ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР Российский патент 1997 года по МПК B03C7/04 

Изобретение относится к устройствам сепарации сыпучих материалов и может быть использовано для очистки сельскохозяйственных культур от обрушенной оболочки, различных примесей с помощью электростатического поля.

Известна электросемяочистительная машина (авт. св. СССР N503595, кл.3 B 03 C 7/04, 1974), содержащая бункер-питатель, параллельно установленные с наклоном одно под другим решета со скатными досками, плоские ориентирующие электроды, размещенные над каждым решетом, связанным с вибратором, наклонные желоба, установленные у нижних концов решет, транспортирующее устройство, выполненное в виде вертикально расположенного непосредственно за желобами ленточного конвейера с отверстиями, привод вращения вала конвейера, дугообразный электрод, размещенный вблизи ленты конвейера, за которой установлен конфузор с всасывающим вентилятором, связанным с циклоном, и приемные бункеры.

Недостатком данной машины является неспособность к качественной сепарации смеси, в которой компоненты одного типа по сравнению с компонентами другого типа в среднестатистическом отношении имеют меньший вес (размеры) и электропроводность (худшую поляризуемость). При таком сочетании свойств (характерном, в частности, для смеси ядер и обрушенной оболочки кедрового ореха, подсолнечника) нивелируется различие в поведении обоих компонентов в электрическом поле компоненты первого типа (мелкие ядра) реагируют на воздействие поля ориентирующего электрода благодаря малому весу (имея пониженную электропроводность), тогда как компоненты второго типа (сравнительно крупная оболочка) проявляют аналогичную реакцию за счет повышенной поляризуемости. В результате эффективность работы решета падает.

Утрачивается способность к разделению разнотипных компонентов с указанным сочетанием свойств и в электрическом поле между дугообразным электродом и лентой конвейера. В зависимости от величины напряженности поля они будут одновременно либо прилипать к ленте и выноситься ею в бункер отходов, либо, не достигая ленты, падать под собственным весом в бункер полноценного продукта.

Кроме того эта машина недостаточно производительна из-за низкой скорости продвижения смеси по решетам под воздействием вибрации. При попытке повышения скорости путем увеличения амплитудно-частотных параметров вибрации или угла наклона решет ухудшается их работа вследствие снижения вероятности попадания компонентов в отверстия, а также возникает опасность срыва смеси с решет и лавинообразное ее схождение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранная в качестве прототипа электросемяочистительная машина (авт. св. СССР N540672, кл.3. B 03 C 7/04, 1974), содержащая бункер-питатель, расположенное под ним решето в форме пирамиды вершиной вверх, над которым установлен аналогичной формы ориентирующий электрод, вибратор, связанный с решетом, взаимодействующим снизу со щетками, транспортирующие устройства в виде барабанов, размещенных у выходных концов граней решета, дугообразные электроды, охватывающие частично барабаны, привод вращения валов барабанов, и расположенные под ними приемные бункеры.

Недостатком этой машины является низкое качество разделения смеси, содержащей разнородные компоненты, в поведении одного типа которых в процессе сепарации превалирует роль весового фактора над поляризуемостью, а другого типа, наоборот способность к электризации определяет реакцию на воздействие электрического поля. Иными словами, компонент с малым весом и диэлектрической проницаемостью (электропроводностью) ведет себя в электрическом поле одинаково с компонентом другого типа, обладающим большим весом и повышенной проницаемостью. При таком сочетании свойств действующие на каждый компонент результирующие силы (складывающиеся из кулоновской и гравитационной сил) оказываются близкими по величине, что исключает разделение смеси в зоне электросепарации между барабанами и дугообразными электродами, а именно, при невысокой напряженности поля одни компоненты не достигают барабанов из-за недостаточной кулоновской силы притяжения, а другие по причине преобладающей силы тяжести. С другой стороны, оба типа компонентов прилипают к барабанам при повышенной напряженности поля: один тип благодаря малому весу, другой за счет лучшей способности к электризации. В обоих случаях не достигается их разделение по типу.

Кроме того, этот сепаратор имеет невысокую производительность ввиду малой пропускной способности из-за использования одного решета, а также вследствие низкой скорости перемещения по нему смеси сплошным потоком под действием вибрации. Пропускная способность этой конструкции определяется диаметром выходного отверстия бункера-питателя и не зависит от ширины грани решета в основании пирамиды, так как отсутствуют эффективные силы, заставляющие смещаться смесь к ее ребрам расширяющимся потоком. При увеличении частоты вибрации с целью повышения производительности падает эффективность работы решета из-за слишком быстрого скатывания смеси. В то же время, повышение крутизны граней пирамиды также ухудшает просеивающую способность решета. Потоки смеси ускоренно стекают с вершины по кратчайшему пути по середине граней.

Цель изобретения повышение качества сепарации и производительности.

Цель достигается тем, что в электромеханическом сепараторе, содержащем бункер-питатель, расположенное под ним решето, взаимодействующие с ним щетки, транспортирующее устройство с приводным валом, и электроды, дополнительно имеются установленные в цилиндрическом корпусе на основании коаксиальные цилиндры разной высоты, образующие между собой кольцевые промежутки, три горизонтальные неподвижные платформы из проводящего материала, диаметры которых уменьшаются сверху вниз, причем платформа наибольшего диаметра закреплена на втором от корпуса цилиндре на уровне верхнего края первого цилиндра и имеет указанное решето, диаметр которого не превышает диаметр второй платформы, закрепленной на четвертом от корпуса цилиндре под первой платформой на уровне верхнего края третьего цилиндра и имеет также решето, диаметр которого не превышает диаметр третьей платформы, закрепленной на шестом от корпуса цилиндре под второй платформой на уровне верхнего края пятого цилиндра, а размер образующих решето отверстий в первой платформе больше, чем во второй платформе, через центры платформ проходит вал электропривода, жестко связанный с расположенными на каждой из них крыльчатками, состоящими из ступицы с несколькими лопатками, снабженными щетками и достигающими краев платформ, а транспортирующее устройство выполнено в виде связанных с валом коромысел, несущих на стержнях другие щетки, расположенные в промежутках между цилиндрами и соприкасающиеся с основанием, имеющим по меньшей мере по одному отверстию в каждом промежутке, а электроды выполнены в форме колец и расположены у края платформ.

Кроме того, каждая лопатка смещена на угол 60 90^o от вертикальной радиальной плоскости, проходящей через точку крепления лопатки со ступицей, и согнута на периферийном участке против направления вращения.

С нижней стороны первой и второй платформ подвижно установлены прилегающие к ним диски с отверстиями, выполненными с возможностью регулируемого перекрытия отверстий в платформах, а первый, третий и пятый от корпуса цилиндры состоят из двух подвижно сопряженных друг с другом цилиндров с возможностью регулирования высоты, причем верхний цилиндр выполнен из диэлектрического материала.

Наряду с этим, щетки, расположенные в промежутках между цилиндрами, равномерно размещены на кольцах, закрепленных на стержнях коромысел.

Такое выполнение устройства позволяет повысить качество сепарации благодаря предварительному разделению близких по весу разнотипных компонентов смеси по размерному параметру за счет использования системы решет с различными по величине отверстиями, а также благодаря равномерной и практически поштучной подачи компонентов в зону электростатической сепарации с помощью системы лопаток, что в совокупности позволяет повысить ее эффективность.

Этому способствует смещение лопаток относительно радиальной вертикальной плоскости и их дугообразная форма, обеспечивающие быстрый вынос смеси на края платформ с плавным уменьшением радиальной составляющей скорости движения смеси на периферийных участках платформ, исключающее нежелательный вылет компонентов в зону сепарации.

Вместе с тем, заявляемая конструкция сепаратора обладает повышенной производительностью, достигнутой за счет применения системы горизонтальных решет, расположенных друг под другом, делящих единовременно смесь на три потока, что увеличивает пропускную способность, а также благодаря ускоренной транспортировке смеси с помощью лопаток в зону электросепарации большой суммарной протяженности, полученной в результате расположения отдельных кольцевых зон в виде концентрической электростатической системы, обеспечивающей компактность конструкции.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый электромеханический сепаратор отличается наличием новых конструктивных признаков: системы коаксиально установленных цилиндров, образующих между собой кольцевые промежутки, платформ разного диаметра с решетами, имеющими различные по величине отверстия, электродов в форме колец, установленных вблизи платформ, лопаток, находящихся на платформах, а также транспортирующего устройства в виде системы подвешенных на коромыслах щеток, расположенных в промежутках между цилиндрами.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". Заявителю не известны аналоги и другие технические решения, в которых описаны признаки, заключающиеся в том, что "электроды выполнены в форме колец и расположены у края платформ", "установленные в цилиндрическом корпусе на основании коаксиальные цилиндры разной высоты, образующие между собой кольцевые промежутки с отверстиями".

Следовательно, предложенный объект соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображена конструкция сепаратора; на фиг.2 сечение А А на фиг. 1; на фиг.3 участок зоны электросепарации.

Сепаратор (фиг. 1) состоит из основания 1, коаксиально установленных на нем цилиндров 2-8 разной высоты, образующих между собой кольцевые промежутки, причем внешний цилиндр 2 выполняет роль корпуса сепаратора, на котором смонтирован бункер-питатель 9 воронкообразной формы с дозирующим устройством 10, горизонтальных, электропроводящих платформ 11-13 в форме дисков разного диаметра, расположенных под бункером-питателем 9. Платформа 11 наибольшего диаметра закреплена на втором от корпуса 2 цилиндре 4 на уровне верхнего края цилиндра 3, платформа 12 на цилиндре 6 под платформой 11 на уровне верхнего края цилиндра 5, а платформа 13 наименьшего диаметра на цилиндре 8 под платформой 12 на уровне верхнего края цилиндра 7.

Платформы 11 и 12 имеют отверстия 14, образующие решето (см. фиг.2), причем диаметр решета в платформе 11 не превышает диаметр платформы 12, диаметр решета которой не больше диаметра платформы 13, при этом размер отверстий в платформе 12 меньше, чем в платформе 11.

Через центры платформ 11-13 проходит вал 15 электропривода 16, жестко связанный с крыльчатками 17-19, каждая из которых состоит из ступицы 20 и нескольких равномерно расположенных на поверхности платформ лопаток 21 (см. фиг.2) со щетками, достигающих краев платформ. Каждая лопатка смещена на угол 60 90^o относительно вертикальной радиальной плоскости, проходящей через точку крепления лопатки со ступицей, и согнута на периферийном участке против направления вращения.

Вблизи краев платформ 11-13 размещены электроды 22-24 в форме металлических колец, закрепленных на коромыслах 25-27. Как вариант электроды 25-27 могут быть закреплены на цилиндрах 2,4 и 6.

Коромысла 25-27 удерживают стержни 28 со щетками 29, расположенными в промежутках между цилиндрами 2-8 и соприкасающимися с основанием 1, в котором имеются по крайней мере по одному отверстию 30 в каждом промежутке. Для ускорения вывода продуктов сепарации через отверстия 30 количество щеток может быть увеличено путем размещения их на прикрепленных к стержням 28 кольцах 31, повышающих механическую жесткость подвески. Под отверстиями 30 в основании 1 расположены наклонные желоба 32.

С нижней стороны платформ 11 и 12 дополнительно установлены прилегающие к ним диски 33 и 34 с возможностью смещения в плоскости платформ и имеющие отверстия, обеспечивающие регулировку перекрытия отверстий в платформах в зависимости от крупности сепарируемой смеси, что расширяет эксплуатационные возможности сепаратора.

Цилиндры 3, 5 и 7, выполняющие роль отсекателей, могут быть выполнены из двух сопряженных между собой составных частей с возможностью регулирования оптимальной высоты относительно уровня расположения платформ 11-13, причем верхняя часть выполнена из диэлектрического материала.

В рабочем состоянии в каждом промежутке, образованном краями платформ 11-13 и соответствующими электродами 22-24, создается электростатическое поле требуемой напряженности путем подключения их к высоковольтному источнику 35 (см. фиг.3).

Сепаратор работает следующим образом.

Сыпучая смесь, подлежащая разделению на разнотипные компоненты, пройдя дозирующее устройство 10 попадает на платформу 11 и в результате вращения крыльчатки 17 перемещается лопатками 21 к ее краю. При этом часть компонентов, размеры которых меньше размера отверстий решета, проваливаются в них и падают на платформу 12, а крупные разнотипные компоненты достигают края платформы 11, неся на себе электрический заряд, приобретенный от соприкосновения с ней.

Вращаясь одновременно с крыльчаткой 17, крыльчатка 18 аналогичным образом перемещает оказавшиеся на платформе 12 компоненты смеси к ее краю, которые также заряжаются при взаимодействии с ней.

Часть компонентов, чьи размеры меньше размера отверстий в платформе 12, проваливаются в них и оказываются на нижерасположенной платформе 13, где они с помощью крыльчатки 19 выносятся к краю платформы, приобретая заряд.

Достигнув края платформы 11-13 разнотипные компоненты, разделенные на фракции по размеру (весу), под действием кулоновской силы (F_k)отрываются от платформ и устремляются к противоположно заряженным электродам 22-24, испытывая силу тяжести (F_g). Результирующая сила (фиг.3), действующая на тот или иной компонент и определяющая крутизну траектории полета, равна

где α угол между векторами сил F_k и F_g.

Поскольку оболочки, например подсолнечника, по сравнению с зернами обладают более выраженной способностью к электризации, то траектория последних ниже, благодаря чему фрагменты обрушенной оболочки перелетают через цилиндры 3,5,7 и попадают в кольцевые промежутки между цилиндрами 2-3, 4-5, 6-7, тогда как зерна задерживаются этими цилиндрами и оказываются в промежутках между цилиндрами 3-4, 5-6 и 7-8.

С помощью щеток 29 компоненты, разделенные как по виду, так и по размеру, собираются с основания 1 и через отверстия 30 по желобам 32 выводятся наружу.

Механическая калибровка смеси с помощью решет в платформах позволяет выделить на них фракции близких по размеру разнородных компонентов (одинаковой массы при равенстве удельных весов), что позволяет повысить качество их электросепарации, используя при этом различие в траектории полета, обусловленное только одним фактором различной способностью к электризации разнотипных компонентов.

Применение системы лопаток обеспечивает равномерную и практически поштучную подачу компонентов в зону электросепарации, а расположение и форма лопаток плавность подачи, что в совокупности также способствует повышению эффективности сепарации.

Использование системы горизонтальных платформ с решетами позволяет единовременно разделить смесь на три потока, что увеличивает пропускную способность сепаратора, а введение лопаток повышает скорость транспортировки смеси в зону электросепарации большой суммарной протяженности, полученной в результате расположения отдельных кольцевых зон в виде компактной концентрической электростатической системы, что в целом повышает производительность сепаратора.

Применение: для очистки и разделения сыпучих материалов, например, сельскохозяйственных культур от обрушенной оболочки и других примесей. Сущность изобретения: электромеханический сепаратор содержит, установленные на основании в цилиндрическом корпусе коаксиальные цилиндры разной высоты, три горизонтальные, расположенные друг под другом электропроводящие платформы в форме дисков с уменьшающимися сверху вниз диаметрами. Платформа наибольшего диаметра закреплена на втором от корпуса цилиндре на уровне первого цилиндра, платформа среднего диаметра - на четвертом цилиндре на уровне третьего, а платформа наименьшего диаметра - на шестом цилиндре на уровне пятого цилиндра. В первой и второй платформах имеются отверстия, образующие решето. Отверстия в первой больше, чем во второй платформе. У края каждой платформы установлен электрод в форме кольца. Через центры платформ проходит ось электропривода, связанная с крыльчатками, расположенными на платформах, а также с коромыслами, несущими на стержнях щетки, находящиеся в кольцевых промежутках между цилиндрами и соприкасающиеся с основанием, в котором имеются отверстия в каждом промежутке. 4 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Электромеханический сепаратор, содержащий бункер-питатель, расположенное под ним решето, щетки, взаимодействующие с решетом, транспортирующее устройство с приводным валом, и электроды, отличающийся тем, что он имеет цилиндрический корпус, установленные в нем на основании коаксиальные цилиндры разной высоты, образующие между собой кольцевые промежутки, три горизонтальные, неподвижные платформы в форме дисков из проводящего материала, диаметры которых уменьшаются сверху вниз, причем платформа наибольшего диаметра закреплена на втором от корпуса цилиндре на уровне верхнего края первого цилиндра и имеет указанное решето, диаметр которого не превышает диаметр второй платформы, закрепленной на четвертом от корпуса цилиндре под первой платформой, на уровне верхнего края третьего цилиндра и имеет также решето, диаметр которого не превышает диаметр третьей платформы, закрепленной на шестом от корпуса цилиндре под второй платформой на уровне верхнего края пятого цилиндра, а размер образующих решето отверстий в первой платформе больше, чем во второй платформе, через центры платформ проходит вал электропривода, жестко связанный с расположенными на каждой из них крыльчатками, состоящими из ступицы с несколькими лопатками, снабженными щетками и достигающими краев платформ, а транспортирующее устройство выполнено в виде связанных с валом коромысел, несущих на стержнях другие щетки, расположенные в промежутках между цилиндрами и соприкасающиеся с основанием, имеющим по меньшей мере по одному отверстию в каждом промежутке, а электроды выполнены в форме колец и расположены у края платформ. 2. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что каждая лопатка смещена на угол 60 90^o от вертикальной радиальной плоскости, проходящей через точку крепления лопатки со ступицей, и согнута на периферийном участке против направления вращения. 3. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что с нижней стороны первой и второй платформ подвижно установлены прилегающие к ним диски с отверстиями, выполненными с возможностью регулируемого перекрытия отверстий в платформах. 4. Сепаратор по п. 1, отличающийся тем, что первый, третий и пятый от корпуса цилиндры состоят из двух подвижно сопряженных друг с другом цилиндров с возможностью регулирования высоты, причем верхний цилиндр выполнен из диэлектрического материала. 5. Сепаратор по п.1, отличающийся тем, что щетки, расположенные в промежутках между цилиндрами, равномерно размещены на кольцах, закрепленных на стержнях коромысел.