ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ СТРУЙНЫЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ СЕПАРАЦИИ СЫПУЧЕЙ СМЕСИ В ТЕКУЧЕЙ СРЕДЕ Российский патент 2008 года по МПК B07B11/00 B07B4/00 

Изобретение относится к оборудованию для сортировки твердых сыпучих материалов в текучей среде, а более конкретно к средствам формирования направленных сепарирующих воздушных потоков, и может быть использовано в автоматических устройствах для очистки зерна, злаковых культур, овощных и травяных культур на селекционных станциях, семенных заводах, фермерских хозяйствах, зерновых элеваторах, мукомольном и комбикормовом производстве.

Из уровня техники известен способ сепарации сыпучих смесей, включающий подачу исходной смеси, воздействие на исходную смесь расположенными одна под другой воздушными струями, верхняя из которых направлена горизонтально, и вывод разделенных фракций, при этом воздушные струи, начиная со второй сверху, направляют в сторону верхней струи под углом, величину которого для каждой нижележащей воздушной струи увеличивают, см. а.с. SU 1510959, кл. В07В 4/08, опубликован 1989.09.30. Известное техническое решение позволяет повысить качество сепарации за счет сохранения постоянной величины силы аэродинамического сопротивления на всем протяжении пути компонентов исходной смеси. Недостатком такого способа является уменьшение горизонтальной составляющей скорости воздушных струй от верхней к нижней, что создает неравнозначные условия для обработки различных фракций сыпучих смесей.

Известен способ сепарации сыпучей смеси в текучей среде и устройство для его осуществления, включающие гравитационную подачу частиц и аэродинамическое монотонно нарастающее воздействие на них под острым углом к вертикали каскадом плоских струй в режиме резонансного автоколебательного движения каждой струи и всего каскада струй на частоте первой гармоники колебаний. При этом устройство включает бункер с вибролотком и примыкающие к ним и установленные одно под другим и под острым углом к вертикали плоские сопла, калибр которых, шаг и угол установки увеличиваются сверху вниз, а каждая пара смежных сопел снабжена резонансной камерой, сообщенной с межсопловым пространством, кроме того, отношение калибра сопел к шагу их установки находится в пределах 0,2-0,25, отношение же крайнего верхнего и крайнего нижнего углов установки сопел - 0,65-0,75, см. декларационный патент UA 60254, В07В 4/02, опубликован 2003.09.15, или заявку на изобретение RU 2004133245, кл. В07В 4/02, опубликована 2006.04.20. В указанном одном и том же известном техническом решении достигается увеличение качества сепарации при многофракционном разделении частиц неправильной формы. Следует отметить, что качество сепарации сыпучей смеси в большой степени зависит от свойств исходного материала, от его влажности, гранулометрического состава, плотности. Указанное известное техническое решение разработано для переработки преимущественно однотипного исходного материала с предварительным его кондиционированием, поскольку не предусматривает переустановку плоских сопел при вынужденном изменении свойств исходного материала.

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, кл. В07В 4/02, №2270061, 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 распределение 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.

Основным элементом устройства прототипа, позволяющим улучшить качество сепарируемого продукта, является высокочастотный струйный генератор с плоскими соплами. Благодаря подбору количества, шага, острого угла установки, калибра и длины сопел достигаются оптимальные аэродинамические условия для сепарации конкретного типа исходной сыпучей смеси. Для сепарации сыпучей смеси с отличающимися параметрами и тем более сыпучей смеси другого типа неизбежно возникает необходимость в изменении параметров генератора. Недостатком прототипа, таким образом, является невозможность изменения параметров генератора без его замены в каждом конкретном случае реализации устройства. Кроме того, такие конструктивные особенности генератора прототипа существенно ограничивают возможности устройства в плане регулирования его производительности. Указанные недостатки прототипа сужают область его эффективного применения и не позволяют использовать для целей настоящего изобретения.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который выражается в обеспечении возможности изменения простыми средствами параметров высокочастотного струйного генератора, в частности острого угла установки сопел, непосредственно на конкретном устройстве, при сохранении высокого качества переработки сепарируемого продукта и прочих положительных свойств прототипа. В конечном итоге указанный технический результат выражается в упрощении процесса использования высокочастотного струйного генератора, расширении области и повышении эффективности его применения за счет обеспечения возможности переработки сыпучих материалов с различными механическими свойствами.

Положительный результат достигается тем, что высокочастотный струйный генератор для сепарации сыпучей смеси в текучей среде, содержащий плоские сопла разного калибра, установленные с увеличением переменного шага, острого угла установки к вертикали, калибра и длины стенок направляющих каналов сопел сверху вниз, отличается от прототипа тем, что он снабжен направляющей рамкой, установленной с возможностью охвата по периметру плоских сопел и выполненной в виде отрезка трубы прямоугольного сечения, соотношение длины, высоты и ширины проходного сечения которого составляет (˜0,09):1:(0,3-2,1). Направляющая рамка установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения ее в направлении газовой струи и возможностью изменения угла ее установки. Плоские сопла укреплены в направляющей рамке таким образом, что их входные участки расположены от плоскости входного сечения рамки на одинаковом расстоянии, величина которого не превышает длину отрезка трубы прямоугольного сечения. Крайние верхнее и нижнее плоские сопла укреплены в направляющей рамке на расстоянии от ее ближайшей поверхности, величина которого превышает величину расстояния соответствующего плоского сопла от ближайшего к нему соседнего плоского сопла.

Предпочтительно, по меньшей мере в одном плоском сопле выполнение верхней и нижней стенки направляющих каналов одинаковой длины, а калибра равномерно изменяющимся в направлении перемещения газовой струи. Оптимальной с точки зрения достижения указанного технического результата является оснащение высокочастотного струйного генератора средством герметизации направляющей рамки, выполненным в виде эластичного уплотнения, укрепленного по периметру направляющей рамки. Высокочастотный струйный генератор для сепарации сыпучей смеси в текучей среде представляет собой сложную газодинамическую систему, осуществляющую управление воздушным потоком, направленным на взаимодействие с частицами сыпучей смеси. Каждое плоское сопло генератора является уникальным элементом с точки зрения его геометрических параметров. Более того, взаимное расположение плоских сопел и их количество сообщают генератору индивидуальные свойства, которые в основном определяют характеристики установки в целом. Качество сепарации конкретной сыпучей смеси таким образом в основном зависит от оптимального подбора характеристик струйного генератора. Возможность изменения характеристик струйного генератора в одной установке предоставляет широкие возможности для унификации и повышения качества сепарации. Конструкция струйного генератора согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность изменения острого угла установки к вертикали одновременно всех плоских сопел, а также эффективной длины сепарационной камеры за счет изменения местоположения и ориентирования всей системы плоских сопел. Указанные параметры являются важнейшими для подбора характеристик струйного генератора, а их изменение даже в узких пределах (несколько градусов по углу и сантиметров по продольному перемещению) способно оказать решающее влияние на обеспечение качества сепарации. Наличие направляющей рамки, которая является держателем системы плоских сопел, позволяет преобразовать струйный генератор в автономный легко сменяемый и подвижный узел, который в совокупности с соответствующими средствами изменения местоположения и герметизации направляющей рамки обеспечивает функции регулирования его параметров и сохранения свойств стационарного узла. Выполнение направляющей рамки в виде отрезка трубы прямоугольного сечения позволяет легко монтировать струйный генератор в проточной части воздуховода при сохранении геометрии проточной части последнего. Основополагающим параметром струйного генератора, определяющего эффективное время пребывания частиц сыпучей смеси в сепарационной камере и от которого зависят все остальные его параметры, является высота. Поэтому высота отрезка трубы прямоугольного сечения направляющей рамки принята за базовую единицу. Практическое значение высоты направляющей рамки составляет около одной тысячи миллиметров. Длина отрезка трубы прямоугольного сечения направляющей рамки прямо зависит от высоты проходного сечения и составляет от нее приблизительно 0,09. При уменьшении относительной длины происходит потеря устойчивости направляющей рамки под давлением газовой струи, а при увеличении - существенная турбулизация на предельных углах регулировки генератора. Точность соотношения высоты и длины укладывается в пределы технологических допусков. Ширина проходного сечения направляющей рамки определяет производительность установки. Однако при слишком узкой (менее 0,3 высоты) направляющей рамке проявляется эффект влияния пристеночного слоя на качество сепарации, когда большая масса частиц сыпучей смеси начинает взаимодействовать с боковыми стенками сепарационной камеры. При слишком широкой (более 2,1 высоты) направляющей рамке требуется сверхмощный вентилятор нагнетателя воздуха, а также возникают проблемы с обеспечением равномерности газовой струи по ширине плоского сопла и подачи сыпучей смеси из загрузочного бункера. В пределах заявленного соотношения высоты и ширины проходного сечения направляющей рамки, а именно 1:(0,3-2,1), обеспечиваются широкие возможности изменения производительности, от нескольких сот килограммов в час до нескольких десятков тонн в час.

Важное значение имеет глубина установки плоских сопел в направляющей рамке, которая определяется расстоянием от плоскости входного сечения рамки до входных участков плоских сопел. Во-первых указанное расстояние должно быть одинаковым для всех плоских сопел для обеспечения одинаковых газодинамических условий вхождения потока в направляющих каналах и упрощения конструкции. Во-вторых указанное расстояние не должно превышать длину направляющей рамки, поскольку в противном случае плоские сопла полностью выносятся за пределы внутреннего объема направляющей рамки, а сам струйный генератор неоправданно увеличивается в габаритах, что усложняет его монтаж. Качество сепарации и тонкой очистки сыпучей смеси в текучей среде, а также стабильность работы устройства в большой степени зависят от характера течения воздушного потока в струйном генераторе. При возникновении срывов воздушного потока, образовании зон турбулентности или застойных зон происходит резкое снижение эффективности работы. Указанные явления возникают, в основном, вследствие взаимодействия воздушного потока с элементами конструкции устройства, поверхность которых располагается в зоне действия воздушного потока. Для исключения вероятного взаимодействия газовой струи, выходящей из крайних верхнего и нижнего плоских сопел, с верхней и нижней стенками газовода при максимальных отклонениях (перемещениях) направляющей рамки указанные плоские сопла отстоят от указанных стенок на величину характерного расстояния, каковыми и являются расстояния до ближайшего соседнего плоского сопла. При необходимости увеличения количества плоских сопел или переменного шага между ними, например для увеличения количества выделяемых фракций, длина верхней и нижней стенки направляющих каналов одного или нескольких плоских сопел может быть выполнена различной. Указанная задача может быть решена также путем выполнения указанных направляющих каналов равномерно изменяющимся в направлении перемещения газовой струи.

Таким образом, все отличительные от прототипа признаки высокочастотного струйного генератора для сепарации сыпучей смеси в текучей среде направлены на получение технического результата, а именно упрощение процесса использования высокочастотного струйного генератора, расширение области и повышение эффективности его применения за счет обеспечения возможности переработки сыпучих материалов с различными механическими свойствами.

Техническое решение, характеризующееся описанной совокупностью существенных признаков, является новым, промышленно применимым и обладает изобретательским уровнем.

Техническое решение иллюстрировано чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид сепарирующего устройства, в котором установлен высокочастотный струйный генератор для сепарации сыпучей смеси в текучей среде; фиг.2 - высокочастотный струйный генератор для сепарации сыпучей смеси в текучей среде, вид А на фиг.1; фиг.3 - высокочастотный струйный генератор для сепарации сыпучей смеси в текучей среде, в разрезе В-В на фиг.2; фиг.4 - разрез плоского сопла с различной длиной верхней и нижней стенок направляющих каналов и равномерно изменяющимся калибром, увеличено, узел I на фиг.3; фиг.5 - средство герметизации направляющей рамки, увеличено, узел II на фиг.3.

Устройство, для которого собственно и предназначен высокочастотный струйный генератор 1 для сепарации сыпучей смеси в текучей среде, включает загрузочный бункер 2, сепарационную камеру 3, сборники 4 готовых фракций. Входная часть высокочастотного струйного генератора 1 соединена с вентиляторным нагнетателем воздуха 5. В верхней части задней стенки сепарационной камеры 3 выполнен проем 6 для отвода воздушного потока и легколетучих фракций из сепарационной камеры 3. Генератор 1 состоит из направляющей рамки 7 и плоских сопел 8. Направляющая рамка 7 выполнена в виде отрезка трубы прямоугольного сечения, габариты которого представлены в безразмерном виде. Высота проходного сечения направляющей рамки 7 условно принята равной единице и на фигуре обозначена 1,0. Длина направляющей рамки 7 составляет около 0,09 ее высоты и на фигуре обозначена ˜0,09. Ширина проходного сечения направляющей рамки 7 определена в интервале от 0,3 до 2,1 ее высоты и на фигуре обозначена 0,3-2,1. Внутри направляющей рамки 7 размещена перегородка 9, в которой выполнены параллельные горизонтальные щели для размещения плоских сопел 8. Плоские сопла 8 установлены таким образом, что их входные участки расположены от плоскости входного сечения направляющей рамки 7 на одинаковом расстоянии (на фигуре 3 обозначено буквой h), величина которого не превышает длину направляющей рамки 7. Крайнее верхнее плоское сопло 8 укреплено от направляющей рамки 7 на расстоянии t₁, величина которого превышает величину расстояния (на фигуре 3 обозначено t₂) до ближайшего к нему соседнего плоского сопла 8. Крайнее нижнее плоское сопло 8 укреплено от направляющей рамки 7 на расстоянии t₄, величина которого превышает величину расстояния (на фигуре 3 обозначено t₃) до ближайшего к нему соседнего плоского сопла 8. Кроме того, плоские сопла 8 укреплены друг относительно друга на различном расстоянии (на фигуре 3 обозначено t₂ и t₃), с увеличением переменного шага между ними сверху вниз. Каждое плоское сопло 8 имеет собственный, отличный от другого, острый угол (на фигуре 4 обозначен α) установки к вертикали, калибр (на фигуре 3 обозначен d) и длину (на фигуре 3 обозначена L) стенок 10 направляющих каналов. Параметры α, d, L плоских сопел 8 дискретно изменяются в сторону увеличения от верхнего сопла к нижнему. На фигуре 3 представлен высокочастотный струйный генератор 1, в котором длина верхней и нижней стенок 10 направляющих каналов в каждом из пяти плоских сопел 8 выполнена одинаковой, а калибр каждого из пяти плоских сопел 8 выполнен неизменным, однако возможна реализация конструкции (фигура 4), в которой по меньшей мере одно из плоских сопел 8 имеет стенки 10 направляющих каналов различной длины и/или калибр равномерно изменяющимся в направлении перемещения газовой струи. Высокочастотный струйный генератор 1 может быть оснащен средством герметизации направляющей рамки 7, которое выполнено в виде эластичного, например резинового, уплотнения 11, укрепленного по периметру направляющей рамки 7. Направляющая рамка 7 преимущественно монтируется с возможностью перемещения с двумя степенями свободы. Возможность изменения угла установки направляющей рамки 7 (на фигуре 1 возможные угловые перемещения направляющей рамки 7 условно обозначены скругленными стрелками) и возможность возвратно-поступательного перемещения направляющей рамки 7 в направлении газовой струи (на фигуре 1 возможные возвратно-поступательные перемещения направляющей рамки 7 условно обозначены прямыми стрелками) обеспечиваются специальным средством изменения местоположения направляющей рамки 7, выполненным в виде шарнирного соединения 12.

Устройство функционирует следующим образом.

В зависимости от требуемой производительности, типа и кондиций сыпучей смеси в устройство устанавливают высокочастотный струйный генератор 1 соответствующего размера и характеристик. Устройство должно комплектоваться набором высокочастотных струйных генераторов 1. Сыпучую смесь, подлежащую сепарации, например зерно, засыпают в загрузочный бункер 2. При подключении устройства к линии электропитания включается равномерная подача частиц сыпучей смеси в сепарационную камеру 3 и вентиляторный нагнетатель воздуха 5 струйного генератора 1. Высокочастотный струйный генератор 1 благодаря набору плоских сопел 9 обеспечивает подачу в сепарационную камеру 3 равномерного и направленного воздушного потока. Воздушный поток подхватывает поток свободно падающего из загрузочного бункера 2 зерна. Таким образом, возникает встречно-боковое движение газовой струи и частиц сыпучей смеси, что приводит к взвешиванию последних. 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, следующего - нетоварные фракции сыпучей смеси. Фракции сепарируемой сыпучей смеси накапливаются в соответствующих сборниках 4 и периодически выгружаются из них на дальнейшую переработку. Легколетучие и пылевидные фракции увлекаются воздушным потоком и выносятся из сепарационной камеры 3 через проем 6 для отвода воздушного потока и легколетучих фракций. При неудовлетворительном качестве сепарации сыпучей смеси осуществляют точную настройку высокочастотного струйного генератора 1 путем изменения угла установки направляющей рамки 7 и перемещения ее в направлении газовой струи посредством воздействия на шарнирное соединение 12 специального средства изменения местоположения направляющей рамки 7. Если в результате точной настройки высокочастотного струйного генератора 1 не удается достигнуть удовлетворительного качества сепарации сыпучей смеси, осуществляют остановку устройства и смену высокочастотного струйного генератора 1, после чего вновь запускают устройство и проводят повторную точную настройку высокочастотного струйного генератора 1 описанным выше путем. Селективный подбор и настройка высокочастотного струйного генератора 1 позволяют повысить точности разделения товарных фракций до 98-98,5%, т.е. когда содержание некондиционного материала во фракции не превышает 1,5-2,0%. Смену высокочастотного струйного генератора 1 осуществляют также в случае необходимости уменьшения или увеличения производительности.

Описанный выше пример осуществления устройства приведен только с целью пояснения технического решения. Специалисты в данной области могут улучшить генератор и/или осуществить альтернативные варианты в пределах сущности данного изобретения, отраженной в описании и чертежах.

Высокочастотный струйный генератор для сепарации сыпучей смеси в текучей среде эффективен при использовании его в установках точной многофракционной сепарации сыпучей смеси, например зерновых культур простой и сложной формы для селекционных целей, а также при обработке и подготовке семян для посева.

Изобретение относится к оборудованию для сортировки твердых сыпучих материалов в текучей среде, а более конкретно к средствам формирования направленных сепарирующих воздушных потоков, и может быть использовано в автоматических устройствах для очистки зерна, злаковых, овощных и травяных культур на селекционных станциях, семенных заводах, фермерских хозяйствах, зерновых элеваторах, мукомольном и комбикормовом производстве. Высокочастотный струйный генератор для сепарации сыпучей смеси в текучей среде содержит плоские сопла разного калибра, установленные с увеличением переменного шага, острого угла установки к вертикали, калибра и длины стенок направляющих каналов сопел сверху вниз. Генератор снабжен направляющей рамкой, установленной с возможностью охвата по периметру плоских сопел и выполненной в виде отрезка трубы прямоугольного сечения, соотношение длины, высоты и ширины проходного сечения которого составляет соответственно (˜0,09):1:(0,3-2,1). Направляющая рамка установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения ее в направлении газовой струи и возможностью изменения угла ее установки. Плоские сопла укреплены в направляющей рамке таким образом, что их входные участки расположены от плоскости входного сечения рамки на одинаковом расстоянии, величина которого не превышает длину отрезка трубы прямоугольного сечения. Крайние верхнее и нижнее плоские сопла укреплены в направляющей рамке, на расстоянии от ее ближайшей поверхности, величина которого превышает величину расстояния соответствующего плоского сопла от ближайшего к нему соседнего плоского сопла. Технический результат - повышение качества переработки сепарируемого продукта, возможность переработки сыпучих материалов с различными механическими свойствами. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Высокочастотный струйный генератор для сепарации сыпучей смеси в текучей среде, содержащий плоские сопла разного калибра, установленные с увеличением переменного шага, острого угла установки к вертикали, калибра и длины стенок направляющих каналов сопел сверху вниз, отличающийся тем, что он снабжен направляющей рамкой, установленной с возможностью охвата по периметру плоских сопел и выполненной в виде отрезка трубы прямоугольного сечения, соотношение длины, высоты и ширины проходного сечения которого составляет соответственно (˜0,09):1:(0,3-2,1), причем направляющая рамка установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения ее в направлении газовой струи и возможностью изменения угла ее установки, при этом плоские сопла укреплены в направляющей рамке таким образом, что их входные участки расположены от плоскости входного сечения рамки на одинаковом расстоянии, величина которого не превышает длину отрезка трубы прямоугольного сечения, а крайние верхнее и нижнее плоские сопла укреплены в направляющей рамке на расстоянии от ее ближайшей поверхности, величина которого превышает величину расстояния соответствующего плоского сопла от ближайшего к нему соседнего плоского сопла.2. Высокочастотный струйный генератор по п.1, отличающийся тем, что длина верхней и нижней стенки направляющих каналов по меньшей мере одного плоского сопла выполнена одинаковой.3. Высокочастотный струйный генератор по п.2, отличающийся тем, что калибр по меньшей мере одного плоского сопла выполнен равномерно изменяющимся в направлении перемещения газовой струи.4. Высокочастотный струйный генератор по п.3, отличающийся тем, что он снабжен средством герметизации направляющей рамки, выполненным в виде эластичного уплотнения, укрепленного по периметру направляющей рамки.