані з рукавами 32 (продуктоводами) необхідної довжини для можливості відведення готових фракції на певну відстань від пристрою, які приєднуються за допомогою фланців або інших кріпильних засобів. Пульт управління 33 роботою пристрою бо виконаний переносним чи дистанційним та електромагнітно пов'язаний з блоком управління 34 пристроєм, який закріплений, наприклад, на колоні 9. Пристрій загалом виконаний модульним з можливістю розбирання на окремі блоки для можливості профілактичного обслуговування, оперативної заміни окремих блоків у разі потреби та зручності транспортування, особливо, великих партій пристроїв до замовників. Пристрій змонтований на рамі 35, яка, у разі необхідності, може бути встановлена на шасі з привідними або не привідними поворотними колесами 36 для можливості маневрування пристрою без залучення додаткових транспортних засобів під час зміни робочої позиції, наприклад, у складських приміщеннях, елеваторах та транспортування на нове місце дислокації. Проте, колеса 36 не є обов'язковим вузлом пристрою. У деяких випадках, наприклад, коли пристрій встановлюється у стаціонарну технологічну лінію, він опирається просто на раму, оскільки колеса у цього йому випадку не потрібні. Пристрій, у разі потреби, може бути обладнаний засобами автоматичного завантаження бункера сипучою сумішшю 1, наприклад шнековим чи ківшовим підйомником та засобами автоматичного вивантаження відсепарованого або висушеного матеріалу (готової продукції) у потрібну зону (не показані через їхню загальновідомість).

Запропонований спосіб сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, здійснюють наступним чином (на прикладі сепарування зернового матеріалу).

Перед експлуатацією пристрій налаштовують (зазвичай, це робить виробник пристроїв): в залежності від виду сипучої суміші 1, підбирають режими подання повітря у генератор 10, визначають висоту та кут повороту бункера, встановлюють у потрібному місці решітки 17 (стабілізатори) повітряного потоку, готують комплект генераторів 10 з різними соплами 11 (від виду та стану сипучого суміші 1 використовують різні конструкції сопел 11, які впливають на продуктивність пристрою, а також на потужність приводу 12 для енергетичної оптимізації роботи останнього) тощо. Таке налаштовування пристрою роблять заздалегідь для різних видів сипучих матеріалів та передають параметри сепарування споживачеві разом з комплектом потрібних генераторів 10 та з супроводжувальною документацією.

Зерновий матеріал (сипку суміш 1) подають безперервним потоком на похиле віброрешето 2, де від нього відокремлюються крупні домішки мінерального та рослинного походження.

Вказані домішки сходять у призначену для них ємність З, а очищений зерновий матеріал проходить (просипається) через комірки похилого віброрешета 2 та потрапляють у бункер 4 з

Зо вібролотком 5, в якому ворушилка б руйнує зернові зводи, у випадку їх утворення, та просуваються по похилому дну до вихідного отвору бункера 4. Кількість зернового матеріалу, який потрапляє на вібролоток 5, регулюється напівсферичною шторкою 7. Далі відбувається гравітаційне подавання сипкої суміші 1 у сепарувальну камеру 19 з боку сопел 11. На зернини сипкої суміші 1, що знаходяться у вільному падінні, діють під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів у режимі розвиненої турбулентності генератора 10, який утворюється завдяки викривленням струменів під час їх розширення у соплах 11. На виході із сепарувальної камери 19, забруднений пилом та механічними домішками різного калібру повітряний потік впирається у обертовий барабан 20, який майже повністю перекриває вихід сепарувальної камери 19, оскільки практично дорівнює її ширини. Повітряний потік проникає через калібрувальне решето 21 всередину обертового барабана 20, а непрохідні за розміром тверді домішки залишаються зовні барабана 20, на поверхні калібрувального решета 21. Таким чином відбувається очищення повітряного потоку від домішок та частково від звичайного пилу.

Через калібрувальне решето 21 прохідні дрібні домішки потрапляють разом з частиною повітряного потоку всередину обертового барабана 20. Ця частина повітряного потоку разом дрібними домішками потрапляє у повітропровід 22, та через нього повертаються у привід 12, майже примусово, через висмоктування повітря з повітропроводу 22 приводом 12. Оскільки барабан 20 обертається, його поверхня (калібрувальне решето 21) постійно очищується від непрохідних механічних домішок за допомогою чистика 27. Усі відходи процесу сепарування та забруднення потрапляють у щілинний конфузор 23 завдяки їх відсмоктуванню повітряним потоком, який утворює вентилятор 24, та, далі, потрапляють у циклон 25, де відокремлюються від повітря та звідси потрапляють у бункер 26, який призначений для їх збирання. З циклону 25 повністю очищене повітря потрапляє у довкілля слабкопотужним, майже непомітним, потоком.

Повернена у привід 12 частина повітряного потоку разом з дрібними твердими домішками потрапляють до решіток 17, де повітряний потік очищується від домішок, вирівнюється за тиском та переводиться у ламінарний режим течії. Саме у такому вигляді повітряний потік потрапляє у генератор 10 струменів та подається у сопла 11. Під час впливу струменів повітря, зернини сипучої суміші 1 розділяються на окремі фракції та потрапляють у відповідні лотки 29 збірника фракцій 28. З лотків 29 кінцевий продукт відводиться через продуктоводи 32 у відведену для них зону, яка визначається поворотом патрубків 31 та довжиною продуктоводів бо 32. Під час технологічних перерв, решітки 17 виймають та очищують від накопичених на них забруднень, крупні домішки з ємності З видаляють. А якщо потрібно перемістити пристрій на нову позицію, він автономно транспортується на своїх колесах 36. Якщо потрібно, генератор 10 струменів замінюють на відповідний новим технологічним завданням.

У разі застосування запропонованого способу для сушіння зернового матеріалу, заздалегідь з пристрою знімають фільтрувальний вузол, віброрешето 2, збірник фракцій 28, оскільки в них немає сенсу, циклон 25 може бути замінений на звичайну осадочну камеру, що разом дозволяє звести до мінімуму аеродинамічний опір, встановлюють водомір, змінюють режим потужності приводу 12 подачі повітря на максимально припустимий, вмикають калорифер 16 (у разі потреби) та саме так підготовлюють пристрій для експлуатації як аеродинамічної сушарки. Під час сушіння сипучої суміші 1, процес впливу каскаду струменів на суміш аналогічний впливу під час сепарації.

Якщо один бік всіх вузлів пристрою виконати з прозорого матеріалу, то з'являється можливість наочно бачити увесь процес сепарації (сушіння), своєчасно його корегувати. Для відбору проб зернового матеріалу, у продуктоводах 32 можуть бути виконані відповідні кишені, а лотки 29 можуть бути виконані з будь-якого матеріалу, в тому разі й нестійкої форми.

Суттєва відмінність запропонованого технічного рішення від раніше відомих, полягає у повній стабілізації процесу сепарування сипучої суміші за рахунок попередньої підготовки вихідного матеріалу, стабілізації за тиском та течією повітряного потоку, автоматичній реакції на зміни оточуючого середовища, а також у можливості спрямування готової продукції у будь-яку бажану зону, використовувати спосіб для сушіння підігрітим/не підігрітим зневодненим повітрям.

Вказані відмінності, у сукупності, дозволяють якісно розділяти сипучу суміш на окремі фракції, незалежно від будь-яких зовнішніх та внутрішніх чинників, розширити область використання способу: і для сепарування, і для сушіння. Жодний з відомих способів сепарування не можуть мати вказані властивості, оскільки не містять у своєму складі всієї сукупності суттєвих ознак притаманних запропонованому технічному рішенню.

Запропоноване технічне рішення перевірене на практиці.

До технічних переваг запропонованого технічного рішення, у порівнянні з найближчим аналогом, можна віднести наступне: повна стабілізації процесу сепарування (сушіння) сипучої суміші у часі за рахунок відсутності

Зо впливу на процес зовнішніх та внутрішніх чинників; запобігання можливості порушення процесу сепарування за рахунок попередньої підготовки сипучої суміші до обробітку; стабілізація подання сипучої суміші у зону сепарування за рахунок наявності засобу для руйнування зернових зводів; можливість врахування фізичних параметрів сипучої суміші та регулювання кінетичної енергії її вільного падіння за рахунок можливості регулювання висоти та кута нахилу бункеру відносно зони сепарування; стабілізація каскаду струменів за рахунок подання у генератор вирівняного за тиском та течією повітряного потоку; розширення техніко-функціональних властивостей способу за рахунок можливості його використання, як для сепарування, так і для сушіння, як зневодненим з підігрівом повітря, так і без підігріву; можливість стабілізації процесу сепарування за рахунок своєчасного реагування на зміни середовища та регулювання тиску повітря у сепараційній камері, виконання зони сепарування ізольованої від довкілля; підвищення якості процесу сепарування та зберігання цілісності зернин за рахунок того, що поворотні шторки мають аеродинамічний профіль, виконані з еластичного матеріалу або наділені гасниками кінетичної енергії зернин, що попадають на шторки; можливість відведення готової продукції у будь-яку бажану зону за рахунок того, що вихідні патрубки лотків виконані поворотними та наділені продуктоводами; можливість наочно контролювати та спостерігати процес сепарування (сушіння) за рахунок того, що один бік пристрою повністю або частково виконаний з прозорого матеріалу.

Соціальний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням найближчого аналога, отримують за рахунок покращення умов праці, зручності обслуговування, підвищення якості та збільшення кількості виходу готової продукції через зменшення відходів (зруйнованих та пошкоджених зернин).

Економічний ефект від впровадження запропонованого технічного рішення, у порівнянні з використанням найближчого аналога, отримують через підвищення комерційної привабливості способу, що сприятиме його впровадженню, а також використання лише одного процесу для бо рішення двох принципово різних задач - сепарації та сушіння сипучої суміші.

Після опису запропонованого способу сепарування сипучої суміші у текучому середовищі, фахівцям у даній галузі знань повинно бути наочним, що все вищеописане є лише ілюстративним, а не обмежувальним, будучи представленим даним прикладом.

Численні можливі модифікації способу, зокрема, його технологічних операцій, принципів налаштовування, можуть змінюватися у залежності від вихідної сировини та зовнішніх факторів, об'єму виробництва тощо, 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.

Сукупність суттєвих ознак, притаманних запропонованому технічному рішенню, отриманих завдяки внесенню в них відповідних технологічних змін, дозволили надбати запропонованим способу сепарування перераховані вище та інші переваги.

Внесення непринципових змін, природно, обмежить спектр переваг, а тому і не може вважатися новими технічними рішеннями в даній області знань, оскільки інші, подібні описаному способу сепарування, вже не вимагатимуть будь-якого творчого підходу від конструкторів і інженерів, і не можуть вважатися результатами їх творчої діяльності або новими об'єктами інтелектуальної власності, відповідними до захисту охоронними документами згідно з чинним законодавством.

Claims (2)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Спосіб сепарування сипкої суміші у текучому середовищі, який полягає у гравітаційному подаванні часток суміші, що підлягає сепаруванню, аеродинамічному монотонно зростаючому впливі на них під гострим кутом до вертикалі каскадом плоских струменів і виводі готових фракцій, а також більшу частину використаного для сепарування потоку повітря повертають по зворотному тракту до приводу подачі повітря до генератора, а непрохідну фракцію летючих домішок, разом з пилом та рештою потоку повітря безперервно видаляють у довкілля через призначений для цього пристрій, виконаний, наприклад, у вигляді циклона, який відрізняється тим, що перед поданням сипкої суміші у бункер здійснюють її попередньо підготовку шляхом видалення з неї надмірно крупних домішок біологічного та мінерального походження для подальшої безперебійності процесу сепарації, а каскад плоских струменів формують з Зо попередньо вирівняного за тиском та ламінарністю течії суцільного потоку повітря, а також при гравітаційному поданні сипкої суміші у сепараційну камеру їй задають мінімальну необхідну кінетичну енергію падіння з одночасною примусовою стабілізацією об'єму суміші, що безперервно подається на сепарацію, а при непередбаченій зміні кількості чи об'єму гравітаційного подання сипкої суміші у зону сепарації або зміні параметрів електричної мережі, зокрема напруги, частоти струму та інших зовнішніх факторів, що впливають на якість процесу сепарації, автоматично змінюють потужність каскаду струменів, наприклад, шляхом відповідного регулювання режиму роботи (потужності) приводу подачі повітря до генератора, крім того, до потоку повітря зворотного тракту безперервно додають додатковий об'єм повітря для компенсації втраченого об'єму при видаленні решти потоку повітря разом з пилом у довкілля, до того ж, у сепараційній камері, у разі потреби, постійно чи періодично видаляють надлишок тиску повітря для дотримання незмінності умов протікання процесу сепарації сипкої суміші в неї, а також, зона сепарації сипкої суміші максимально можливо захищена від впливу на процес сепарації довкілля, зокрема дощу, вітру, протягів тощо, крім того, весь процес сепарації від завантаження сипкої суміші до вивантаження готових фракції, у разі потреби, контролюють візуально, причому готові фракції відводять на будь-яку відстань від збірників у бажану зону.

2. Спосіб сепарування сипкої суміші у текучому середовищі за п. 1, який відрізняється тим, що при застосуванні його для сушіння сипкої суміші, застосовують максимально можливу повітряну потужність каскаду плоских струменів, а висушену сипку суміш збирають у одному місці (без розділення на фракції) та, у разі потреби, яку визначають за показниками вологості повітря на виході з сепараційної камери, повторно відправляють на вихідну позицію для гравітаційного подавання для повторного впливу на суміш каскадом повітряних струменів (досушування), причому відпрацьоване зволожене повітря з сепараційної камери одразу відводять у довкілля без повернення до зворотного тракту.