Установка для шелушения семян рапса в квазитороидальном резонаторе Российский патент 2025 года по МПК B02B3/00 

Предполагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к зерноперерабатывающему оборудованию, предназначенному для отделения оболочки семян рапса от ядра при воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты.

Известно, для производства пищевого рапсового масла необходимо шелушить семена рапса. В производстве существуют шелушители, но они достаточно энергоемкие. Известны двух и трехмодульные шелушители рапса с использованием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) [1, 2]. Первый модуль обеспечивает распыление воды. Второй модуль, представленный в виде резонатора, где возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты, обеспечивает отделение оболочек рапса от ядра за счет противоположно направленных градиентов влажности. В третьем модуле расположены лопасти вентилятора, покрытые также абразивным материалом.

Недостатки. В обеих установках (двухмодульная и трехмодульная) с СВЧ энергоподводом в цилиндрический резонатор - это трудности согласования режимных параметров каждого модуля, отсюда дробление ядра и потери.

Аналогом является воздушный сепаратор Р3-БСД, предназначенный для выделения примесей, отличающихся от зерна аэродинамическими свойствами, и для отделения транспортирующего воздуха от зерна [3]. Отдельные узлы сепаратора позволяют транспортировать семена рапса и осуществлять циркуляцию воздуха, но нет узлов, позволяющих шелушить семена рапса, отделяющие лузгу от ядер.

Возникает проблема осуществления качественного шелушения семян рапса с сохранением целостности ядер.

Технический результат изобретения - повышение эффективности шелушения семян при сохранении целостности ядра.

Научную новизну представляет конструктивное исполнение установки с квазитороидальным резонатором, обеспечивающим совмещение шелушения, многократного удара и истирания увлажненных оболочек рапса с воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты.

Основная идея, принцип работы и конструкция установки базируется на том, что в квазитороидальном резонаторе происходит совмещение нескольких процессов. А именно: распыление воды на поверхность семян рапса в неферромагнитной загрузочной емкости; отволаживание в направляющей радиопрозрачной воронке; многократные удары и истирание увлажненных оболочек рапса об электроприводной распределительный конус, покрытый мелкозернистым абразивным материалом; воздействие ЭМПСВЧ высокой напряженности электрического поля в конденсаторной части квазитороидального резонатора.

Для достижения заявленного технического результата установка для шелушения семян рапса в квазитороидальном резонаторе (фиг. 1-13) содержит

квазитороидальный резонатор, где в конденсаторной части, образованной между соосно расположенными неферромагнитным наружным конусом и неферромагнитным внутренним электроприводным конусом без основания, установлено покрытое мелкозернистым абразивным материалом радиопрозрачное отражательное кольцо с зазором от неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса,

причем к периметру обечайки неферромагнитного наружного конуса прикреплен неферромагнитный наружный цилиндр, где его основанием служит неферромагнитная коническая емкость,

а под периметром обечайки неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса, поверхность которого покрыта мелкозернистым абразивным материалом, через зазор, не превышающий четверти длины волны, соосно установлен неферромагнитный внутренний цилиндр без оснований, образовывая пневмосепарирующий канал с радиопрозрачным средним цилиндром,

причем соосно с ним установлен радиопрозрачный центральный цилиндр без верхнего основания и с заслонкой, вместо нижнего основания, и радиопрозрачная осадочная камера, под которой расположен радиопрозрачный патрубок,

а над радиопрозрачной осадочной камерой, через зазор установлен радиопрозрачный поддон, на основании которого имеется кольцевое отверстие,

при этом над квазитороидальным резонатором установлена неферромагнитная загрузочная емкость с направляющей и патрубками для подачи семян рапса воздухом и для распыления воды, соединенная через радиопрозрачный патрубок с радиопрозрачной воронкой, расположенной под вершиной неферромагнитного наружного конуса,

причем, внутри радиопрозрачной воронки расположена радиопрозрачная электроприводная щетка, установленная на радиопрозрачный вал, на который установлен неферромагнитный внутренний электроприводной конус,

а в конденсаторную часть квазитороидального резонатора направлены излучатели от магнетронов воздушного охлаждения, установленных на поверхности неферромагнитного наружного конуса со сдвигом на 120 градусов,

причем образованный между неферромагнитным наружным цилиндром и неферромагнитным внутренним цилиндром кольцевой канал и неферромагнитная коническая емкость представляют тороидальную часть квазитороидального резонатора.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

- схематическое изображение установки для шелушения семян рапса в квазитороидальном резонаторе (фиг. 1),

и пространственные изображения:

- установки для шелушения семян рапса в квазитороидальном резонаторе в разрезе с позициями (фиг. 2);

- установки для шелушения семян рапса в квазитороидальном резонаторе в разрезе (фиг. 3);

- наружного корпуса квазитороидального резонатора (фиг. 4);

- неферромагнитной загрузочной емкости с направляющей и патрубками для подачи семян рапса воздухом и для распыления воды (фиг. 5);

- расположения неферромагнитной загрузочной емкости, радиопрозрачной воронки с радиопрозрачной электроприводной щеткой, радиопрозрачного отражательного кольца с мелкозернистым абразивным материалом, неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса с мелкозернистым абразивным материалом (фиг. 6);

- радиопрозрачной электроприводной щетки (фиг. 7);

- неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса без покрытия мелкозернистым абразивным материалом (фиг. 8);

- неферромагнитного внутреннего цилиндра (фиг. 9);

- расположения радиопрозрачного поддона, радиопрозрачного среднего цилиндра, радиопрозрачного центрального цилиндра, радиопрозрачной осадочной камеры, радиопрозрачного патрубка, радиопрозрачного центрального цилиндра, неферромагнитной заслонки, в разрезе (фиг. 10);

- радиопрозрачного поддона (фиг. 11);

- расположения радиопрозрачного среднего цилиндра и радиопрозрачной осадочной камеры, в разрезе (фиг. 12);

- радиопрозрачного патрубка, в разрезе (фиг. 13).

Установка для шелушения семян рапса в квазитороидальном резонаторе (рис. 1-13) содержит:

- неферромагнитную загрузочную емкость 1;

- направляющая 2;

- радиопрозрачный вал 3;

- патрубок 4 для распыления воды;

- радиопрозрачную воронку 5 с патрубком;

- радиопрозрачную электроприводную щетку 6;

- неферромагнитный наружный конус 7;

- конденсаторную часть 8;

- неферромагнитный внутренний электроприводной конус 9;

- мелкозернистый абразивный материал 10;

- неферромагнитный наружный цилиндр 11;

- кольцевой канал 12;

- радиопрозрачный центральный цилиндр 13;

- радиопрозрачную осадочную камеру 14;

- пневмосепарирующий канал 15;

- радиопрозрачный патрубок 16;

- неферромагнитную заслонку 17;

- неферромагнитную коническую емкость 18;

- неферромагнитный внутренний цилиндр 19;

- радиопрозрачный средний цилиндр 20;

- радиопрозрачный поддон 21;

- радиопрозрачное отражательное кольцо 22;

- магнетроны 23 воздушного охлаждения.

Установка (фиг. 1-13) для шелушения семян рапса в ЭМПВЧ содержит квазитороидальный резонатор, состоящий из конденсаторной части 8 и тороидальной части. Конденсаторная часть 8 выполнена из соосно расположенных неферромагнитного наружного конуса 7 и неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса 9. Образованный между неферромагнитным наружным цилиндром 11 и неферромагнитным внутренним цилиндром 19 кольцевой канал 12 и неферромагнитная коническая емкость 18 представляют тороидальную часть квазитороидального резонатора. Неферромагнитный наружный цилиндр 11 и неферромагнитный внутренний цилиндр 19 расположены соосно. Над вершиной неферромагнитного наружного конуса 7 установлена неферромагнитная загрузочная емкость 1. Она предназначена для подачи не шелушенных семян рапса воздушным потоком через специальный патрубок и распыления воды через патрубок 4. В неферромагнитной загрузочной емкости 1 имеется направляющая 2. Поверхность неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса 9, выполненного без основания, покрыта мелкозернистым абразивным материалом 10. Под вершиной неферромагнитного наружного конуса 7, в конденсаторной части 8 квазитороидального резонатора, установлена радиопрозрачная воронка 5 с патрубком, внутри которой расположена радиопрозрачная электроприводная щетка 6. На радиопрозрачный вал 3 установлена радиопрозрачная электроприводная щетка 6, а под ней неферромагнитный внутренний электроприводной конус 9, покрытый мелкозернистым абразивным материалом 10. Под неферромагнитным внутренним электроприводным конусом расположен радиопрозрачный центральный цилиндр 13 с неферромагнитной заслонкой 17, установленный соосно в радиопрозрачной осадочной камере 14, выполненной в виде усеченного конуса без оснований, пристыкованной к радиопрозрачному патрубку 16. Над радиопрозрачной осадочной камерой 14, через зазор установлен радиопрозрачный поддон 21, на основании которого имеется кольцевое отверстие. Пневмосепарирующий канал 15 образован между неферромагнитным внутренним цилиндром 19 и радиопрозрачным средним цилиндром 20, размещенным соосно с радиопрозрачной осадочной камерой 14. Магнетроны 23 воздушного охлаждения расположены со сдвигом на 120 градусов по периметру боковой поверхности неферромагнитного наружного конуса 7 так, что излучатели направлены через волноводы в конденсаторную часть 8 квазитороидального резонатора.

Технологический процесс происходит следующим образом. Включить электродвигатель для вращения радиопрозрачной электроприводной щетки 6 и неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса 9. Включить подачу распыленной воды через патрубок 4 в неферромагнитную загрузочную емкость 1. Открыть узел для подачи семян рапса потоком воздуха в неферромагнитную загрузочную емкость 1. Далее, семена рапса с увлажненной оболочкой, ударяясь о направляющую 2, падают через патрубок в радиопрозрачную воронку 5. После этого следует включить магнетроны 23 воздушного охлаждения. Тогда в квазитороидальном резонаторе возбуждается ЭМПСВЧ (2450 МГц, длина волны 12,24 см). В конденсаторной части 8 обеспечивается высокая напряженность электрического поля, более 2 кВ/см.

Известно [4, 5], что если зазор между неферромагнитным внутренним цилиндром 19 и основанием менее четверти длины волны, то генерация электромагнитного поля моды Н₀₁₁ в квазитороидальном резонаторе без наличия контакта возможна. В данной конструкции основанием служит неферромагнитный внутренний электроприводной конус 9, расположенный с зазором не более четверти длины волны (3,06 см) от неферромагнитного внутреннего цилиндра 19. В стенках квазитороидального резонатора возбуждаются токи, текущие по окружности неферромагнитного внутреннего цилиндра 19, а в квазитороидальном резонаторе - электромагнитное поле бегущей волны. В радиопрозрачной воронке 5, соосно расположенная радиопрозрачная электроприводная щетка 6 обеспечивает равномерное распределение влаги по поверхности семян рапса. Так как радиопрозрачная воронка 5 расположена в конденсаторной части 8 квазитороидального резонатора, поэтому при воздействии ЭМПСВЧ происходит нагрев оболочек и ядер семян рапса, избирательно, в зависимости от их фактора диэлектрических потерь. Градиент влаги от поверхности семян рапса к ядру и градиент влаги с центра ядра при расположении в ЭМПСВЧ будут противоположными, что позволит отделить лузгу от ядер. Далее, семена рапса попадают на поверхность внутреннего электроприводного конуса 9. Постепенное истирание оболочек происходит в результате трения семян рапса о поверхность с мелкозернистым абразивным материалом неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса 9. Многократный удар семян рапса происходит о радиопрозрачное отражательное кольцо 22, покрытое также мелкозернистым абразивным материалом. Семена рапса, под действием центробежных сил при вращении неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса 9, отбрасываются к поверхности радиопрозрачного отражательного кольца 22. Скорость удара семян рапса о радиопрозрачное отражательное кольцо 22, при которой происходит шелушение рапса, зависит от его влажности, от удельной мощности сверхвысокочастотного генератора, напряженности электрического поля.

Ядра сохраняют свою целостность, так как они прошли отволаживание в ЭМПСВЧ и частота вращения неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса 9 оптимизирована. Оболочки семян рапса истираются, скатываясь с поверхности неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса 9. Далее сырье попадает в тороидальную часть 12 квазитороидального резонатора. Откуда через направляющее кольцевое отверстие сырье попадает в восходящий поток воздуха пневмосепарирующего канала 15. Очищенные от оболочек ядра падают вниз, и выводятся через неферромагнитную коническую емкость 18, предназначенную для накопления ядер рапса. Легкие частицы воздухом поднимаются вверх через пневмосепарирующий канал 15.

Через зазор между радиопрозрачным поддоном 21 и радиопрозрачной осадочной камерой 14 тяжелые относы попадают в нее (14). В пневмосепарирующем канале 15 происходит отделение тяжелых относов от легких примесей. Под действием гравитационных сил тяжелые относы выпадают из воздушного потока и выводятся через радиопрозрачный патрубок 16. Легкие примеси под действием аэродинамических сил поступают в радиопрозрачный центральный цилиндр 13, откуда вместе с воздухом выводятся из него, при определенном напоре потока воздуха, регулируемого заслонкой 17.

Таким образом, в установке происходит разделение смеси семян рапса и воздуха на три фракции: ядро, тяжелые относы и воздух с легкими относами.

Источники информации:

1. Шамин Е.А., Михайлова О.В., Белова М.В., Новикова Г.В., Коробков A.Н. Патент №2710063 РФ, МПК ВО2В 3/00. Установка для шелушения рапса в электромагнитном поле сверхвысокой частоты; заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). - №2019109760; заявл. 15.03.2019. Бюл. №36 от 24.12.19. - 13 с. EDN: AWTAOV.

2. Новикова Г.В., Просвирякова М.В., Михайлова О.В. Патент №2769134 РФ, МПК ВО2В 3/00. Установка для отделения оболочки семян рапса в процессе воздействия ЭМПСВЧ; заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). - №2021126132 от 06.09.2021. Бюл. №10 от 28.03.2022. - 10 с. EDN: ELQDAR.

3. Бутковский В.А., Мельников Е.М. Технология мукомольного, крупяного и комбикормового производств. - М.: Агропромиздат, 1989. 464 с.

4. Стрекалов, А. В. Электромагнитные поля и волны / А. В. Стрекалов, Ю.B. Стрекалов. -М.: РИОР: ИНФРА-М. 2014. 375 с.

5. Техника и полупроводниковая электроника СВЧ. [Электронное издание] / О.О. Дробахин, С.В. Плаксин, В.Д. Рябчий, Д.Ю. Салтыков. - Севастополь: Вебер, 2013. 322 с. ISBN 978-966-335-404-0.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к зерноперерабатывающему оборудованию, предназначенному для отделения оболочки семян рапса. Установка для шелушения семян рапса в квазитороидальном резонаторе содержит квазитороидальный резонатор, в конденсаторной части которого, образованной между соосно расположенными неферромагнитным наружным конусом 7 и неферромагнитным внутренним электроприводным конусом 9 без основания, установлено покрытое мелкозернистым абразивным материалом радиопрозрачное отражательное кольцо 22 с зазором от неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса 9. К периметру обечайки неферромагнитного наружного конуса 7 прикреплен неферромагнитный наружный цилиндр 11, основанием которого служит неферромагнитная коническая емкость 18. Под периметром обечайки неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса 9, поверхность которого покрыта мелкозернистым абразивным материалом, через зазор, не превышающий четверти длины волны, соосно установлен неферромагнитный внутренний цилиндр без оснований, образовывая пневмосепарирующий канал 15 с радиопрозрачным средним цилиндром 20. Соосно с ним установлен радиопрозрачный центральный цилиндр 13 без верхнего основания и с неферромагнитной заслонкой 17 вместо нижнего основания, и радиопрозрачная осадочная камера 14, под которой расположен радиопрозрачный патрубок 16. Над радиопрозрачной осадочной камерой 14 через зазор установлен радиопрозрачный поддон, на основании которого имеется кольцевое отверстие. Над квазитороидальным резонатором установлена неферромагнитная загрузочная емкость 1 с направляющей 2 и патрубками для подачи семян рапса воздухом и для распыления воды 4, соединенная через радиопрозрачный патрубок с радиопрозрачной воронкой 5, расположенной под вершиной неферромагнитного наружного конуса 7. Установка обеспечивает повышение эффективности шелушения семян при сохранении целостности ядра. 13 ил.

Установка для шелушения семян рапса в квазитороидальном резонаторе, содержащая квазитороидальный резонатор, где в конденсаторной части, образованной между соосно расположенными неферромагнитным наружным конусом и неферромагнитным внутренним электроприводным конусом без основания, установлено покрытое мелкозернистым абразивным материалом радиопрозрачное отражательное кольцо с зазором от неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса, причем к периметру обечайки неферромагнитного наружного конуса прикреплен неферромагнитный наружный цилиндр, где его основанием служит неферромагнитная коническая емкость, а под периметром обечайки неферромагнитного внутреннего электроприводного конуса, поверхность которого покрыта мелкозернистым абразивным материалом, через зазор, не превышающий четверти длины волны, соосно установлен неферромагнитный внутренний цилиндр без оснований, образовывая пневмосепарирующий канал с радиопрозрачным средним цилиндром, причем соосно с ним установлен радиопрозрачный центральный цилиндр без верхнего основания с заслонкой вместо нижнего основания, и радиопрозрачная осадочная камера, под которой расположен радиопрозрачный патрубок, а над радиопрозрачной осадочной камерой через зазор установлен радиопрозрачный поддон, на основании которого имеется кольцевое отверстие, при этом над квазитороидальным резонатором установлена неферромагнитная загрузочная емкость с направляющей и патрубками для подачи семян рапса воздухом и для распыления воды, соединенная через радиопрозрачный патрубок с радиопрозрачной воронкой, расположенной под вершиной неферромагнитного наружного конуса, причем внутри радиопрозрачной воронки расположена радиопрозрачная электроприводная щетка, установленная на радиопрозрачный вал, на который установлен неферромагнитный внутренний электроприводной конус, а в конденсаторную часть квазитороидального резонатора направлены излучатели от магнетронов воздушного охлаждения, установленных на поверхности неферромагнитного наружного конуса со сдвигом на 120°, причем образованный между неферромагнитным наружным цилиндром и неферромагнитным внутренним цилиндром кольцевой канал и неферромагнитная коническая емкость представляют тороидальную часть квазитороидального резонатора.