СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ЗЕРНОВЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 2005 года по МПК A01C1/00 B03C7/02 

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, сельскохозяйственному машиностроению, в частности к способам очистки, разделения смеси и воздействия на биологические характеристики семян.

Известны способы очистки, разделения и обработки зерновых смесей с использованием сильных постоянных электрических полей, полей коронного разряда или их различных комбинаций.

Способы разделения зерновой массы по различным признакам делимости семян (массе, форме, шероховатости, заряду и др.) основаны на совместном использовании их физических и электрических свойств. В известных устройствах действующими электрофизическими способами разделения и обработки являются: сила неподвижного электрического поля на заряженное семя; сила взаимодействия заряженного семени с электродом; сила тяжести семян и др. Совокупность этих факторов характерна для способов, используемых в устройствах барабанного, транспортерного и камерного типов (Басов А.М. и др. Электротехнология. - М.: Агропромиздат. 1985 - 256 с.).

Например в электросемяочистительной машине по а.с. №485765, кл. А 01 с 1/00 на зерно, расположенное на транспортерной ленте, действует неподвижное однородное электрическое поле, которое сообщают семенам электрический заряд. За пределами электрического поля зерно под действием сил тяжести и центробежных сил барабана транспортера разделяется на фракции.

Недостатком машин, основанных на использовании известных электрических способов разделения зерновых смесей, является низкое качество разделения по причине узкого веера разброса зерен. Это требует повторной обработки семян и создание громоздких многосекционных машин.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ, реализованный в электросепараторе по а.с. SU №1142170, кл. В 03 С 7/02 “Электросепаратор с вращающимся полем коронного разряда” - принят нами за прототип. В котором на зерновую смесь воздействуют движущимся в пространстве (вращающимся) однородным электрическим полем коронного разряда.

Недостатком такого способа является то, что разделение смесей ведется только в зоне однородного электрического поля, ограниченного объемом пространства между потенциальными (коронирующим и осадительным) электродами, при этом сила воздействия электрического поля и потока частиц ионизированного воздуха на зерновую смесь направлены вдоль (параллельно) оси вращения коронирующего электрода.

Такой способ не позволяет получить широкий веер разброса смесей, а следовательно, и высокое качество их разделения. Это обусловлено тем, что веер разброса зависит от расстояния между потенциальными электродами, а при увеличении расстояния между ними необходимо увеличивать и потенциал электродов, что не всегда целесообразно и возможно.

Техническим решением задачи является повышение качества разделения зерновых смесей и увеличение производительности.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе разделение зерновых смесей ведется в зоне неоднородного электрического поля, возникающего по периметру между разноименно заряженными потенциальными электродами и имеющего градиент снижения напряженности электрического поля, направленный перпендикулярно оси вращения электродов в сторону окружающего пространства. При этом для достижения максимального градиента неравномерности электрического поля используются потенциальные электроды с заостренными по их внешнему периметру формами в виде лезвий, струн, игл и т.п., имеющих минимально возможный радиус кривизны.

Новым в предлагаемом способе является то, что в процесс разделения смесей вовлекаются дополнительные силы неоднородного электрического поля, возникающего по краям разноименно заряженных электродов, разделенных воздухом - диэлектриком (в электротехнике это явление получило название “краевой эффект”).

При этом направление градиента снижения напряженности неоднородного электрического поля перпендикулярно оси вращения электродов и в сторону окружающего пространства создает возможность значительного увеличения границ веера разброса зерна в направлении, перпендикулярном оси вращения электродов (в отличие от расположения веера разброса параллельно оси - по прототипу).

Эффективность действия сил “краевого эффекта” на разделение зерновых смесей подтверждается следующим анализом.

Известно, что семена, попадая в электрическое поле, поляризуются и образуют систему двух одинаковых по величине, но противоположенных по знаку зарядов.

Эту систему можно характеризовать как электрический диполь, имеющий электрический момент, равный:

P=q·l

где Р - электрический момент диполя;

q - заряд;

I - расстояние между зарядами;

перемещаясь в электрическом поле диполь, приобретает потенциальную энергию, равную:

где ϕ₊ и ϕ_- - значения потенциалов электрического поля в точках расположения зарядов диполя +q и -q [Совельев И.В. Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм. М.: Главная редакция физико-математической литературы. 1978].

Так как разделение зерна ведется в зоне “краевого эффекта”, возникающего между краями разноименно заряженных электродов, то сила, действующая на диполь со стороны электрического поля Е в направлении оси Х, определяется по формуле:

Из фиг.1 видно, что разность ϕ₊-ϕ_- равна изменению потенциала на отрезке Δх=l·cosα, тогда:

Подставляя это значение в формулу 1, получим величину потенциальной энергии диполя от воздействия поля:

Силы F₁ и F₂, действующие на заряды +q и -q, создают вращательный момент диполя, но так как поле неоднородно то напряженности поля Е в точках размещения зарядов диполя отличаются на величину:

L·cosα·dE/dx

Тогда, соответственно и разность сил, действующих на заряды, будут:

F_x=р·(dE/dx)·cosα (5)

Эта сила проложена к оси диполя и стремится переместить его в направлении оси X.

Сила, действующая на диполь, в зоне проявления “краевого эффекта”, где электрическое поле Е_у убывает в направлении, перпендикулярном оси их вращения (оси X). Примем это направление изменения напряженности поля за направление оси У (фиг.2).

Тогда по аналогии с (2) получим:

Применив рассуждения, изложенные при определении силы F_x,_{получим:}

Эта сила приложена к оси диполя и стремится переместить его в направлении оси У.

Так как силы F_x и F_y, векторные, и направлены в разные стороны, то сложив их получим результирующую силу F_xy (фиг.2), которая и является основным фактором, способствующим расширению веера зерновых смесей, а следовательно, и повышению эффективности процесса сепарации.

В целях усиления “краевого эффекта” края дисковых потенциальных электродов выполнены заостренно с минимально возможным радиусом кривизны острия, благодаря чему резко усиливается “краевой эффект” и дополнительно по периметру электродов возникает поле коронного разряда, возбуждающее “электронный ветер”.

При вращении электродов ионизированные молекулы воздуха получают дополнительное центробежное ускорение и отрываются от заостренных кромок электродов увлекают за собой воздух, создавая тем самым дополнительное электрическое и механическое воздействие на поток зерна, расширяя веер его разброса в радиальном направлении (перпендикулярном оси вращения).

Разделение зерновых смесей на фракции осуществляется следующим образом. Между вращающимися разнополярными электродами, расположенными на общей диэлектрической оси, при подаче электрических потенциалов за счет заострения кромок по внешнему периметру электродов и неоднородное электрическое поле с градиентом неоднородности направленным радиально по отношению к оси вращения электродов. Зерновая смесь формируется в равномерный поток, направляется в зону неоднородного поля, где поляризуется и подвергается воздействию электрических сил со стороны электрических полей (смотри фиг.2). При вращении электродов ионизированные молекулы воздуха так же движутся в радиальном направлении и создают дополнительное электрическое и механическое воздействие на поток зерна.

Одновременно с разделением проводится обработка семян электрическим полем, что способствует росту урожайности.

При разделении таким способом увеличивается производительность сепарирующих устройств и количество фракций зерновых смесей, улучшается качество разделения.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения и может быть использовано в машинах для сепарации семян с одновременной их обработкой. Способ заключается в воздействии на зерновую смесь движущимся в пространстве, например, вращающимся электрическим полем коронного разряда. Разделение зерновой смеси ведут в зоне неоднородного электрического поля. Его создают по периметру между разноименно заряженными потенциальными электродами. Градиент снижения напряженности поля направлен перпендикулярно оси вращения электродов в сторону окружающего пространства. Использование изобретения позволит повысить качество разделения и обработки зерновых смесей и увеличить производительность электросепарирующих и электростимулирующих установок. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ разделения и обработки зерновых смесей, включающий воздействие на зерновую смесь движущимся в пространстве, например, вращающимся электрическим полем коронного разряда, отличающийся тем, что разделение зерновых смесей ведут в зоне неоднородного электрического поля, возникающего по периметру между разноименно заряженными потенциальными электродами и имеющего градиент снижения напряженности электрического поля, направленный перпендикулярно оси вращения электродов в сторону окружающего пространства.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для достижения максимального градиента неравномерности электрического поля используют потенциальные электроды с заостренными по их внешнему периметру формами, имеющими минимально возможный радиус кривизны.