Область техники
Изобретение относится к способу разделения частиц, так что на частицы может быть оказано воздействие, например, для определения параметров частиц в потоке. Это изобретение может быть, но не обязательно, использовано в способе и установке для сортировки частиц после разделения. Устройство, описанное ниже, в первую очередь направлено на сортировку семян или ядер на основе оптической оценки частицы, например, для извлечения пораженных семян; но это изобретение может быть применено к использованию любого способа оценки для обнаружения любого параметра частицы и сортировки на основе этого параметра. Также это изобретение может быть использовано для проведения операции на частице в отдельности, например, для покрытия, стерилизации или добавления частицы в поток.
У
Оптические сортировочные машины в целом имеют три подсистемы: средство для разделения или отделения ядер; средство для определения качественных характеристик ядра; и средство перемещения ядер с положительной или отрицательной характеристикой качества.
Наиболее распространенным способом разделения в сортировщиках семян является способ водопада, при котором семена выгружаются из вибрационного бункера и ускоряются под действием силы тяжести вдоль наклонной плоскости под крутым углом. Перемещение под действием силы тяжести является квадратичным со временем, поэтому между ядрами, попадающими в систему в несколько разное время, возникает разрыв. В коммерческом уровне техники, скользящие направляющие обычно имеют длину более 1 метра. Семена, разделенные способом водопада, выбрасываются через случайные интервалы и имеют диапазон скоростей. Более детерминированные системы используют движущиеся ленты, цилиндры или пластины с определенными положениями ядра. В одном варианте, ядра временно заключаются в углубление на ленте или пластине под действием силы тяжести. В другом варианте, ядра заключаются внутри выемки посредством центробежной силы. В еще одном варианте, ядра зацепляются путем всасывания в фиксированные положения на пластине, цилиндре или ленте.
Свойства ядра обычно измеряются оптически, но акустические способы также известны в литературе. Оптические способы могут быть классифицированы как видовые и не видовые. В видовых способах, одна или более камер снимают изображения в двух–четырех диапазонах длин волн. Обычно используется стробоскопическое освещение. Эти способы связаны с проблемами синхронизации между различными измерениями, и были предложены усовершенствования для обеспечения синхронизации. Не видовые способы измеряют собирательные свойства большой части ядра. Примеры включают ближний инфракрасный спектр и рассеяние.
Большинство предшествующего уровня техники использует сжатый воздух для выброса ядер. Несмотря на некоторые технические достижения, выброс сжатого воздуха является неточным, имеет низкую скорость отклика и не является энергоэффективным. В 2008 году была предложена система, которая использует механические рычаги, прикрепленные к поворотной линейной обмотке, которая является более точной и использует 10% энергии, которую использует система сжатого воздуха. Однако время цикла линейной обмотки сравнимо со временем активации эжектора для сжатого воздуха.
В одном примере, изобретение в данном документе может быть использовано для обнаружения и удаления зараженных ядер из зерна. Падающий свет рассеивается ядром, а зараженное ядро отражает и рассеивает количественно иначе, чем здоровое ядро. Амплитуда отраженного и рассеянного света измеряется детектором, нормализуется по площади ядра и сравнивается с пороговым значением, полученным из статистического анализа отдельных образцов известных здоровых и зараженных ядер. В разработанном способе, когда амплитуда превышает пороговое значение, ядро считается «зараженным», а когда рассеянный свет падает ниже порогового значения, ядро считается «здоровым». Порог может быть установлен с тем, чтобы минимизировать общее количество микотоксина в ядрах, считающихся «здоровыми». «Зараженные» ядра затем отделяются от «здоровых» ядер.
Хотя изобретение описано и конкретно упоминается, поскольку оно относится к способу и установке для выполнения способа обнаружения и отделения зараженного зерна путем сравнения амплитуды рассеянного и отраженного света, следует понимать, что принципы этого изобретения являются в равной степени применимы к аналогичным способам, устройствам, машинам и структурам для разделения частиц любого типа. Соответственно, будет понятно, что изобретение не ограничено такими способами, устройствами, машинами и структурами для отделения зараженного зерна.
Изобретение особенно применимо к Фузариозной гнили метелки, которое является эндемическим заболеванием во всех регионах, производящих зерно, и инфицирует зерновые, такие как пшеница. Уровень заражения варьируется от нескольких процентов в регионах с сухим климатом до более 50% в регионах с влажным климатом. Тяжесть заражения варьируется от менее 1% FDK (Фузариозное Повреждение Зерен) до 100% FDK со значениями от 1% FDK до 5% FDK, имеющих наибольшие объемы. Микотоксины, связанные с зараженными ядрами, снижают коммерческую ценность. 1% зараженных ядер обычно уравновешивается до 1 части на миллион микотоксина, текущего Канадского максимума для пищевых продуктов, в то время как ЕС имеет максимум ½ части на миллион. Зерно с более чем 3% FDK обычно резко обесценивается. Поскольку зараженная пшеница имеет небольшую коммерческую ценность или не имеет ее, эффективное удаление микотоксина имеет значительную экономическую ценность. Пшеница классифицируется ступенями по максимальному количеству зараженных фузариозом зерен на уровне 0,25%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2%, 5%, не все ступени присутствуют для каждого типа пшеницы, с увеличением скидок при более высоком заражении. В Канаде более 5% оценивается как «ущерб от фузариоза», более 10% – как «коммерческое спасение», которое в зависимости от рыночных условий может продаваться с очень большой скидкой или не продаваться вообще. Содержание микотоксинов в настоящее время снижается либо путем просеивания ядер, так как здоровые ядра крупнее зараженных ядер, либо путем абразивного удаления (удаления поверхности ядра, где концентрируется токсин) при измельчении. Как правило, размалывание уменьшает микотоксин вдвое при 2 ч/млн (до 1 ч/млн), посредством удаления внешнего слоя ядра. Гравитационные таблицы также используются для разделения ядер по плотности. Ядра взвешиваются в воздушном потоке. Более плотные здоровые ядра тонут, а менее плотные ядра всплывают наверх. Опытным путем, просеивание и гравитационные таблицы удаляют около 40% FDK.
Сущность изобретения
Согласно изобретению предусмотрен способ для разделения частиц, включающий этапы, при которых:
– обеспечивают подачу многочисленных частиц в подводящий трубопровод;
– вращают вращающийся корпус вокруг оси;
при этом вращающийся корпус образует, по меньшей мере, один канал, проходящий от внутреннего конца, примыкающего к оси снаружи, к внешнему концу, отстоящему на большем радиальном расстоянии наружу от оси, чем внутренний конец;
– подают многочисленные частицы во внутренний конец упомянутого, по меньшей мере, одного канала;
при этом внутренний конец расположен в массиве рядом с осью, так что подающий трубопровод действует для осаждения частиц на внутреннем конце упомянутого, по меньшей мере, одного канала для ввода частиц во внутренний низко скоростной конец и для отделения потока частиц в трубопроводе в отдельный упомянутый, по меньшей мере, один канал;
причем упомянутый, по меньшей мере, один канал сформирован и расположен так, что частицы ускоряются по мере того, как они проходят от внутреннего конца к внешнему концу с тем, чтобы заставить частицы, отделенные в упомянутом, по меньшей мере, одном канале, быть выровненными одна за другой в ряд в канале, когда они движутся к внешнему концу.
Во многих случаях этот способ включает в себя проведение операции по разделению частиц, пока они станут разделенными. Эта операция может включать в себя просто просмотр или подсчет отдельных частиц. Однако разделение особенно эффективно для обработки разделенных частиц, такой как покрытие, инокуляция, стерилизация. В других случаях, операция может включать проведение анализа или оценки частиц. Однако в других случаях, частицы могут использоваться в разделенном состоянии, например, при посеве, где разделение может проводиться с высокой скоростью в отдельные каналы для операций посева с высокой скоростью.
Хотя система может быть эффективной для одного канала для создания высокоскоростного потока разделенных частиц, во многих случаях предусмотрено множество каналов, расположенных в виде ряда вокруг центрального канала подачи.
Определенный выше способ может использоваться в способе определения, по меньшей мере, одного измеряемого параметра потока частиц, при этом способ включает этапы, при которых:
– переносят частицы в потоке частиц в подающем трубопроводе;
– вращают вращающийся корпус вокруг оси;
при этом вращающийся корпус образует, по меньшей мере, один канал, проходящий от внутреннего конца, примыкающего к оси снаружи, к внешнему концу, отстоящему на большем радиальном расстоянии наружу от оси, чем внутренний конец;
причем внутренний конец расположен прилегающим к оси так, что подающий трубопровод действует для осаждения частиц на внутреннем конце упомянутого, по меньшей мере, одного канала для ввода частиц во внутренний конец;
причем упомянутый, по меньшей мере, один канал сформирован и расположен так, что частицы ускоряются по мере того, как они проходят от внутреннего конца к внешнему концу, с тем, чтобы заставить частицы, отделенные в канале, быть выровненными в ряд одна за другой в канале, когда они движутся к внешнему концу;
– и для каждого из упомянутых, по меньшей мере, одного канала, измеряют упомянутый, по меньшей мере, один параметр частиц.
В некоторых случаях, предусмотрен способ сортировки частиц таким образом, что для каждого из каналов, частицы направляются в один из множества путей, как определено измерением параметра. Однако измерение параметра или параметров, которое получается более эффективно с учетом повышенной степени разделения частиц, с использованием приведенного здесь устройства, может использоваться для других целей.
Устройство, определенное выше, следовательно, может обеспечить преимущество, заключающееся в том, что увеличенная скорость, полученная вращением корпуса вместе с увеличенным ускорением частиц в корпусе, лучше отделяет каждую частицу от следующей для обнаружения параметра. Кроме того, увеличенная скорость частиц может быть использована для увеличения пропускной способности системы, поскольку обнаружение или измерение параметра может выполняться быстрее.
В одном устройстве, измерение параметров выполняется, когда частицы находятся в канале. Преимущество этого заключается в том, что расположение частиц является более четким и определенным, поскольку оно контролируется вращением корпуса и положением канала. Ввиду более точного местоположения частицы, измерение параметра во многих случаях может быть выполнено более эффективно.
В этом случае, предпочтительно, измерение параметра осуществляется измерительным устройством, переносимом на вращающемся корпусе.
Таким образом, измерительное устройство находится в определенном положении относительно канала и, следовательно, относительно частиц. Это может упростить работу измерительного устройства, поскольку оно может быть более точно сфокусировано на определенном месте. В этом случае каждый канал может включать в себя одно или более отдельных измерительных устройств, предназначенных для измерения частиц, проходящих через этот канал. То есть каждая частица при движении по каналу может проходить через ряд датчиков или измерительных устройств, которые могут быть выровнены в ряд, где каждый обнаруживает свой отдельный параметр частицы, чтобы сделать возможной лучшую оценку частицы. Однако в некоторых случаях, один датчик может предоставить всю необходимую информацию.
Предпочтительно, по меньшей мере, участок канала, расположенный вблизи измерительных устройств, состоит из прозрачного материала. Обеспечение прозрачности участка канала позволяет проводить измерение через прозрачный участок, в то время как канал остается постоянной формы, чтобы продолжать управлять движением частицы.
В одном устройстве, стенки каналов или сами каналы являются сегментированными с одним или более промежутками между сегментами. Одно или более измерительных устройств расположены вблизи промежутков для измерения различных параметров частицы, с видом, свободным от стенок каналов. Когда сам канал разделен на отдельные сегменты, каждый сегмент, предпочтительно, расположен вдоль пути канала, по существу, параллельно вектору средней скорости частиц в местоположении упомянутого сегмента, чтобы минимизировать возмущение потока частиц вдоль канала. Таким образом, частица может быть обработана с использованием любой из методик, описанных в данном документе, пока она находится в промежутке.
В другом устройстве, отделение частиц может осуществляться с использованием электростатических сил, когда частицы заряжаются по–разному в соответствии с выбранными параметрами, а затем пропускаются через поле, так что дифференциальный заряд заставляет частицы отклоняться к разным путям. Как правило, предусмотрено устройство, которое генерирует равный заряд на каждой частице, так что частицы различной массы отделяются путем пропускания этих частиц через поле, которое действует по–разному на частицы на основе их разных масс, поскольку каждая частица имеет различный или уникальный заряд на единицу массы.
В альтернативном устройстве, измерение параметров может быть выполнено множеством измерительных устройств, расположенных в кольцевой зоне, окружающей внешние концы каналов, так что измерение проводится после того, как частицы выпущены из каналов. Преимущество этого заключается в том, что измерительные устройства находятся или могут быть стационарными в пространстве, с только каналами на вращающемся корпусе вращения. Это имеет недостаток, заключающийся в том, что конкретное местоположение частицы может изменяться в более широком диапазоне, что снижает способность измерительного устройства быть конкретно сфокусированным. Следовательно, измерительному устройству может потребоваться проводить измерения в более широкой области, чтобы точно выполнять измерения, где бы ни находилась частица в этой области.
Предпочтительно, каждое измерительное устройство связано с соответствующим одним из множества устройств для отделения, каждое из которых выполнено с возможностью направления соответствующих частиц в один из множества путей, который определен измерением параметра связанным измерительным устройством. То есть каждая частица обнаруживается и измеряется измерительным устройством, и это измерение используется для активации соответствующего устройства для отделения, которое направляет частицу в один из множества отдельных путей в зависимости от ее параметра.
В предпочтительном устройстве, измерение параметров выполняется множеством измерительных устройств, где количество устройств равно количеству каналов, или может быть более одного устройства для каждого канала. То есть каждая частица в каждом канале измеряется независимо, используя отдельное измерительное устройство для каждого канала. Однако следует понимать, что каналы могут быть расположены так, чтобы направлять частицы к измерительным устройствам, которые связаны с множеством каналов, при условии, что частицы должным образом отстоят друг от друга и правильно направлены. Измерительные устройства могут включать в себя множество отдельных измерительных компонентов, например, рентгеновские, ультрафиолетовые, видимые, рассеивающие, инфракрасные, микроволновые и акустические детекторы.
В одном устройстве, измерительное устройство или устройства и устройство для отделения частиц расположены на вращающемся корпусе. Это гарантирует, что местоположение частицы определено более конкретно, но требует, чтобы рабочие компоненты были установлены для вращения вместе с корпусом.
В другом устройстве, предусмотрен ряд стационарных устройств для отделения частиц, расположенных вокруг вращающегося корпуса, так что частицы, высвобождаемые с наружных концов каналов, воздействуют на одно из отделяющих устройств в зависимости от углового положения выпуска частицы из внешних концов каналов.
То есть частицы могут быть неуправляемыми, когда они проходят от внешнего конца каналов к массиву отделяющих устройств по траектории, определяемой угловой скоростью вращающегося корпуса и направлением канала на внешнем конце, и при этом соответствующее устройства обнаружения расположены относительно отделяющего устройства, чтобы воздействовать на частицу на ее траектории.
В этом устройстве может быть предусмотрен направляющий элемент на внешнем конце каждого канала, который служит для изменения траектории, когда частица высвобождается из вращающегося корпуса.
Предпочтительно, каждое отделяющее устройство связано с направляющим каналом, в который входит частица, когда она высвобождается из внешнего конца, и соответствующее устройство обнаружения воздействует на частицу, когда она находится в направляющем канале.
В одном предпочтительном устройстве, вращающийся корпус содержит диск, имеющий переднюю поверхность, обращенную к подающему трубопроводу, и каналы лежат в радиальной плоскости диска и проходят наружу от оси к периферии диска. Однако могут быть использованы другие формы и расположения вращающегося корпуса. Например, корпус может быть трехмерным с каналами или проходами, также имеющими компонент, проходящий в Z образном направлении вдоль оси вращения. Это может быть использовано для изменения ускоряющих сил на частицы в каналах, когда частицы движутся радиально наружу. В одном предпочтительном варианте осуществления, форма каналов является такой, что существует первая зона ускорения для ускорения частиц, чтобы вызвать требуемое отделение, за которой затем следует зона отсутствия равнодействующего ускорения. В третьей секции может быть зона замедления для замедления частиц при их приближении к системе отделения или системе сбора для уменьшения ударных нагрузок либо во время отделения, либо когда частицы останавливаются в системе сбора. Эти зоны могут быть получены с использованием формирования каналов в 2–мерной структуре или 3–мерной структуре.
Во второй зоне, путь канала расположен таким образом, что силы инерции уравновешиваются в среднем за счет трения, поэтому отсутствует равнодействующее ускорение, а расстояние между ядрами остается почти постоянным. Преимущество зоны с почти постоянной скоростью состоит в том, что имеется больше времени для проведения измерений в ядре.
В некоторых случаях может быть выгодным уменьшить скорость частиц (замедлить) перед отделением или сортировкой, или после того, как действие было выполнено, чтобы минимизировать или устранить повреждение от воздействий высокой скорости. Величина уменьшения ограничена требованием, чтобы механизм отделения, действующий на ядро n, нуждался во времени, чтобы вернуться в нейтральное положение до прибытия ядра n+1. Разрыв между ядрами может быть уменьшен после измерения до времени цикла выбрасывания. Целью замедления является использование системы с частицами, которые могут быть повреждены при ударах с высокой скоростью. Необходимость в замедлении должна быть сбалансирована с необходимостью степени разделения, необходимой для действия, и необходимостью максимальной пропускной способности.
Скорость частицы может поддерживаться почти постоянной, после ускорения, чтобы получить требуемое разделение, путем регулировки скорости радиального смещения вдоль пути канала, чтобы сбалансировать силы трения с инерционными (центробежные и кориолисовыми) силами.
Когда вращающийся корпус представляет собой диск, каналы, предпочтительно, образуют проходы с открытой поверхностью, обращенной к подводящему трубопроводу.
Однако могут быть использованы другие устройства, в которых диск не обязательно является цельной твердой структурой, но может быть обеспечен просто частями диска, формирующими корпус, которые необходимы для обеспечения каналов или трубопроводов, через которые проходят частицы. В одном примере, структура может быть представлена структурой ступицы и спицы, в которой частицы подаются в ступицу в каналы, каждый из которых образован соответствующей одной из спиц. Хотя обычно структура включает в себя столько каналов, сколько возможно, может быть образовано в структуре для максимизации скорости потока в системе путем максимизации количества каналов, в некоторых случаях структура может включать в себя очень ограниченное количество каналов, например, только один или два, где высокая пропускная способность не требуется.
Предпочтительно, каналы изогнуты так, что внешний конец имеет угловое отклонение относительно внутреннего конца. Эта форма обычно близко следует пути частицы, так как она ускоряется под действием центробежной силы и силы Кориолиса, так что частица может перемещаться вдоль пути без чрезмерного трения о стороны канала.
Предпочтительно, каналы расположены непосредственно рядом друг с другом на внутренних концах, примыкающих к оси, так что подающий трубопровод осаждает частицы таким образом, который разделяет частицы непосредственно на внутренние концы каналов, причем расстояния каналов увеличиваются по направлению к внешним концам по мере того как каналы движутся к участкам увеличенного диаметра на вращающемся корпусе.
Чтобы максимизировать количество каналов, на внешнем конце каналов, предпочтительно, каналы могут включать ответвления, которые разделяют поток частиц на отдельные ответвления каналов, чтобы увеличить количество выходов относительно количества входов, таким образом, максимизируя количество выходов на внешнем крае вращающегося корпуса.
В другом возможном устройстве, каналы могут быть уложены один на верх другого на внутренних концах, чтобы максимизировать количество входов, и расположены в общей радиальной плоскости на внешних концах, так что все выходы лежат бок о бок в радиальной плоскости на внешнем крае вращающегося корпуса.
В другом возможном устройстве, каждый канал, питаемый центральным подающим трубопроводом, называемым «родительским каналом», может иметь один или более вспомогательных каналов, называемых «дочерним каналом». Каждый дочерний канал питается либо родительским каналом, либо другим дочерним каналом. Дочерние каналы проходят, по существу, параллельно родительскому каналу. Частицы проходят из первого канала во второй канал через один или более проходов в стенке (стенках) первого канала, которые оказывают воздействие на частицу. Каждый проход в первом канале имеет форму, позволяющую частицам, меньшим порогового размера, проходить во второй канал. Частицы, превышающие пороговое значение, удерживаются первым каналом. Проход функционирует как фильтр размера, так что выпускной конец родительского канала транспортирует самые большие частицы, а каждый последующий дочерний канал транспортирует постепенно меньшие частицы. Дочерние каналы могут быть связаны с детекторами и эжекторами или другими воздействиями на частицы внутри них или могут просто переносить нежелательные частицы в бункер отходов. В случае ядер зерен, дочерние каналы могут быть использованы для транспортировки менее желательных частиц, таких как незрелые семена, сломанные семена, семена сорняков и грязь.
Предпочтительно, ось вращающегося корпуса является вертикальной, так что диск лежит в горизонтальной плоскости. Однако, могут быть использованы другие ориентации.
Предпочтительно, чтобы боковая стенка каждого канала, по которому движутся частицы, была наклонена в направлении вдоль оси, так что силы ускорения действуют на частицы для перемещения частиц в общую радиальную плоскость для высвобождения из вращающегося корпуса. То есть, силы ускорения стремятся перемещать частицы в осевом направлении вращающегося корпуса в направлении общего осевого положения. Таким образом, даже если частицы попадают в каналы в положениях, разнесенных вдоль оси, форма канала приводит их все в одно и то же осевое положение.
В одном предпочтительном устройстве, каждый канал спрофилирован так, что ускорение заставляет частицу двигаться против стенки канала, где стенка имеет V–образную форму для ограничения частицы в основании V–образной формы. Стенка может включать поверхность, которая включает нарезку для зацепления и вращения частицы в канале. Кроме того, стенка может включать одно или более отверстий в таком месте, что компоненты, меньшие, чем частицы, отделяются от частиц путем высвобождения через отверстия. Каждый канал может включать в себя связанный второй канал, параллельный каналу, в который входят отдельные меньшие компоненты. Это может быть использовано в системе, где имеется множество таких каналов, так что частицы отделяются по размеру от первого.
В одном примере, каждое отделяющее устройство содержит отделяющую головку, имеющую передний край, расположенный так, чтобы частицы, которые должны быть отделены, перемещались по направлению к переднему краю в потоке, и привод для перемещения переднего края между первым положением на одной стороне потока, расположенной для направления частицы ко второй стороне потока, и вторым положением на второй стороне потока, расположенной для направления частицы к упомянутой одной стороне потока.
В этом примере, предпочтительно, отделяющая головка расположена в радиальной плоскости вращающегося корпуса, а первая и вторая стороны расположены на соответствующих сторонах радиальной плоскости.
В этом примере, предпочтительно, отделяющая головка включает наклонные направляющие поверхности на первой и второй сторонах переднего края, так что отделяющая головка обычно имеет клиновидную форму.
Предпочтительно, привод перемещается пьезоэлектрическими элементами.
Однако могут быть использованы другие движущие силы, например, электромагнитная линейная обмотка.
Предпочтительно, привод установлен в трубе, которая проходит радиально наружу от отделяющей головки и лежит в радиальной плоскости отделяющей головки.
В соответствии с еще одним важным признаком изобретения, который может быть использован независимо от других признаков, каждое отделяющее устройство содержит участок канала, расположенный таким образом, что частицы, которые должны быть отделены, перемещаются через участок канала в потоке, и привод для перемещения выпускного конца участка канала между, по меньшей мере, двумя отдельными положениями, расположенными для направления частиц в соответствующие отдельные места сбора.
В этом устройстве, предпочтительно, чтобы выпускной конец участка канала перемещался к упомянутому первому и второму положениям, которые разнесены в осевом направлении вращающегося корпуса. Однако возможны и другие перемещения при условии, что первое и второе положения обеспечивают необходимое отделение в отдельные места или в отдельные каналы сбора.
В этом расположении, предпочтительно, участок канала установлен на вращающемся корпусе для вращения с ним. Однако подвижный участок канала также может использоваться с вариантом осуществления, в котором частицы направляются в участок канала после того, как они покидают вращающийся корпус, где участок канала перемещается в отдельные положения в зависимости от того, какое измерение происходит.
В некоторых случаях, привод перемещается пьезоэлектрическими элементами. Однако, более предпочтительно, для того, чтобы обеспечить необходимое усилие и движение, привод представляет собой, как правило, электромагнитную линейную обмотку.
В соответствии с другим важным признаком изобретения, который может быть использован независимо от других признаков, каждый канал, предпочтительно включает в себя первый участок, расположенный для отделения каждой из частиц от следующей посредством ускорения, и второй участок для измерения, при этом первый и второй участки расположены так, что ускорение частиц в первом участке больше, чем во втором участке. Предполагается, что в этом способе, второй участок расположен так, что ускорение частиц во втором участке является низким или близким к нулю, чтобы удерживать частицы на постоянной скорости или вблизи нее во время измерения.
В соответствии с другим важным признаком изобретения, который может использоваться независимо от других признаков, предпочтительно, предусмотрен дополнительный участок канала, в котором частица замедляется, чтобы уменьшить ее скорость для отделения или, после того, как действие было завершено, для сбора частиц. Таким образом, возможно, уменьшить скорость частиц в достаточной степени, чтобы избежать ударного повреждения, особенно когда частицы представляют собой более крупные семена, такие как горох или бобы или ягоды, которые имеют высокую массу и являются относительно мягкими.
В одном примере, частица может быть замедлена формой дополнительного участка канала, которая действует для замедления частиц в нем. То есть форма участка канала расположена для противодействия центробежным силам, ускоряющим частицу.
В другом примере, частицы могут замедляться воздушным потоком, расположенным в дополнительном участке, например, воздушным соплом или тому подобным.
В соответствии с еще одним важным признаком изобретения, который может быть использован независимо от других признаков, частицы, когда они направлены, могут быть зацеплены ударной поверхностью, которая расположена для воздействия на частицы при одновременном уменьшении ударных нагрузок на них. Например, ударная поверхность содержит упругий материал для уменьшения ударных нагрузок на частицу. Однако могут быть использованы другие устройства, такие как формирование ударной поверхности.
В соответствии с другим важным признаком изобретения, который может использоваться независимо от других признаков, предусмотрен закрывающий элемент для перекрытия доступа к одному или более каналам из подводящего трубопровода. Это может использоваться в ситуации, когда один или более каналов закрыты от подающего трубопровода, так что только некоторые каналы доступны для использования, когда подача частиц из подающего трубопровода является низкой.
Эта функция закрытия также является полезной для обеспечения непрерывной работы узла (при уменьшенной мощности), когда диагностический тест показывает, что одно из нескольких измерительных устройств или эжекторов работает со сбоями, позволяя системе продолжать работу с правильно функционирующими каналами.
Согласно одному аспекту изобретения предусмотрен способ для сортировки частиц, включающий этапы, при которых:
– подают частицы, которые должны быть рассортированы, в подающий трубопровод;
– формируют частицы из подающего трубопровода в поток частиц в ряд;
– размещают отделяющее устройство частиц в потоке, способное направлять каждую частицу на один из множества путей, как определено работой отделяющего устройства;
при этом каждое из отделяющих устройств содержит:
– отделяющую головку, имеющую передний край, лежащую, в целом, вдоль потока, так что частицы в потоке движутся к переднему краю;
и привод для перемещения переднего края между первым положением на первой стороне потока, расположенным для направления частицы ко второй стороне потока, и вторым положением на второй стороне потока, расположенным для направления частицы к первой стороне потока.
Согласно одному аспекту изобретения предусмотрен способ для сортировки частиц, включающий этапы, при которых:
– подают частицы, которые должны быть рассортированы, в подающий трубопровод;
– формируют частицы из подающего трубопровода в поток частиц в ряд;
– размещают отделяющее устройство частиц в потоке, способное направлять каждую частицу на один из множества путей, как определено работой отделяющего устройства;
при этом каждое отделяющее устройство содержит привод для перемещения разделяющего компонента между первым положением, предназначенным для направления частицы по первому пути, и вторым положением, предназначенным для направления частицы по второму пути;
причем привод перемещается пьезоэлектрическим элементом.
Согласно одному аспекту изобретения предусмотрен способ для сортировки частиц, включающий этапы, при которых:
– подают частицы, которые должны быть рассортированы, в подающий трубопровод;
– формируют частицы из подающего трубопровода в поток частиц в ряд;
– размещают отделяющее устройство частиц в потоке, способное направлять каждую частицу на один из множества путей, как определено работой отделяющего устройства;
при этом каждое отделяющее устройство содержит участок канала, расположенный таким образом, что частицы, которые должны быть отделены, перемещаются через участок канала в потоке, и привод для перемещения выпускного конца участка канала между, по меньшей мере, двумя отдельными положениями, расположенными для направления частиц в соответствующие отдельные места сбора.
Согласно одному аспекту изобретения предусмотрен способ для сортировки частиц, включающий этапы, при которых:
– подают частицы, которые должны быть рассортированы, в подающий трубопровод;
– формируют частицы из подающего трубопровода в поток частиц в ряд;
– размещают отделяющее устройство частиц в потоке, способное направлять каждую частицу на один из множества путей, как определено работой отделяющего устройства;
при этом каждая частица проходит через первый участок пути, расположенный для отделения каждой из частиц от следующей посредством ускорения, и второй участок, причем первый и второй участки расположены так, что ускорение частицы в первом участке является большим, чем во втором участке.
Согласно одному аспекту изобретения предусмотрен способ для сортировки частиц, включающий этапы, при которых:
– подают частицы, которые должны быть рассортированы, в подающий трубопровод;
– формируют частицы из подающего трубопровода в поток частиц в ряд;
– размещают отделяющее устройство частиц в потоке, способное направлять каждую частицу на один из множества путей, как определено работой отделяющего устройства;
– замедляют каждую частицу для снижения ее скорости для предотвращения повреждения частицы.
Согласно одному аспекту изобретения предусмотрен способ для сортировки частиц, включающий этапы, при которых:
– подают частицы, которые должны быть рассортированы, в подающий трубопровод;
– формируют частицы из подающего трубопровода в множество отдельных потоков частиц в ряд;
– размещают отделяющее устройство частиц в потоке, способное направлять каждую частицу на один из множества путей, как определено работой отделяющего устройства;
– включают закрытие доступа к одному или более потокам от подающего трубопровода.
Во всех вышеперечисленных аспектах, работа отделяющего устройства основана на измерении параметра частицы, измеренного на пути. Однако устройство для отделения может использоваться в других ситуациях, когда измерения не проводятся.
Устройство в данном документе может включать в себя возможность измерения параметра качества разделенной частицы, выполнения операции над разделенной частице, а затем измерения параметра качества после операции для определения дополнительной операции. Цикл измерения и работы может происходить несколько раз. Устройство в данном документе также может включать в себя возможность выполнения операции на разделенной частице, а затем измерение параметра качества после операции для определения дополнительной операции. Цикл работы и измерения может происходить несколько раз. Устройство в данном документе также может включать в себя возможность измерения качественного параметра разделенной частицы без этапа операции. Устройство в данном документе также может включать в себя возможность выполнения операции или последовательности операций над разделенной частицей без этапа измерения.
То есть некоторые из последовательных операций могут быть отделением, определенным в данном документе. Операция разделения может включаться последовательно в несколько этапов. Например, первое измерение может использоваться для определения того, по какому из двух или более последовательных путей следует частица. Каждый путь может иметь различные дополнительные операции и измерения. Цикл может повторяться несколько раз, чтобы создать множество выходных потоков. Однако в той же системе могут быть выполнены другие процессы, такие как нанесение покрытия на частицы или облучение частицы для стерилизации. Разделение позволяет получить доступ ко всем поверхностям частиц для покрытия или облучения. Без разделения, покрытия могут быть неоднородными или связующими между смежными частицами. Разделение может облегчить превосходный процесс покрытия. Стерилизация ультрафиолетовым излучением, например, является эффективным только на поверхностях с прямой видимостью между поверхностью и источником излучения. Затененные поверхности не стерилизуются, поэтому разделение имеет решающее значение для эффективности процесса стерилизации. Следовательно, каждый канал может быть связан с множеством последовательных процессов, некоторые или все из которых связаны с разделением, а некоторые могут относиться к другим процессам на частице. Некоторые процессы могут воздействовать на частицу, чтобы улучшить этап измерения на последующей станции вдоль канала. Между некоторыми процессами может быть необходимо замедлить и/или ускорить частицы.
Таким образом, изобретение можно использовать для управления потоком частиц в многоступенчатом процессе и для настройки обработки каждой частицы на основе измеренных параметров. Может быть множество этапов детектирования и множество операций, выполняемых над частицей на основе свойств частиц, измеренных на каждом этапе детектирования. Например, первым этапом может быть обнаружение и удаление инородного материала, такого как шелуха, и оставшийся материал может течь дополнительно по каналу ко второму детектору, который измеряет параметры качества семян. В другом примере, разделенным семенам, протекающим вдоль канала, могут быть нанесены различные покрытия (удобрение, фунгицид, инсектицид, пробиотик и т.д.) в зависимости от измеренных параметров семян. В другом примере, доза излучения, например, электромагнитного излучения или фотонная обработка, может быть применена к частице, протекающей в канале, и эта доза может быть применена в зависимости от измеренных параметров частицы. Электромагнитное излучение может быть использовано для сушки натурального продукта (микроволновой, инфракрасной) или для контроля степени фото полимеризации при пронизывании (УФ).
Многоступенчатый процесс также может быть выполнен с использованием второго вращающегося корпуса, который принимает частицы от первого, такого как кольцевой диск, окружающий внутренний диск, который затем способен вращаться с другой скоростью.
Сортировка обычно проводится для отделения однородного сырья на более однородные бункеры, и затем дополнительная обработка может быть выполнена на более однородном сырье. Концептуально, этап обработки может быть выполнен на разделенных частицах.
В случаях, когда «мягкая посадка» желательна для предотвращения ударного повреждения уязвимых частиц, частица может ударять по занавесу или щетке с полосками, которые могут деформироваться в масштабе времени, соразмерном периоду удара. Занавес может состоять из воды. В одном варианте осуществления мениск воды образован бункером, вращающимся вокруг общей оси с разделительной установкой. В другом варианте осуществления, водная завеса представляет собой водопад, окружающий разделительную установку. Эти варианты осуществления, включающие водную завесу, являются предпочтительными, чтобы минимизировать или устранить повреждение мягких фруктов, таких как черника или ирга. Альтернативные устройства для обеспечения контролируемого замедления хрупких частиц, таких как ягоды, включают в себя поверхности, которые плавно и постепенно поворачивают частицы в вертикальном направлении от горизонтальной плоскости каналов, так что сила тяжести в отношении движущихся вверх частиц снижает скорость при низких силах от замедления. Этот эффект также может быть получен путем образования вращающегося жидкостного мениска в диске, окружающем каналы, так что частицы поворачиваются в жидкости вверх из плоскости каналов. Понятно, что многие частицы в зависимости от их структуры требуют контролируемого замедления либо в канале, либо после канала после завершения операции, такой как измерение и разделение, и до накопления частиц. Различные способы контролируемого замедления могут быть обеспечены и описаны здесь.
Настоящее изобретение не ограничено типом или размером рассматриваемой частицы и может работать с разными частицами или объектами, которые должны быть разделены.
Ягоды, такие как ирга и черника, имеют короткий срок годности из–за порчи и должны быть обработаны сразу после сбора урожая. Испорченные и незрелые ягоды отсортировываются. Настоящее изобретение обеспечивает средство для быстрой сортировки ягод, которое уменьшает порчу и представляет потребителю более качественный продукт.
В сельском хозяйстве урожайность оптимизируется путем посадки определенного количества семян на единицу площади. Не все семена дают жизнеспособные растения. Дополнительные семена сажают, чтобы компенсировать семена, которые не прорастают или не дают сильных растений. Настоящее изобретение может быть использовано, как правило, на аппарате для высева или посадки, для сортировки семян в соответствии с измеренными параметрами, относящимися к жизнеспособности, так чтобы семена, которые с наибольшей вероятностью давали жизнеспособные растения, были посажены, а менее жизнеспособные семена использовались для других целей. Настоящее изобретение может быть использовано для сортировки семян по размеру для совместимости с посадочными устройствами. Изобретение может быть использовано для подсчета семян, чтобы можно было высадить конкретное количество. Настоящее изобретение также может быть использовано для обеспечения быстрого потока разделенных семян известного качества и количества в посадочном устройстве. Поскольку количество разделенных семян в секунду, обеспечиваемое настоящим изобретением, намного выше, чем в предшествующем уровне техники, фермер может засеять больше акров в час.
При добыче полезных ископаемых добывается руда, которая измельчается до частиц подобного размера, а затем плавится. Как правило, только небольшая часть руды является полезным минералом, а остальная часть выбрасывается в виде шлака. Существуют значительные капиталовложения в энергию для плавления породы, которая в конечном итоге превращается в шлак. Настоящее изобретение предоставляет средство для повышения энергетической эффективности добычи полезных ископаемых. Минералы, присутствующие в каждой частице руды, варьируются и могут быть измерены различными спектроскопическими способами, такими как рентгеновское, романовское и инфракрасное излучение. Частицы, содержащие более чем пороговую концентрацию полезных минералов, могут быть направлены в плавильный цех, а частицы, содержащие менее пороговой концентрации полезных минералов, могут быть направлены в отходы. Стоимость плавления отбракованных частиц сохраняется.
Изобретение может быть применено к сортировке коллоидных частиц, которые обычно изготавливаются в процессе конденсации, обеспечивающем распределение размеров и форм. Разрешенные электронные переходы в металлическом коллоиде зависят от размера и формы коллоида. Изобретение может быть использовано для сортировки коллоидных частиц на основе размера и формы или на основе спектра поглощения на однородные классы.
Хотя канал, как описано в некоторых примерах здесь, обычно представляет собой канал с выступающими сторонами, образованными в диске, канал также может быть круглым, овальным, треугольным или четырехугольным и т.д., или может быть частичной трубой, которая обычно имеет С–образную форму, V– образную форму или L–образную форму). Канал также может быть образован минимальной двух– или трехмерной поверхностью или поверхностями, образованными точками контакта, передающими усилие на частицы. Канал также может представлять собой закрытую трубу с множеством различных форм сечения, таких как круглая, овальная, треугольная или четырехугольная.
Варианты осуществления настоящего уровня техники способны достигать скорости приблизительно 100 ядер в секунду на канал с хорошей точностью, и приблизительно 200 ядер в секунду с низкой точностью.
Устройство, как описано в дальнейшем, может обеспечить задачи для увеличения скорости ядра, уменьшения размера оборудования и уменьшения потребности в энергии.
Краткое описание чертежей
Один вариант осуществления изобретения далее будет описан со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в изометрии установки для сортировки зерен, показывающий способ разделения частиц согласно настоящему изобретению;
Фиг.2 - вид сечения через установку с фиг.1;
Фиг. 3А, 3В и 3С - виды вертикального сечения через отделяющее устройство установки с фиг. 1 и 2;
Фиг.4 - частичный изометрический вид, показывающий форму одной из канавок или каналов установки по фиг.1;
Фиг.5 - вид вертикального сечения второго варианта осуществления установки, использующей способ согласно настоящему изобретению;
Фиг.6 - схематичная иллюстрация пакета каналов для отделения частиц по размерам для использования в установке по фиг.1;
Фиг.7 - вид вертикального сечения второго варианта осуществления установки, использующей способ согласно настоящему изобретению;
Фиг.8 - вид сверху варианта осуществления с фиг.7, показывающий только один из каналов;
Фиг.9 - схематичная иллюстрация способа, включающего в себя ряд этапов, использующих установку для отделения с фиг.1;
Фиг.10 - схематичная иллюстрация другого варианта осуществления, где система отделения используется в системе посадки для отделения жизнеспособных семян от менее жизнеспособных семян и для подсчета семян, с тем, чтобы посадить в землю необходимое подсчитанное количество жизнеспособных семян;
Фиг.11 - схематичная иллюстрация способа выполнения различных воздействий на частицу с использованием установки для отделения с фиг.1; и
Фиг.12 - схематичную иллюстрацию диска для использования в способе согласно настоящему изобретению и показывающую различные варианты формы канала.
Подробное описание изобретения
Установка для сортировки частиц на основе измеряемого параметра частиц, показанная на фиг. 1 и 2, содержит подающий трубопровод 10, переносящий частицы, которые должны быть отсортированы из источника 10А подачи, который подает частицы в непрерывном потоке для подачи через трубопровод во вращающийся корпус 11 вращающийся вокруг оси 12. В показанном варианте осуществления, вращающийся корпус представляет собой плоский диск с осью 12, расположенной вертикально, так что диск обеспечивает верхнюю горизонтальную поверхность, на которую частицы 13 подаются в потоке из трубопровода 10. Трубопровод расположен в центре диска, так что частицы осаждаются в центре положения, где диск вращается, но где направленная наружу скорость является маленькой. Скорость ядра в этой точке зависит от потока в подводящем трубопроводе 10. Скорость в точке на диске равна v=wr, где w – угловая скорость, а r – радиус. Если ядра осаждаются в области, где изменение скорости слишком высоким, они отскакивают, и поток является хаотичным. Ядра осаждаются в центральной области, чтобы минимизировать изменение скорости.
На верхней поверхности диска, образующего вращающийся корпус, предусмотрены множество каналов 14, каждый из которых проходит от внутреннего конца 15, примыкающего к оси снаружи, к внешнему концу 16, отстоящему на большем радиальном расстоянии наружу от оси, чем внутренний конец. В этом варианте осуществления, внешний конец 16 каналов расположен прилегающим к краю 17 диска 11, но отстоящим от него внутрь. В этом варианте осуществления, каждый канал 14 проходит от положения, тесно прилегающего к центру к периферии 17 диска, так что в центре каналы расположены непосредственно рядом друг с другом, и каналы расходятся наружу, так что на внешнем конце 16 их разнесены вокруг периферия 17.
Внутренние концы 15, таким образом, расположены в массиве, смежном с осью, так что подающий трубопровод 10 действует для осаждения частиц, которые должны быть отсортированы, на внутренних концах 15 каналов для ввода частиц, которые должны быть отсортированы во внутренние концы. Поскольку внутренние концы непосредственно примыкают к центру диска, частицы в центре образуют кучу, которая автоматически равномерно распределяется по открытым отверстиям каналов на их внутренних концах. Предполагая непрерывную кучу частиц в центре, вращение диска будет действовать для равномерной сортировки частиц по отдельным каналам в потоке, образуемом размерами горловины относительно размеров частиц. В начале пути вдоль канала частицы будут непосредственно примыкающими или перекрывающимися. Однако прохождение частиц вдоль канала, когда они ускоряются центробежными силами, будет способствовать распространению частиц друг от друга, образуя линию частиц без перекрытия. Когда силы увеличиваются с увеличением радиального расстояния от оси 12, частицы будут все больше ускоряться, и, таким образом, расстояние между частицами будет увеличиваться по длине канала. Ядра выравниваются каналом в осевом направлении в первой части канала, и длина ядра определяет начальный интервал между центрами с некоторыми вариациями из–за различий в размере ядра. Центробежное ускорение является равномерным на заданном радиусе, но силы трения для ядер зерен варьируются примерно на 20%. Силы трения масштабируются силой Кориолиса=uN (u=коэффициент трения приблизительно 0,2–0,25, N=нормальная сила для стенки канала, создаваемая главным образом силой Кориолиса). Как указано выше, канал может иметь форму для минимизации нормального усилия и трения посредством изгиба канала вдоль линии равнодействующего усилия (упомянуто в тексте ранее). И наоборот, ускорение частицы может быть уменьшено путем изгиба канала для увеличения нормальных сил, изгиба канала до постоянного или даже уменьшающего радиус или увеличивающего коэффициент трения выбранного участка канала посредством изменения текстуры и/или материала.
Выбор длины канала относительно размера частиц может быть сделан таким образом, что расстояние между каждой частицей и частицей сзади может быть выбрано пропорционально длине частиц. В примере, где сепаратор используется для семян, расстояние между каждым семенем и последующим может быть, по меньшей мере, равным длине семян и обычно в 1,5 или 2,0 раза больше длины семян.
Таким образом, каналы сформированы и расположен так, что частицы ускоряются по мере того, как они проходят от внутреннего конца к внешнему концу, с тем, чтобы заставить частицы быть выровненными в ряд одна за другой, когда они движутся к внешнему концу.
Внешние концы 16 расположены в виде углового разнесенного массива на внешней периферии вращающегося корпуса, так что частицы из ряда частиц в каждом канале высвобождаются центробежной силой из диска наружу от оси диска. Все отверстия находятся в общей радиальной плоскости диска. Каналы могут быть образованы либо в виде канавок, вырезанных в верхней поверхности более толстого диска, либо посредством дополнительных стенок, наложенных на верхнюю поверхность диска, либо в виде направляющих двумерной и/или трехмерной форм.
Массив 20 отделяющих устройств 21 частиц расположен в кольцевом пространстве на внешнем крае 17 диска, так что отдельные отделяющие устройства 21 расположены в угловых положениях вокруг диска.
Каждое отделяющее устройство способное направлять каждую частицу по одному из множества путей, как определено работой отделяющего устройства. В показанном примере, отделяющие устройства выполнены с возможностью направления частиц вверх или вниз относительно плоскости выходов 16. Как показано на фиг.2 и на фиг.3А, отделяющее устройство 21 может занимать начальное промежуточное или исходное положение, когда частицы не разделяются в одном или другом направлении. Как показано на фиг.3В, отделяющее устройство может быть перемещено вверх, чтобы направить частицы вниз в путь 22 для сбора внутри камеры 23 для сбора. Аналогично, когда отделяющее устройство перемещается в нижнее положение, как показано на фиг.3С, частицы перемещаются вверх по верхней части отделяющего устройства вдоль пути 24 для сбора внутри камеры 25. Два пути 22 и 24 разделены направляющей пластиной 26, которая обеспечивает перемещение частиц в одну или другую из камер 23, 25.
Для управления отделяющими устройствами 21, предусмотрена измерительная система, в целом, обозначенная позицией 28, которая используется для измерения выбранного параметра или параметров частиц, когда эти частицы движутся от конца канала на краю диска к отделяющим устройствам. Измерительные устройства размещены на установочном кольце 28А.
Измерительная система может быть любого подходящего типа, известного в данной отрасли, например, оптические измерительные системы, которые обнаруживают определенные оптические характеристики частиц для определения конкретных параметров, требуемых для измерения. Другие измерительные системы также могут быть использованы, поскольку тип используемой системы и выбираемые параметры не являются частью настоящего изобретения.
В типовом примере, анализ частиц относится к наличию деградации семян из–за заболевания, и это часто может быть обнаружено оптически, например, с использованием систем и раскрытых в предыдущем патенте США № 8227719, описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки или может быть использовано для дополнительной детализации.
Каждое отделяющее устройство 21 связано с соответствующим устройством 28 детектирования, которое может включать в себя множество компонентов детектирования, выполненных с возможностью измерения параметров частиц, и в ответ на параметры, измеренные связанным устройством детектирования, соответствующее или отделяющее устройство используется для выбора пути 22 или пути 24.
Понятно, что количество путей может быть изменено, чтобы включать более двух путей, если требуется, в зависимости от измеряемых параметров. Такой выбор для увеличенного числа путей может быть осуществлен путем предоставления последующих отделяющих устройств 21, расположенных далее по ходу от первоначального разделения. Таким образом, один или оба пути могут быть разделены на два или более вспомогательных путей, причем все отделяющие устройства управляются системой 29 управления, принимающей данные от измерительного устройства 28.
Диск 11, таким образом, имеет переднюю поверхность 30, обращенную к подающему трубопроводу, и каналы 14 лежат в радиальной плоскости диска и проходят наружу от оси к периферии 17 диска 11.
Как показано на фиг.4, каналы 14 образуют стоячую стенку 14А с открытой поверхностью, обращенной к подводящему трубопроводу 10 и поперек диска. Стенка 14А образует V–образное сечение с двумя сторонами 14В и 14С, сходящимися в вершине 14Е, на которой предусмотрена нарезка 14D. Однако каналы могут быть закрыты на верхней поверхности, при этом открыты только горловина 15 и выпускной конец 16.
Как показано на фиг.1, каналы 14 являются изогнутыми так, что внешний конец 16 имеет угловое отклонение относительно внутреннего конца 15. Это образует боковую поверхность 14В каждого канала, как лучше всего показано на фиг.4, которая имеет угловое замедление относительно направления вращения в направлении против часовой стрелки, как показано как D. Эта кривизна каналов выполнена так, чтобы, по существу, следовать за кориолисовыми и центробежными силами так, чтобы частицы следовали вдоль канала без чрезмерного давления на обе боковые стенки канала. Однако форма канала расположена так, что силы Кориолиса имеют тенденцию толкать частицу к стороне 14B выхода канала 14. Как показано на фиг.4, боковая стенка 14B наклонена так, что сила F на частицу толкает частицу против наклонной стенки, ведущей частицу к вершине 14E канала 14. Это приводит к тому, что все частицы приближаются к вершине 14E канала, так что частицы выходят из диска в радиальной плоскости вершин 14E каналов 14.
Как показано на фиг.4, стенка 14B включает в себя нарезы 14D, образованные в виде канавок или ребер, проходящих вдоль боковой стенки, так что, когда частицы катятся по поверхности от верхнего края поверхности к нижней стенке, частицы вращаются вокруг продольной оси частиц, стремясь выравнивать частицы их более длинными осями в продольном направлении стенки, а также стремясь вращать частицы вокруг этой продольной оси. Нарезные канавки или ребра, показанные на фиг.4, представляют собой сегменты, в целом, винтовых траекторий, которые пересекают поверхности канала. Винтовые траектории регулируют кручение частицы. Таким образом, когда частицы скользят по поверхности от входа 15 до выхода 16, частицы движутся к вершине поверхности и вращаются вокруг своих осей, чтобы правильно ориентировать частицы и придать кручение или вращение. Когда частицы выходят из выпуска 16, эти частицы, следовательно, являются выровненными в общей радиальной плоскости, выровненными их продольными осями вдоль канала и с некоторым вращением, когда они появляются для лучшего анализа частиц системой 28 детектирования. Вращение позволяет различным поверхностям частиц быть представленными в систему 28 детектирования для получения усредненных характеристик поверхности. В то же время частицы представлены в общей ориентации.
Как лучше всего показано на фиг.1, каналы 14 находятся непосредственно бок о бок на внутренних концах 15, примыкающих к оси, и увеличивают расстояние по направлению к внешним концам 16. На внутренних концах 15, каналы находятся непосредственно бок о бок, так что максимальное количество каналов обеспечивается максимальным количеством отверстий 15. Количество каналов может быть увеличено в не показанном устройстве, где каналы включают ответвления, так что каждый канал делится по своей длине на одну или более ветвей.
В другом устройстве, которое не показано, каналы могут быть уложены друг на друга на внутренних концах 15 для увеличения количества отверстий канала на внутреннем конце. То есть, например, если три кольца каналов уложены друг на друга, общее количество каналов может быть увеличено в три раза. Каналы затем располагаются в общей радиальной плоскости на внешних концах, причем самые верхние каналы движутся вниз, когда на внешнем крае появляется пространство для размещения трех колец каналов в общей плоскости. Таким образом, внешние концы 16 каналов могут быть расположены непосредственно бок о бок на периферии 17 диска или прилегающими к ней.
В варианте осуществления по фиг. 1 и 2, устройство 28 детектирования и отделяющее устройство 21 расположены внутри периферии 17 диска. Таким образом, частицы направляются, когда они проходят от внешнего конца каналов к массиву отделяющих устройств.
На фиг.5 показано альтернативное устройство, в котором отделяющие устройства 21 находятся за периферией 17 диска. В этом варианте осуществления, частицы движутся по траектории, определяемой угловой скоростью диска 11 и направлением канала 14 на внешнем конце 16. Соответствующие устройства 28 детектирования расположены относительно отделяющего устройства 21, чтобы воздействовать на частицу на ее траектории. Таким образом, траектория расположена в свободном пространстве между внешней периферией 17 и отделяющим устройством 21, так что частица, выходящая из выпускного конца 16 канала, проходит мимо одного из устройств 28 детектирования в зависимости от ее положения выпуска и от этого устройства детектирования, при этом частица движется к связанному отделяющему устройству 21, которое действует для разделения в зависимости от анализа, выполненного связанным с ней устройством 28 детектирования. Поэтому необходимо, чтобы траектории были согласованы и обеспечивали перемещение обнаруженной частицы в необходимое отделяющее устройство.
При необходимости на внешнем конце каждого канала предусмотрен подвижный направляющий элемент (не показан) для изменения траектории, при этом направляющий элемент образует направляющую поверхность, которая может быть жесткой или гибкой, которая изменяет ориентацию в угловом направлении для направления частиц к ближайшему детектору и связанному с ним разделителю, когда диск и каналы на нем, вращаются и перемещаются от одного детектора к другому.
В другом устройстве, которое не показано, вместо использования траектории движения частицы для управления перемещением частицы мимо требуемого устройства детектирования и связанного с ним отделяющего устройства, каждое отделяющее устройство 21 связано с направляющим каналом, в который входит частица, когда она выходит из внешнего конца 16, и соответствующее устройство 28 детектирования воздействуют на частицу в направляющем канале.
В другом устройстве, которое не показано, как устройства детектирования, так и отделяющие устройства установлены на диске для вращения с каналами. Таким образом, отделяющее устройство напрямую связано с соответствующим одним из каналов, чтобы гарантировать, что частицы, проходящие в канале, проходят мимо соответствующего устройства детектирования и из этого устройства детектирования непосредственно в отделяющее устройство, чтобы обеспечить точное разделение без возможности ошибок, вызванных различиями в траектории устройства по фиг.5. Опять же, отделяющие устройства действуют для разделения частиц в зависимости от их обнаруженных характеристик на пути или разделенные направляющей. При таком устройстве, путь проходит через отверстие в диске.
Как лучше всего показано на фиг. 3А, 3В и 3С, каждое отделяющее устройство содержит отделяющую головку 40, имеющую передний край 41, лежащий, в целом, в радиальной плоскости диска 11, так что частицы, высвобождаемые с внешних концов 16, движутся к переднему краю 41. Отделяющая головка 40 включает наклонные направляющие поверхности 42 и 43 на соответствующих сторонах переднего края 41. Таким образом, отделяющая головка 40, в целом, имеет клинообразную форму. Отделяющая головка установлена на рычаге 44, установленном внутри трубки 45, так что рычаг и исполнительный механизм для рычага защищены внутри трубки, которая расположена позади и защищена отделяющей головкой. Привод 46 предусмотрен для перемещения переднего края 41 между первым и вторым положениями выше и ниже радиальной плоскости 47, образованной путем частицы 13. Таким образом, на фиг.3А показано центральное и нейтральное положение. На фиг.3В передний край 41 перемещен вверх, который расположен так, чтобы направлять частицу к стороне радиальной плоскости ниже радиальной плоскости. В положении, показанном на фиг.3С, передний край перемещен вниз ко второй стороне радиальной плоскости и расположен так, чтобы направлять частицу к первой или верхней стороне радиальной плоскости. Это движение клинообразной головки и ее переднего края требует небольшого перемещения переднего края 41 и использует импульс самой частицы, чтобы вызвать отделение просто путем скольжения частицы по направляющим поверхностям 42 и 43. Следовательно, отделяющая головка не должна перемещаться при столкновении с частицей или создавать поперечные силы на частицу, поскольку головка просто должна перемещаться в положение, позволяющее частице генерировать требуемые отделяющие силы.
Принимая во внимание положение рычага, привод 46 должен генерировать только небольшие интервалы перемещения и, следовательно, может быть перемещен пьезоэлектрическими элементами. В качестве альтернативы, движения могут выполняться небольшой электромагнитной катушкой. Эта конструкция позволяет использовать компоненты, которые могут генерировать необходимое высокоскоростное действие, чтобы достаточно быстро занимать два положения на фиг. 3B и 3C, для приспособления к высокоскоростному движению частиц. Как показано, привод 46 расположен снаружи от отделяющей головки и лежит в радиальной плоскости отделяющей головки.
Таким образом, устройство по настоящему изобретению обеспечивает систему отделения частиц, например зерен, где частицы подаются в зону подачи и отделяются каналами и входом каналов с тем, чтобы образовать множество потоков частиц.
Расход питающей трубы 10 определяется ее самым узким сужением, и этим можно управлять для обеспечения подходящей скорости потока для частиц. Ядра заполняют центральную зону в центре диска и радиально перетекают в каналы в зоне выравнивания. Скорость удаления частиц вдоль каналов устанавливается путем выбора размеров и скорости вращения, чтобы быть равной скорости подачи, подаваемой через канал 10 подачи. Поток удовлетворяет уравнению непрерывности P1V1=P2V2, где P1 и P2 – плотности количества ядер, а V1 и V2 – скорости ядер. Среднее межцентровое расстояние между ядрами пропорционально V.
Второе ограничение обеспечивается шириной каналов 14, где ширина канала выбирается так, чтобы избежать блокировки ядра. Таким образом, ширина канала предпочтительно больше, чем длина ядра, чтобы избежать блокировки. Если ширина канала превышает длину ядра более чем в 1,5 раза, ядра могут перемещаться без сужения. Таким образом, число каналов, умноженное на ширину канала, может быть приблизительно равно диаметру подающей трубы. Однако, каналы не обязательно должны начинаться с диаметра подающей трубы. В целом, перед началом канала может быть плоская зона с диаметром, превышающим диаметр подающей трубы.
Еще одно ограничение относится к допустимой разнице в скорости между диском 11, расположенным вблизи подающего канала 10, и самим подающим каналом 10. Разница в скорости между подачей и диском на радиусе зоны подачи должна быть менее 2 м/с и, предпочтительно, менее 1 м/с для ядер пшеницы. Допустимая разница в скорости, в целом, меняется в зависимости от типа частицы, которая должна быть отделена. Ядра с большой Дельта v отскакивают от диска. Большая скорость может быть допущена в устройстве, где над диском в центральной точке подачи предусмотрена крышка. Небольшая начальная скорость от питающей трубы желательна для содействия перемещению из зоны подачи в зону выравнивания. Если начальная скорость является слишком большой, ядра подпрыгивают. Начальная скорость регулируется вертикальным расстоянием между подающей трубой и диском 11. Центральный конус может быть предусмотрен для помощи в направлении материала наружу в центре от оси.
В зоне выравнивания, обеспечиваемой каналами, ядра текут из зоны подачи в каналы. Поток продвигается центробежной силой, которая в этой зоне близка к 1G. Первоначально ядра плотно упакованы. По мере того как ядра набирают радиальную скорость, среднее расстояние увеличивается, и на ядра воздействует сила Кориолиса, обычно от 1 до 3G, пропорциональная радиальной скорости. Сила Кориолиса заставляет ядра выравниваться конец к концу вдоль нисходящей или задней боковой стенки канала или прохода. Ядра испытывают силу сопротивления из–за трения от боковой стенки, пропорциональную векторной сумме сил тяжести и Кориолиса. Коэффициент трения минимизируется или уменьшается благодаря изготовлению диска из гладкого износостойкого материала. Предпочтительно, боковые стенки каналов являются изогнутыми или наклоненными в вертикальном направлении, так что ядра перемещаются в общую радиальную плоскость в направлении Z благодаря силе Кориолиса вдоль боковой стенки канала.
В зоне ускорения, расстояние между ядрами увеличивается по мере ускорения ядер центробежной силой. Как показано, каналы изогнуты так, что сила Кориолиса также способствует ускорению ядра. Боковые стенки канала изготовлены из гладкого твердого материала, чтобы минимизировать трение и износ. Чистая сила на каждом ядре, как правило, намного больше 1G и быстро увеличивается с радиальным смещением. В одном примере, для диска диаметром 220 мм, вращающегося со скоростью 400 об/мин, максимальное усилие составляет приблизительно 44G. Аэродинамические силы сопротивления на ядра становятся важными с увеличением скорости, в конечном счете, устанавливая предельную скорость от 8 м/с до 9 м/с. Более высокие скорости могут быть достигнуты, если внешнее давление на диске понижается вакуумным насосом, или область, окружающая диск, заполнена газом, менее плотным, чем воздух, таким как гелий. Разница в давлении может использоваться для увеличения скорости потока в подающей трубе, в то же время, увеличивая конечную скорость. Игнорируя силы трения, конечная скорость ядра, покидающего периферийный край 17 диска, равна угловой скорости диска, умноженной на радиус диска.
Что касается скорости прохождения ядер через детектор 28, желательно, чтобы расстояние между центрами было достаточным, чтобы можно было выбрасывать одно ядро, не влияя на траекторию следующего ядра. Согласно приведенному выше уравнению неразрывности, отделение на две длины зерен пшеницы соответствует скорости ядра примерно 80 зерен в секунду на каждые 1 м/с скорости ядра.
Детектирование характеристик ядер не является частью настоящего изобретения и, следовательно, не описано подробно. Множество разных чувствительных систем могут быть использованы с использованием разных методов и разных характеристик частицы.
В одном примере используется оптическая система, где область отбора освещается подходящими световыми характеристиками. Отраженный свет принимается от исследуемой частицы, когда частица проходит через область отбора. Отраженный свет может быть анализирован на различные характеристики на разных длинах волн. Анализ может быть проведен спектрометром.
Как описано выше, ядра отклоняются механическим рычагом. В одном варианте осуществления, механический рычаг может быть прикреплен к поворотной линейной обмотке. В предпочтительном варианте осуществления, механический рычаг приводится в движение пьезоэлектрическим преобразователем. В одном варианте осуществления, пьезоэлектрический пакет производит небольшое смещение, которое усиливается посредством рычага. В предпочтительном варианте осуществления, пьезоэлектрический преобразователь представляет собой биморфный пьезоэлемент. Клиновидная головка 40 с углом при вершине от 20 до 45 градусов установлена на конце биморфного пьезоэлемента. Более предпочтительно, угол вершины составляет от 30 до 35 градусов. Ядра направляются на передний край клиновидной головки посредством установки для разделения. Когда на биморфный пьезоэлемент подается напряжение, клин отклоняется от своего центрального положения покоя. Если знак напряжения меняется на противоположный, направление отклонения меняется на противоположное. Биморфный пьезоэлемент длиной 40 мм может давать смещение около 2 мм. Биморфный пьезоэлемент может двигаться значительно быстрее, чем другие типы эжекторов. Более короткое время отклика на эжекторе позволяет более высокую скорость ядра.
Обращаясь к фиг. 7 и 8, показан дополнительный вариант осуществления, включающий в себя диск 300, приводимый в действие двигателем 301. Подающий трубопровод 302 подает материал в виде частиц вдоль пути 303 к месту 304 подачи, где конкретный материал падает на верхнюю поверхность диска 300. Центральный конус или купольный участок 305 расположен непосредственно под трубопроводом 302, чтобы способствовать распространению материала наружу по множеству каналов 306, 307, число которых, конечно, варьируется от минимального до максимального числа, которое можно получить в пределах доступной площади. В частности, когда имеется большое количество каналов, предусмотрены заслонки 308, 309, каждая из которых расположен на входе в соответствующий канал, чтобы управлять потоком конкретного материала в каналы. Таким образом, когда количество подаваемого материала является относительно малым, некоторые каналы могут быть закрыты посредством привода 310, приводящего в действие соответствующую заслонку.
Каждый канал образован каналом с двумя, как правило, вертикальными боковыми стенками 311 и 312, между которыми проходят частицы. Они могут быть вертикальными, но, скорее всего, имеют «наклонные» боковые стенки, как описано ранее. Кроме того, в зависимости от сортируемого элемента и геометрии вращающегося корпуса, этот канал может быть трубой (круглой, овальной, треугольной или четырехугольной и т.д.), или частичной трубой, то есть C–образной, L–образной, V–образной, или минимальной двумерной и/или трехмерной формой, следующей пути (путям), где сила воздействует на частицу посредством канала.
Каждый канал, такой как канал 307, показанный на фиг.8, включает в себя первый участок 313, второй участок 314 и третий участок 315 в разнесенных положениях по длине канала, ведущего к выпускной горловине 316 на конце канала, противоположном от заслонки 309. Первый участок 313 канала имеет форму и размещен с тем, чтобы обеспечить ускорение частиц после входа через затвор 309, чтобы отделить каждую частицу от следующей в продольном направлении по длине участка канала.
Второй участок 314 канала включает в себя один или более датчиков 317, 318, 319 в разнесенных положениях по длине участка 314 канала. Датчики могут быть использованы для измерения различных характеристик частиц, проходящих через участок 314 канала, так что устройство 320 управления, которое принимает сигналы от датчиков, может направлять отделяющую систему для отделения частиц внутри канала.
Второй участок 314 канала имеет форму и расположен с тем, чтобы обеспечить уменьшенное ускорение частиц внутри второго участка канала. Предпочтительно, устройство является таким, что во втором участке канала существует очень низкое или нулевое ускорение частиц, так что они поддерживают почти постоянную скорость через второй участок канала, когда они проходят датчики. Этого можно достичь, например, установив трение во второй области канала, чтобы сбалансировать центробежное ускорение. Альтернативно или в сочетании с трением, центробежное ускорение может быть уменьшено путем расположения второго участка канала вдоль кривой почти постоянного радиального расстояния от оси вращения.
Третий участок 315 канала действует как отделяющая система, в которой участок 315 канала поворачивается вокруг установочного пальца 321 с тем, чтобы перемещать выпускной конец 316, по меньшей мере, между двумя отдельными положениями. В положении, показанном на правом конце в канале 307, выпускное отверстие 316 лежит в той же плоскости, что и диск, и направляет частицы, выходящие из этого выпускного отверстия, в первый канал 322 для сбора в виде набора частиц, имеющих первую характеристику, измеренную датчиками. Второй канал 323 предусмотрен для приема частиц во втором положении участка 315 канала, как показано на левом конце фиг.8 относительно канала 306.
Таким образом, следует отметить, что участок 315 канала перемещается между первым и вторым положениями каналов 322 и 323 посредством привода 324, который поднимает выпускной конец 316 вверх и вниз между каналами 322 и 323. Обычно привод 324 представляет собой электромагнитную линейную обмотку, которая обеспечивает достаточное усилие и движение для подъема участка 315 канала между двумя положениями.
Как показано, в этом варианте осуществления третий участок 315 канала образует часть основного канала 306 или 307 и переносится на диске 300 для вращения с ним.
Третий участок 315 канала, как показано, также имеет форму, отличную от формы первого и второго участков канала таким образом, что вызывает замедление проходящих через него частиц. Таким образом, частицы, когда они выходят из выпускного конца 316, имеют скорость, которая уменьшена относительно скорости во время этапа измерения, с тем, чтобы уменьшить вероятность ударного повреждения после того, как частицы покидают выпускной конец. Следует отметить, что желаемый профиль скорости через канал зависит от свойств материала. Для некоторых материалов, третий участок канала может иметь форму, обеспечивающую увеличение скорости. В качестве альтернативы третий участок канала может быть заменен наклонным затвором, который может быть жестким, но более предпочтительно, гибким и изогнутым, с тем, чтобы прикладывать меньшие усилия перенаправления к частицам.
В дополнение к или вместо этого, частицы в участке 314 канала могут быть замедлены потоком воздуха, направленным вдоль канала, стремящимся замедлить движение частиц. Опять же, это используется для замедления частиц, чтобы предотвратить или уменьшить ударное повреждение, когда частицы покидают отверстие 316.
В дополнение к или вместо этого, частицы в участке 314 канала могут быть замедлены водяной завесой, такой как водопад или мениск, как описано ранее.
В дополнение к или вместо этого, ударное повреждение может быть уменьшено посредством создания упругого слоя 326 на поверхности канала 322, 323, на который частицы воздействуют, когда они покидают выпускное отверстие 316. В одном примере, слой 326 представляет собой упругий материал, такой как резина. В другом устройстве, ударное повреждение может быть уменьшено путем наклона поверхности, на которую воздействуют частицы.
В устройстве, показанном на фиг.1, сепаратор 21 включает в себя участок 21А крышки, которая образует закрытый канал, через который проходит частица, выбранная для пути 24. Этот канал может включать ударные поверхности и/или другие компоненты, которые вызывают замедление. Также на фиг.1 материал, выходящий с периферии 17 диска, собирается в канале 98 для сбора, который содержит подходящий замедляющий материал 99, как описано здесь.
Все упомянутые способы, относящиеся к замедлению при приближении к системе отделения, являются потенциальными технологиями, которые могут быть использованы для замедления частиц после отделения. Замедление после отделения будет очень важным в зависимости от того, что сортируется.
Таким образом, в этом варианте осуществления, концевой участок канала установлен на шарнире, который позволяет концевому участку канала наклоняться вверх или вниз, так что выход из канала отклоняется вверх или вниз. Концевой участок канала присоединен к приводу, который может быть пьезоэлектрическим приводом, поворотной линейной обмоткой или другим подходящим приводом. Преимущество этого способа состоит в том, что угловое смещение концевого участка в канале может варьироваться на основе качественных характеристик ядра для сортировки ядер во множество выходных потоков одним устройством.
В эжекторе ядро движется к эжектору, который состоит из клинообразной головки 40, установленной на конце биморфного пьезоэлемента, установленного в трубе. Позиция, показанная на фиг.3А, показывает биморфный пьезоэлемент без механического привода, в котором ядро имеет равную вероятность отклонения в верхний приемник или нижний приемник, отделенное делителем. Позиция, показанная на фиг.3В, показывает положение эжектора, когда на биморфный пьезоэлемент подается +100В, а ядра отклоняются в нижний приемник. Позиция, показанная на фиг.3С, показывает положение эжектора, когда на биморфный пьезоэлемент подается –100В, а ядра отклоняются в верхний приемник.
Система сепаратора, как описано и проиллюстрировано в данном документе, может быть использована с системами, в которых нет конкретного измерения параметра частицы, поскольку признаки отделяющего устройства могут быть использованы в других областях.
Как показано на фиг.10, показана система рассеивания, в целом, обозначенная позицией 400, включающая в себя балку 401 высевающего инструмента, на которой установлен ряд отдельных посадочных устройств 402. Каждый сеялка 402 подает семена посредством системы 403 каналов, которая подает семена из сепаратора 404, в целом, как описано выше, где бункер 405 подает семена в сепаратор.
Таким образом, система измерения и отделения по настоящему изобретению используется в аппарате 400 для высева или посадки для сортировки семян в соответствии с измеренными параметрами, относящимися к жизнеспособности, так что семена, которые с наибольшей вероятностью дают жизнеспособные растения, высаживаются, а менее жизнеспособные семена используются для других целей. Настоящее изобретение может быть использовано для сортировки семян по размеру, который определяется датчиком 406 для совместимости с посадочными устройствами. Датчик 406 может быть использован для подсчета семян, так что конкретное количество может быть посажено или упаковано. Устройство также обеспечивает быстрый поток разделенных семян, отделенных сепаратором 407, известного качества и количества в посадочном устройстве. Поскольку количество разделенных семян в секунду, обеспечиваемое настоящим изобретением, намного выше, чем в предшествующем уровне техники, фермер может засеять больше акров в час.
Как показано позицией 408, участок канала, ближайший к измерительному устройству, состоит из прозрачного материала 409.
Также как показано позицией 410, измерительные устройства расположены вблизи промежутка 411 в промежутках канала для измерения различных параметров частицы, с видом, свободным от стенок каналов. В таком устройстве, участок 412 канала является, по существу, параллельным вектору средней скорости частиц в месте промежутка 411, чтобы минимизировать возмущение потока частиц вдоль канала.
Как показано на фиг.6, показан один канал, который в своей основе имеет V–образный профиль, показанный на фиг.4. То есть канал 14 профилирован так, что ускорение заставляет частицу двигаться против стенок 14B, 14C канала, где стенка имеет V–образную форму для ограничения частицы в основании V–образной формы.
Стенка 14 включает одно или более отверстий 14G на вершине, так что частицы 13 проходят по стенкам 14B, 14C, но компоненты 13A, меньшие, чем частицы, отделяются от частиц путем высвобождения через отверстия 14G. В показанном варианте осуществления, отверстия 14G имеют форму в целом непрерывного отверстия вдоль вершины. Таким образом, каждый канал включает в себя связанный второй канал 14S, параллельный каналу 14, в который входят отдельные меньшие компоненты. Затем следует третий канал 14T, который снова забирает еще более мелкие частицы 13B. Таким образом, имеется пакет таких каналов 14, 14S, 14T, так что частицы по размеру отделяются от первого канала 14.
Так же, как схематично показано на фиг.10, отделение частиц в сепараторе 407 выполняется с использованием электростатических сил, где частицы заряжаются по–разному в соответствии с выбранными параметрами и затем пропускаются через поле 412, так что дифференциальная зарядка заставляет частицы отклоняться к разным путям.
Фиг.9 представляет собой схематичную иллюстрацию способа, включающего в себя ряд этапов, использующих установку для отделения по фиг.1.
Как показано, начальный процесс разделения и отделения, обозначенный позицией 500 на основе размера частиц, связывает отделенные материалы по каналам 501 и 502. На пути 501 частицы подвергаются этапу 503 покрытия, за которым следует этап 504 УФ–отверждения. На пути 502 частицы подвергаются этапу 505 УФ–стерилизации, за которым следует этап 506 нанесения антител.
В конце пути 501, второй этап 507 отделения на основе размера пропускает частицы, принятые по пути 508. На пути 508 частицы подвергаются этапу 509 УФ–стерилизации, за которым следует этап 510 нанесения антител. В конце пути 508 на дополнительном этапе 511 отделения выбираются частицы для путей принятия или отклонения. Аналогичным образом, в конце пути 502, дополнительный этап 512 отделения отбирает частицы для путей принятия или отклонения.
Фиг.11 представляет собой схематичную иллюстрацию различных воздействий на частицу с использованием способа по настоящему изобретению. То есть в этих случаях способ разделения используется не для сортировки, как описано выше, а вместо этого для различных операций, таких как подсчет, нанесение покрытия, стерилизация и другие.
Фиг.12 представляет собой схематичную иллюстрацию диска установки по фиг.1, показывающую различные варианты формы канала. В каждом канале, угол наклона канала к радиусу диска вызывает разные эффекты ускорения, отсутствия ускорения (постоянной скорости) и замедления. То есть в канале 141 частица, когда она движется наружу, подвергается возрастающему ускорению. В канале 142 частица, когда она движется наружу, подвергается ускорению, за которым следует постоянная скорость с последующим дальнейшим ускорением. В канале 143 частица, когда она движется наружу, подвергается ускорению, за которым следует постоянная скорость, за которой следует замедление. В канале 144 частица, когда она движется наружу, подвергается изменению профиля скорости.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ | 2018 |
|
RU2758202C2 |
| СОРТИРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО | 2012 |
|
RU2589537C2 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛЯННЫХ ПОЛЫХ СФЕР | 2015 |
|
RU2618757C2 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ПРЕДМЕТОВ | 1993 |
|
RU2098188C1 |
| ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ОТ ПОТОКА ГАЗА | 2013 |
|
RU2605562C1 |
| СЕПАРАТОР ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСИ ТЕКУЧИХ СРЕД | 2000 |
|
RU2266162C2 |
| ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СЕПАРАТОР И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ВЫПУСКОМ | 2013 |
|
RU2577261C1 |
| ЛИНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ УТИЛЬРЕЗИНЫ | 2001 |
|
RU2283759C2 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕПАРАЦИИ ГАЗА И ЖИДКОСТИ, А ТАКЖЕ СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ | 2014 |
|
RU2673054C2 |
| ПРОВЕРКА ДРАГОЦЕННЫХ КАМНЕЙ | 2013 |
|
RU2635296C2 |
Группа изобретений относится к разделению частиц, в частности семян. При осуществлении способа обеспечивают подачу многочисленных частиц в подводящий трубопровод, вращают вращающийся корпус вокруг оси. Корпус образует, по меньшей мере, один канал, проходящий от внутреннего конца, примыкающего к оси снаружи, к внешнему концу, отстоящему на большем радиальном расстоянии наружу от оси, чем внутренний конец. Подают многочисленные частицы во внутренний конец канала, расположенный в массиве вблизи оси, так что подающий трубопровод действует для осаждения частиц на внутреннем конце канала для ввода частиц во внутренний конец и для отделения потока частиц в трубопроводе в отдельный канал. Вращают корпус с угловой скоростью, которая создает центробежную силу на частицах, которая преодолевает трение частиц, вызванное контактом частиц с каналом, таким образом вызывая ускорение частиц при их прохождении от внутреннего конца к внешнему концу и обеспечение разделения частиц, чтобы они отделялись друг от друга пространством посредством ускорения, вызванного центробежной силой в канале, и выравнивались в ряд одна за другой в канале по мере их движения к внешнему концу. Повышается скорость разделения частиц, уменьшается размер оборудования, снижаются энергозатраты. 6 н. и 33 з.п. ф-лы, 14 ил.
1. Способ разделения частиц, при котором:
обеспечивают подачу многочисленных частиц в подводящий трубопровод;
вращают вращающийся корпус вокруг оси;
при этом вращающийся корпус образует, по меньшей мере, один канал, проходящий от внутреннего конца, примыкающего к оси снаружи, к внешнему концу, отстоящему на большем радиальном расстоянии наружу от оси, чем внутренний конец;
подают многочисленные частицы во внутренний конец упомянутого, по меньшей мере, одного канала;
причем внутренний конец расположен в части устройства вблизи оси, так что подающий трубопровод действует для осаждения частиц на внутреннем конце упомянутого, по меньшей мере, одного канала для ввода частиц во внутренний конец и для отделения потока частиц в трубопроводе в отдельный упомянутый, по меньшей мере, один канал, отличающийся тем, что
вращают вращающийся корпус с угловой скоростью, которая создает центробежную силу на частицах, которая преодолевает трение частиц, вызванное контактом частиц с каналом, таким образом вызывая ускорение частиц при их прохождении от внутреннего конца к внешнему концу и обеспечение разделения частиц таким образом, чтобы они отделялись друг от друга пространством посредством упомянутого ускорения, вызванного центробежной силой в упомянутом по меньшей мере одном канале, и выравнивались в ряд одна за другой в канале по мере их движения к внешнему концу.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выполняют операцию по разделению частиц.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что операция выполняется одним или более устройствами, находящимися на вращающемся корпусе.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что операция выполняется множеством устройств, расположенных в кольцевой зоне, окружающей внешние концы упомянутого, по меньшей мере, одного канала таким образом, что операция выполняется после того, как частицы выпущены из упомянутого одного канала.
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один канал содержит множество каналов, расположенных в виде массива вокруг оси, где каналы расположены непосредственно бок о бок друг с другом на внутренних концах, прилегающих к оси, для взаимодействия с упомянутым подающим трубопроводом и увеличения расстояния между ними к внешним концам.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что операция включает измерительное устройство, которое связано с соответствующим одним из множества устройств для отделения, каждое из которых расположено для направления соответствующих частиц по одному из множества путей, который определяется посредством измерения параметра связанным измерительным устройством.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что измерение параметров осуществляют множеством измерительных устройств, количество которых равно количеству каналов, при этом каждое из этих измерительных устройств включает в себя один или более компонентов для отдельных параметров частиц.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что вращающийся корпус содержит дисковый элемент, имеющий переднюю поверхность, обращенную к подающему трубопроводу, а упомянутый, по меньшей мере, один канал находится в радиальной плоскости дискового элемента и проходит наружу от оси к периферии диска.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один канал изогнут так, что внешний конец имеет угловое отклонение относительно внутреннего конца.
10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один канал содержит ответвления.
11. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один канал включает в себя боковую стенку, против которой частицы приводятся в движение посредством ускорения, которая имеет такую форму, что ускорение на частицах действует для перемещения частиц в общую радиальную плоскость для освобождения из вращающегося корпуса.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один канал включает в себя первый участок, выполненный с возможностью отделения каждой частицы от следующей посредством ускорения, и второй участок для измерения, при этом первый и второй участки расположены так, что частица замедляется для уменьшения ее скорости.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что частица замедляется формой дополнительного участка канала, который действует для замедления частиц в нем.
14. Способ по п.12, отличающийся тем, что частица замедляется потоком текучей среды.
15. Способ по п.12, отличающийся тем, что частица замедляется изменением характеристик трения поверхности упомянутого, по меньшей мере, одного канала.
16. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что частицы замедляются посредством ударной поверхности, которая расположена для уменьшения ударных нагрузок на них.
17. Способ по любому из предшествующих пунктов, включающий применение закрывающего элемента для закрытия доступа к одному или более каналам из подающего трубопровода.
18. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что, по меньшей мере, участок канала выполнен из прозрачного материала.
19. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один канал имеет стенку, которая сегментирована, по меньшей мере, одним промежутком между сегментами стенки или между отдельными сегментами канала.
20. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поверхность упомянутого, по меньшей мере, одного канала включает в себя нарезку для зацепления и вращения частицы в канале.
21. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один канал включает одно или более отверстий в таком месте, что компоненты, меньшие, чем частицы, отделяются от частиц путем высвобождения через отверстия.
22. Способ по п.21, отличающийся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один канал имеет связанный второй канал, в целом параллельный каналу, в который входят отделенные меньшие компоненты.
23. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один канал сформирован так, что ускорение заставляет частицу двигаться против стенки канала, при этом стенка имеет V–образную форму для ограничения частицы в основании V–образной формы.
24. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что предусмотрено упомянутое, по меньшей мере, одно отделяющее устройство, которое содержит отделяющую головку, имеющую передний край, расположенный в нейтральном положении так, чтобы частицы, которые должны быть отделены, перемещались по направлению к переднему краю в нейтральном положении в потоке, и привод для перемещения переднего края из нейтрального положения либо в первое положение на одной стороне потока, расположенной для направления частицы к первому пути на второй стороне потока, либо во второе положение на второй стороне потока, расположенной для направления частицы ко второму пути на упомянутой одной стороне потока.
25. Способ по п.24, отличающийся тем, что отделяющая головка расположена в радиальной плоскости вращающегося корпуса, а первая и вторая стороны расположены на соответствующих сторонах радиальной плоскости.
26. Способ по п.24 или 25, отличающийся тем, что отделяющая головка содержит наклонные направляющие поверхности на первой и второй сторонах переднего конца.
27. Способ по любому из пп.24–26, отличающийся тем, что отделяющая головка имеет в целом клиновидную форму.
28. Способ по любому из пп.24–27, отличающийся тем, что привод перемещается пьезоэлектрическим элементом.
29. Способ по любому из пп.24-28, отличающийся тем, что отделяющая головка установлена на вращающемся корпусе.
30. Способ по любому из пп.24-29, отличающийся тем, что в по меньшей мере одном из первого и второго путей обеспечивают второе отделяющее устройство для отделения частиц в пути, выполненное с возможностью направления каждой частицы в выбранный один из третьего и четвертого путей упомянутого множества путей, при этом второе отделяющее устройство содержит вторую отделяющую головку, имеющую передний край, который находится в основном вдоль потока, так что частицы в потоке движутся к переднему краю, по меньшей мере первую и вторую боковые поверхности, расходящиеся от переднего края, и привод для перемещения переднего края.
31. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждый канал включает в себя участок канала и привод для перемещения выпускного конца участка канала, по меньшей мере, между двумя отдельными положениями, расположенными для направления частиц в соответствующие отдельные места сбора.
32. Способ отделения частиц, при котором:
подают частицы, которые должны быть рассортированы, в подающий трубопровод;
формируют частицы из подающего трубопровода в поток частиц в ряд;
размещают в потоке отделяющее устройство частиц, выполненное с возможностью направления каждой частицы по одному из множества путей;
при этом каждое отделяющее устройство содержит:
отделяющую головку, имеющую передний край, в целом вдоль потока, так что частицы в потоке движутся к переднему краю; и
привод для перемещения переднего края между первым положением на первой стороне потока, расположенным для направления частицы ко второй стороне потока, и вторым положением на второй стороне потока, расположенным для направления частицы к первой стороне потока.
33. Способ по п.32, при котором отделяющая головка содержит наклонные направляющие поверхности на первой и второй сторонах переднего конца.
34. Способ по п.32 или 33, при котором отделяющая головка имеет в целом клиновидную форму.
35. Способ по любому из пп.32–34, при котором привод перемещают пьезоэлектрическим элементом.
36. Способ сортировки частиц, при котором:
подают частицы, которые должны быть рассортированы, в подающий трубопровод;
формируют частицы из подающего трубопровода в поток частиц в ряд;
размещают в потоке отделяющее устройство частиц, выполненное с возможностью направления каждой частицы по одному из множества путей;
при этом каждое отделяющее устройство содержит привод для перемещения отделяющего компонента между первым положением, предназначенным для направления частицы по первому пути, и вторым положением, предназначенным для направления частицы по второму пути;
причем привод перемещают пьезоэлектрическим элементом.
37. Способ сортировки частиц, при котором:
подают частицы, которые должны быть рассортированы, в подающий трубопровод;
формируют частицы из подающего трубопровода в поток частиц в ряд;
размещают в потоке отделяющее устройство частиц, выполненное с возможностью направления каждой частицы по одному из множества путей, как определено работой отделяющего устройства;
при этом каждое отделяющее устройство содержит канал, выполненный таким образом, что частицы, которые должны быть отделены, перемещаются через канала в потоке к выпускному концу канала, причем канал имеет подвижный участок выпускного конца канала на выпускном конце; и привод для перемещения участка выпускного конца канала между, по меньшей мере, двумя отдельными положениями, расположенными для направления частиц в соответствующие отдельные места сбора.
38. Способ сортировки частиц, при котором:
подают частицы, которые должны быть рассортированы, в подающий трубопровод;
формируют частицы из подающего трубопровода в поток частиц в ряд;
размещают в потоке отделяющее устройство частиц, выполненное с возможностью направления каждой частицы по одному из множества путей, как определено работой отделяющего устройства;
при этом каждая частица проходит через первый участок пути, выполненный для отделения каждой из частиц от следующей посредством ускорения, и второй участок, причем первый и второй участки выполнены таким образом, что ускорение частицы в первом участке является большим, чем во втором участке.
39. Способ сортировки частиц, при котором:
подают частицы, которые должны быть рассортированы, в подающий трубопровод;
формируют частицы из подающего трубопровода в поток частиц в ряд;
размещают в потоке отделяющее устройство частицы, выполненное с возможностью направления каждой частицы по одному из множества путей для сбора, как определено работой отделяющего устройства; и
обеспечивают управляемое замедление каждой частицы для предотвращения ее повреждения.
| US 3912120 A, 14.10.1975 | |||
| Инерционный сепаратор | 1983 |
|
SU1238816A2 |
| Инерционный сепаратор | 1984 |
|
SU1207531A1 |
| ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР АЛМАЗОВ | 2011 |
|
RU2475307C1 |
| СЕПАРАТОР СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ | 1997 |
|
RU2131309C1 |
| ИНЕРЦИОННЫЙ ЩЕЛЕВОЙ СЕПАРАТОР | 2006 |
|
RU2321467C2 |
| ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ СЫПУЧИХ ЗЕРНОВЫХ ПРОДУКТОВ | 1997 |
|
RU2132756C1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУХОЙ ОЧИСТКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ | 1992 |
|
RU2012429C1 |
| ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ СЕПАРАТОР ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ И УСТРОЙСТВО ОТДЕЛЕНИЯ ИСКОМОГО ПРОДУКТА ДЛЯ СЕПАРАТОРОВОВ (ВАРИАНТЫ) | 2002 |
|
RU2215586C1 |
| Абсорбционная холодильная установка | 1973 |
|
SU468066A1 |
| Аналого-цифровой преобразователь | 1972 |
|
SU474930A1 |
