Способ классификации сыпучих материалов и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК B07B4/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве для очистки продовольственного зерна и деления зерна по классам, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известен способ сепарации сыпучей смеси в текучей среде и устройство для его осуществления (пат. РФ №2462319 В07В 4/02), сущность которых заключается в гравитационной подаче частиц, аэродинамическом монотонно растущем воздействии на них под острым углом к вертикали каскадом плоских струй и выводе готовых фракций, причем перед аэродинамическим воздействием на частицы смеси течение каждой струи переводят в режим развитой турбулентности путем расширения их по вертикали до слияния друг с другом и образованием вначале каждого межструйного пространства двух циркуляционных зон отличных по размерам. Перед формированием циркуляционных зон осуществляют резкое изменение направление течения струй с вертикального на почти горизонтальное с последующим их стеснением по вертикали.

Недостатками этого способа являются низкое качество разделения сыпучей смеси на фракции. Каскад струй до смыкания неотвратимо приводит к возникновению зон давления и разряжения с появлением прямых и обратных течений. В зоне обратных течений происходит втягивание легких частиц в движение, обратное направлению основного потока частиц, что приводит к соударению и частичному смешиванию разделенных частиц; повысить же производительность за счет увеличения гравитационной подачи смеси и скорости течения воздуха в струях не представляется возможным, поскольку увеличение скорости подачи смеси приведет к снижению времени воздействия воздушного потока на частицы смеси, а увеличение скорости течения воздуха в струях приведет к ухудшению качества процесса сепарации из-за того, что большинство частиц смеси не будут попадать в соответствующие сборники, они будут просто сдуваться воздухом на большее расстояние, чем это необходимо.

Известен способ классификации сыпучих материалов (см. патент RU 2440858 С2 В07В 4/04), включающий их последовательную подачу слоем на ряд шероховатых наклонных плоскостей, разделение ссыпающегося слоя по высоте на три части после каждой плоскости, противоточное перемещение частей вдоль нижних кромок плоскостей и выделение фракций после последней плоскости посредством продольного разделения ссыпающегося слоя на части. Противоточное перемещение частей ссыпающегося слоя осуществляют путем продувки слоя воздухом, который подают вдоль нижних кромок плоскостей в направлении одной из их боковых кромок, а центральную часть слоя перемещают навстречу потоку воздуха с использованием, установленных в ряд отклоняющих элементов. Устройство, реализующее этот способ, содержит загрузочный бункер, питатель-дозатор, расположенные под ним каскадом шероховатые наклонные плоскости, размещенные под каждой плоскостью узлы для разделения слоя ссыпавшегося материала на три части и их противоточного перемещения вдоль нижних кромок плоскостей, и приемник выделяемых фракций материала. Узлы выполнены в виде ориентированных вдоль нижних кромок плоскостей пневмокамер, связанных патрубками с коллекторами подводимого и отводимого воздуха, расположенными со стороны противоположных боковых кромок плоскостей, причем в центральной части каждой камеры размещены делители слоя материала, выполненные в виде двух вертикальных пластин и ряд гибких отклоняющих элементов, закрепленных на противолежащих сторонах пластин.

Недостатком таких технических решений является невысокая производительность и низкое качество классификации сыпучих материалов по комплексу физико-механических свойств частиц. Основной причиной этих недостатков являются ограничения скорости и толщины слоя материала, движущегося по шероховатой плоскости, определяющие производительность и эффективность разделения частиц по их физическим свойствам на три потока, а также высокая концентрация частиц при их продольном смещении по парусности и плотности воздушным потоком.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ классификации сыпучих материалов и устройство для его осуществления (см. патент РФ №2728069), включающий гравитационную тонкослойную подачу материала на первую, а затем на последующие отражающие плоскости с целью создания объемно-структурного сопряжения между отраженными упругими и неотраженными неупругими частицами, и воздушным потоком, продувающим поток частиц в сторону осадочной камеры, что позволяет снизить частоту соударения частиц в зоне сепарации и повысить эффективность выделения легких и неупругих частиц. Разделение предварительно очищенного материала на фракции после последнего каскада, осуществляют путем поперечной продувки ссыпающегося слоя автономным, горизонтальным воздушным потоком.

Недостатком таких технических решений является низкое качество классификации сыпучих материалов по комплексу физико-механических свойств частиц и сложность конструкции, реализующей этот способ.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности очистки и классификации сыпучих материалов по комплексу физико-механических свойств частиц за счет рационального расположения частиц по ширине веера, а также сочетания скорости воздушного потока и скорости витания зерна для каждой фракции.

Поставленная задача решается тем, что осуществляют гравитационную тонкослойную подачу материала на отражающую плоскость с целью создания объемно-структурного сопряжения частиц с воздушным потоком. В начале осуществляют подачу материала на шероховатую наклонную поверхность, с целью расслоения зернового слоя по физико-механическим свойствам, а затем на отражающую плоскость, установленную под углом к нижней кромке шероховатой поверхности и расположенную от нее вниз на определенном расстоянии. Все это позволяет создать рациональный веер из расслоенных частиц согласно физико-механическим свойствам, сосредотачивая при этом неупругие и легкие частицы в близи границы выделения воздушным потоком, обеспечить высокую пористость зернового веера, исключая этим стесненность и проявление экранирующего эффекта в зоне предварительной очистки и классификации зерновых частиц.

В способе классификации сыпучих материалов ширину веера падающих вниз частиц можно автономно регулировать углом установки наклонной поверхности и отражающей плоскости к горизонту.

В способе классификации сыпучих материалов, поддержание скорости воздушного потока, для каждого класса зерна по длине камеры классификации обеспечивается путем отбора определенного объема воздуха из камеры классификации через жалюзи воздушного канала, установленные с определенным шагом.

В устройстве для классификации сыпучих материалов содержащем загрузочный бункер, питатель-дозатор, расположенную под ним отражающую плоскость, пневмокамеру и приемник выделяемых фракций материала, согласно изобретения, после питателя-дозатора установлены наклонная шероховатая поверхность и отражающая плоскость расположенная от нее вниз на определенном расстоянии, формирующие зерновой веер с рациональным расположением частиц согласно их физико-механическим свойствам, пневмокамеру для выделения воздушным потоком легких и неупругих частиц из расслоенного зернового веера и транспортирования их в осадочную камеру, пневмокамера, расположена, под отражающей плоскостью между боковыми стенками установки. Передняя стенка пневмокамеры открыта и обеспечивает свободное поступление наружного воздуха в пневмокамеру, связанную пневмопроводом с осадочной камерой и вентилятором. Под пневмокамерой расположены: камера классификации очищенного материала по классам и воздушный канал с жалюзи для регулирования скорости воздуха по длине камеры, осадочная камера (на фиг. не представлена) с вентилятором и приемники фракций.

На фиг. представлена схема установки, реализующей способ классификации сыпучих материалов с предварительной очисткой. Установка состоит из загрузочного бункера исходной смеси 1 со щелевидным выгрузочным отверстием, питателя-дозатора 2, под которым расположена наклонная шероховатая поверхность 3, под ней расположена отражающая плоскость 4. Наклонная поверхность и плоскость закреплены на боковых стенках установки с возможностью их автономного регулирования угла наклона к горизонту. Под нижней кромкой отражающей плоскости смонтирована пневмокамера 5. Пневмокамера расположена под отражающей плоскостью между боковыми стенками установки. Передняя стенка пневмокамеры открыта и обеспечивает свободное поступление наружного воздуха в пневмокамеру, связанную материалопроводом 6, с заслонкой 7 для настраивания необходимой скорости воздушного потока в пневмокамере с осадочной камерой (на рис. не представлена) и вентилятором 8.

Под пневмокамерой расположен воздушный канал 9 с жалюзи 10 для регулирования необходимой скорости воздушного потока по длине камеры классификации 11, в нижней части которой установлены со шлюзовыми затворами приемники фракций 12, в соответствии с числом выделяемых фракций. Воздушный канал связан пневмопроводом 13, с заслонкой 14, и вентилятором 15.

Способ осуществляют следующим образом. Из бункера 1 с помощью питателя-дозатора 2, исходный материал подается на наклонную шероховатую поверхность 3, установленную под углом к горизонту, больше угла естественного откоса материала. При этом, образуется слой материала, движущейся по поверхности к ее нижней кромке. В результате того, что нижний слой материала, движущейся по шероховатой поверхности имеет коэффициент сопротивления сдвигу больше чем вышележащие слои, поэтому происходит послойное движение сыпучего тела по всей поверхности. При этом, частицы, расположенные в верхней части слоя, имеют большую скорость, чем частицы в средней его части. Последние, в свою очередь, движутся быстрее, чем частицы нижнего слоя. При этом верхние слои материала обгоняют нижние и, взаимодействуя с ними в режиме столкновения, обмениваются между собой частицами через образующиеся поры. В результате происходит процесс самосортирования частиц по механизму просеивания. Поэтом в нижней части слоя преимущественно сосредотачиваются мелкие частицы, в средней части -относительно крупные и плотные, а в верхней части - крупные частицы с низкой плотностью.

Так как по толщине скатывающегося зернового тела имеется градиент скорости между слоями, при сходе с наклонной поверхности образуется веер: частицы верхнего слоя летят по длинным траекториям вблизи верхней границы веера, частицы средних слоев - по более коротким траекториям, а частицы нижних слоев - по самым коротким траекториям. Таким образом, частицы веера с отражающей плоскостью 4 встречаются с разной скоростью и на разном расстоянии друг от друга, обеспечивая этим необходимую ширину и рациональное расположение частиц по крупности, плотности и упругим свойствам по ширине веера. Ширину веера и рациональное расположение в нем частиц регулируют автономно, изменяя углы наклона поверхности и отражающей плоскости к горизонту.

В пневмокамере 5 веер падающих частиц продувается потоком воздуха, направленным вдоль ширины веера, на встречу отражающей плоскости. При продувке легкие частицы в начале, выносятся из крайних слоев веера, содержащих крупные и плотные частицы, затем из средних, содержащие средней крупности и плотности частицы, а затем из последних слоев, содержащих легкие и неупругие частицы. Достаточная ширина и пористость веера исключают стесненность выделения легкой фракции и экранирующий эффект, обеспечивая высокую эффективность очистки зерна. Необходимая скорость воздушного потока, создаваемая вентилятором 8, настраивается с помощью заслонки 7, а выделенная фракция транспортируется по материалопроводу 6 в осадочную камеру (на фиг. она не представлена).

Далее предварительно очищенный зерновой веер попадает в камеру классификации 11, где продувается горизонтальным потоком воздуха. Для каждой фракции подбирается своя скорость воздушного потока по длине камеры классификации. Для этого через жалюзи 10, установленные в воздушном канале 9, с определенным шагом, из камеры классификации отбирается по ее длине определенные объемы воздушного потока, создавая дифференцируемую скорость по длине камеры классификации. Величина отбираемого воздушного потока по длине камеры классификации регулируется величиной открытия жалюзи. В начале устанавливается в камере скорость воздушного потока, соответствующая скорости витания частиц первой фракции (тяжелая). Затем с помощь следующей ступени жалюзи воздушного канала устанавливается скорость воздушного потока, соответствующая скорости витания частиц второй фракции (средняя). Аналогично настраивается скорость воздушного потока для кормовой фракции. При продувке зернового веера в камере классификации дифференцированным по скорости воздушным потоком частицы смещаются по длине камеры согласно скорости витания и попадают в соответствующие приемники со шлюзовыми затворами.

Предложенная группа изобретений относится к способам и устройствам для предварительной очистки и классификации сыпучих материалов и может быть использована в сельскохозяйственном производстве для очистки продовольственного зерна и деления зерна по классам, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Способ классификации сыпучих материалов включает подачу сыпучего материала на отражающую плоскость, создавая объемно-структурное сопряжение между частицами с разными упругими свойствами и воздушным потоком, который подают поперек веера отраженных частиц в сторону осадочной камеры, разделение предварительно очищенного материала на фракции путем поперечной продувки ссыпающегося слоя горизонтальным воздушным потоком. Зерновой слой перед подачей на отражающую плоскость предварительно расслаивают в зерновом слое по плотности и крупности частиц на наклонной шероховатой поверхности, установленной под углом к горизонту больше угла естественного откоса материала. Последующее разделение на фракции, отраженных по упругим свойствам частиц и предварительно очищенных от примесей, осуществляют дифференцированным по скорости горизонтальным воздушным потоком. Осуществляют регулирование ширины веера отраженных частиц углами установки шероховатой поверхности и отражающей плоскости к горизонту, а также расстоянием по вертикали между нижней гранью шероховатой поверхности и верхней частью отражающей плоскости. Устройство для классификации сыпучих материалов содержит загрузочный бункер, питатель-дозатор, отражающую плоскость, расположенную под ней пневмокамеру с материалопроводом для выделения легких примесей из зернового веера воздушным потоком и транспортирования их в осадочную камеру, приемники выделяемых фракций. Устройство снабжено установленными под пневмокамерой камерой классификации очищенного материала по классам и воздушным каналом с жалюзи для регулирования скорости воздуха по длине камеры классификации, а также шероховатой поверхностью, установленной с возможностью регулирования угла наклона к горизонту после питателя-дозатора и перед отражательной плоскостью, выполненной с возможностью регулирования угла наклона к горизонту и перемещения по вертикали. Приемники фракций выполнены со шлюзовыми затворами. Технический результат - повышение эффективности очистки и классификации сыпучих материалов по комплексу физико-механических свойств частиц. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ классификации сыпучих материалов, включающий подачу сыпучего материала на отражающую плоскость, создавая объемно-структурное сопряжение между частицами с разными упругими свойствами и воздушным потоком, который подают поперек веера отраженных частиц в сторону осадочной камеры, разделение предварительно очищенного материала на фракции путем поперечной продувки ссыпающегося слоя горизонтальным воздушным потоком, отличающийся тем, что зерновой слой перед подачей на отражающую плоскость предварительно расслаивают в зерновом слое по плотности и крупности частиц на наклонной шероховатой поверхности, установленной под углом к горизонту больше угла естественного откоса материала, а последующее разделение на фракции, отраженных по упругим свойствам частиц и предварительно очищенных от примесей осуществляют дифференцированным по скорости горизонтальным воздушным потоком, при этом осуществляют регулирование ширины веера отраженных частиц углами установки шероховатой поверхности и отражающей плоскости к горизонту, а также расстоянием по вертикали между нижней гранью шероховатой поверхности и верхней частью отражающей плоскости.

2. Устройство для классификации сыпучих материалов, содержащее загрузочный бункер, питатель-дозатор, отражающую плоскость, расположенную под ней пневмокамеру с материалопроводом для выделения легких примесей из зернового веера воздушным потоком и транспортирования их в осадочную камеру, приемники выделяемых фракций, отличающееся тем, что снабжено установленными под пневмокамерой камерой классификации очищенного материала по классам и воздушным каналом с жалюзи для регулирования скорости воздуха по длине камеры классификации, а также шероховатой поверхностью, установленной с возможностью регулирования угла наклона к горизонту после питателя-дозатора и перед отражательной плоскостью, выполненной с возможностью регулирования угла наклона к горизонту и перемещения по вертикали, при этом приемники фракций выполнены со шлюзовыми затворами.