| ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ сепарации сыпучей смеси в текущей среде, заключающийся в гравитационной подаче частиц, аэродинамическом монотонно возрастающем воздействии на них под острым углом к вертикали каскадом воздушных плоских струй и отводе отсепарированных фракций в отдельные сборники, отличающийся тем, что перед аэродинамическим воздействием на частицы сыпучей смеси, течение каждой струи переводят в режим развитой турбулентности путем расширения их по вертикали до слияния струй друг с другом со сбойной или близкой к ней формой истечения струи и образованием в каждом межструйном пространстве всех смежных струй не менее двух циркуляционных зон отличающихся друг от друга по величине. 2. Устройство для реализации предложенного способа сепарации сыпучей смеси в текущей среде, включающем бункер с вибролотком для гравитационной подачи смеси в зону сепарации, установленный под ним струйный генератор, с расположенными одно под другом и под острым углом к вертикали плоскими соплами, высота поперечных сечений которых, шаг и угол установки увеличиваются сверху вниз, и который связан с источником подачи воздуха под давлением и охваченный боковыми стенками, и сборники фракций, отличающееся тем, что каждое сопло снабжено прямоугольной жесткой стенкой, примыкающей к нему сверху по всей ширине сопла. 3. Устройство по п.1, отл ичающееся , тем, что размер ширины жесткой стенки составляет не менее трех размеров высоты поперечного сечения сопла примыкания, а соотношение шага установки сопел к высоте поперечного сечения верхнего по отношению к нему сопла составляет не менее четырех. |
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способам и устройствам для воздушной или жидкостной сепарации сыпучих материалов и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности при разделении смесей на фракции, а также в сельском хозяйстве для подготовки семян к посеву и для селекционных целей.
Предшествующий уровень техники
Известен способ сепарации сыпучей смеси в текущей среде, заключающийся в подаче частиц сепарируемого материала с одинаковой скоростью, воздействии на них однородным потоком воздуха и выводе готовых фракций [см. А.с. СССР NQ 1176976 по классу В 07 В 4/02 опубликованное 07.09.85 г. в Бюл Ns 33].
Известно также устройство для сепарации сыпучих материалов, включающее вентилятор с входным патрубком, расположенный над ними загрузочный бункер и прилегающие к ним снизу сборники готовых фракций с приспособлением для отсева легких частиц [см. А.с. СССР Ns 1763051 по классу В 07 В 4/02 опубликованное 23.09.92 г. в Бюл. Ns 35].
В известных способе и устройстве воздействие потоком воздуха на отдельно взятую частицу сыпучей смеси осуществляется однократно и только с одной случай- ной стороны. Поэтому качество (точность) процесса сепарации довольно низкое с приблизительным разделением смеси на фракции. По этой причине подобные способы и устройства используют, главным образом, для предварительной очистки сыпучей смеси от легких примесей.
Известен также способ сепарации сыпучей смеси в текучей среде, заключающийся в гравитационной подаче частиц, аэродинамическом монотонно возрастающем воздействии на них под острым углом к вертикали каскадом плоских струй и выводе готовых фракций. При этом воздействие осуществляют в режиме свободного знакопеременного силового сканирования с ростом амплитуды и угла сканирования. Устройство для осуществления указанного способа содержит бункер с вибролотком, установленный под ними генератор воздушных потоков, с расположенными друг под другом и под острым углом к вертикали плоскими соплами, высота поперечных сечений которых, шаг и угол установки, увеличиваются сверху вниз. При этом генератор связан с источником подачи воздуха под давлением и охвачен боковыми стенками. Устройство имеет сборники фракций, располагаемые под соплами [см. пат. Украины Ns 45881 по классу В 07 В 4/02 опубликованный 15.04.2002 г. в Бюл. Ns 4 за 2002 г.].
В этом способе разделение частиц происходит за счет разницы соотношения их веса и силы аэродинамического сопротивления. Этот способ, благодаря особенному режиму воздействия воздушных струй на сыпучую смесь, более точный и более стабильный во времени, особенно при сепарации частиц неправильной формы. Это стало возможным потому, что воздействие потоком каскада струй в режиме сканирования позволяет многократно и разнонаправлено подойти к каждой частице сыпучей смеси.
Но известному способу и устройству присущи следующие недостатки. Знакопеременный и свободный режим работы каскада струй неотвратимо приводит к периодическому, нестабильному во времени и пространстве возникновению в нем зон давления и разряжения с появлением прямых и обратных течений. В зоне обратных течений происходит втягивание частиц (особенно легких) в направлении, обратном движению основного потока, что приводит к частичному их смешиванию с уже отсепарированным материалом. Нестабильность во времени этого явления, в конечном итоге, приводит к размыканию (разрыву) каскада струй в любом случайном месте, что еще в большей степени усиливает обратное течение в этой зоне и, как следствие, интенсифицирует процесс смешивания.
Кроме того, размыкание воздушных струй способствует срыву генерации (прекращению колебательного процесса), что заметно снижает качество сепарации, приближая его к качеству сепарации обычно веялкой.
Наиболее близкими по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемыми за прототип, являются способ сепарации сыпучей смеси в текущей среде и устройство для его осуществления, сущность которых заключается в следующем:
Способ сепарации сыпучей смеси в текучей среде, заключающийся в гравитационной подаче частиц, аэродинамическом монотонно возрастающем воздействии на них под острым углом к вертикали каскадом плоских струй и выводе готовых фракций, при этом аэродинамическое воздействие осуществляют в режиме резонансного автоколебательного течения каждой струи и всего каскада струй на частоте первой гармоники колебаний.
Устройство для реализации описанного способа сепарации сыпучей смеси в текущей среде содержит бункер с вибролотком, установленный под ними генератор воздушных струй, с расположенными друг под другом и под острым углом к вертика- ли плоскими соплами, высота поперечных сечений которых, шаг и угол установки увеличиваются сверху вниз, и который связан с источником подачи воздуха под давлением, а также охваченный боковыми стенками, и сборники фракций, а каждая пара смежных сопел оснащена резонансной камерой, связанной с межсопловым пространством. Кроме того, камеры оснащены устройством для регулирования их объема, причем отношение высоты поперечного сечения сопел к шагу их установки находится в пределах 0,2-0,25, а отношение крайнего верхнего и крайнего нижнего углов установки сопел - 0,65-0,75 [см. пат. Украины NQ 60254 по классу В 07 В 4/02, А 01 F опубликованный 15.07.2005 г. в Бюл. Ns 7 за 2005 г.].
Использование каскада плоских струй для процесса сепарации, безусловно, обеспечивает достаточно высокое качество разделения сыпучей смеси на фракции, но лишь в том случае, когда указанный каскад воздушных струй находится в автоколебательном режиме взаимодействия друг с другом на частоте первой гармоники. Но образование автоколебательного режима нуждается в оснащении устройства резонансными камерами, что, естественно, усложняет устройство. К тому же, для точного выхода на резонансную частоту, резонансные камеры оснащены регуляторами их объема, а для исключения возможности возникновения автоколебательного процесса на частотах высших гармоник вынуждает достаточно точно выдерживать шаг и углы установки сопел. Следовательно, невзирая на то, что описанный способ сепарации сыпучей смеси в текущей среде обеспечивает необходимое качество разделения сыпучей смеси на фракции, но его реализация требует существенного усложнения устройства и повышения трудоемкости его обслуживания, в частности, регулирования объема резонансных камер, что и является их взаимосвязанным недостатком. Упростить же устройство, без отказа от использования каскада плоских струй, можно лишь при условии изменения принципа формирования такого каскада.
В основу изобретения поставлена задача создания способа сепарации сыпучей смеси в текущей среде и устройства для его осуществления, обеспечивающих, в совокупности, повышение качества сепарации сыпучей смеси за счет достижения более глубокой турбулентности и упрощения обслуживания устройства за счет формирования самонастройки системы путем оптимизации аэродинамического воздействия на частицы исходного сепарируемого материала путем предварительного перевода течения каждой струи в режим развитой турбулентности, при котором вообще исключается частичное смешивание конечного сепарированного материала и обеспечивает повышение качества сепарации при многофракционном разделении частиц неправильной формы.
Сущность изобретения
Поставленная задача решается тем, что в способе сепарации сыпучей смеси в текущей среде, заключающимся в гравитационной подаче частиц, аэродинамическом монотонно возрастающем воздействии на них под острым углом к вертикали каскадом воздушных плоских струй и отводе отсепарированных фракций в отдельные сборники, согласно предложению, перед аэродинамическим воздействием на частицы сыпучей смеси, течение каждой струи переводят в режим развитой турбулентности путем расширения их по вертикали до слияния струй друг с другом со сбойной или близкой к ней формой истечения струи и образованием в каждом межструйном пространстве всех смежных струй не менее двух циркуляционных зон отличающихся друг от друга по величине. Решение поставленной задачи достигается также тем, что в известном устройстве для реализации предложенного способа сепарации сыпучей смеси в текущей среде, включающем бункер с вибролотком для гравитационной подачи смеси в зону сепарации, установленный под ним струйный генератор, с расположенными одно под другом и под острым углом к вертикали плоскими соплами, высота поперечных сечений которых, шаг и угол установки увеличиваются сверху вниз, и который связан с источником подачи воздуха под давлением и охваченный боковыми стенками, и сборники фракций, согласно предложению, каждое сопло снабжено прямоугольной жесткой стенкой, примыкающей к нему сверху по всей ширине сопла.
При этом размер ширины жесткой стенки составляет не менее трех размеров высоты поперечного сечения сопла примыкания, а соотношение шага установки сопел к высоте поперечного сечения верхнего по отношению к нему сопла составляет не менее четырех.
Отличительной особенностью предложенного способа сепарации сыпучей смеси в текущей среде является использование эффекта двустороннего расширения струи в плоском сопле, при котором, при больших степенях расширения, искривление оси струи достигает максимума и не изменяется с ростом степени расширения (сбойная форма течения струи). Это позволяет соотношение величин (размеров) циркуляционных зон сохранять постоянными, то есть число Рейнольда не влияет на размеры циркуляционных зон. Поэтому нет необходимости в какой-либо регулировке скорости истечения потоков воздушных струй.
Техническим результатом изобретения является возможность существенно упростить устройство для сепарации за счет нового подхода к формированию каскада плоских струй и изъять из его конструкции ряд узлов и деталей за счет создания ус- тойчивых циркуляционных зон автоматически самонастраивающейся системы. При этом качество сепарации сыпучего материала при многофракционном разделении его по размерам, форме или удельному весу частиц не только не уменьшается, а, наоборот, возрастает.
Следовательно, изменение принципа формирования каскада плоских струй, то есть способа сепарации, автоматически влечет за собой существенное упрощение устройства без ухудшения его технико-эксплуатационных характеристик, то есть с сохранением качества многофракционной сепарации сыпучей смеси, например, зерновых культур, как с простой, так и со сложной формой зерен, что важно в сельском хозяйстве при подготовке семян к посеву и для селекционных целей.
Таким образом, вся совокупность существенных признаков предложенного технического решения обеспечивает достижение поставленной цели изобретения.
Перечисленные и другие положительные аспекты настоящего изобретения будут очевидными для специалистов в данной области знаний, после прочтения приведенного ниже описания предпочтительного варианта осуществления предложенного изобретения с прилагаемыми иллюстративными материалами.
Перечень фигур иллюстративных материалов
Фигура 1 - схема устройства для осуществления заявляемого способа; Фигура 2 - сечение по A-A на фиг.1 (сечение сопла).
Описание предпочтительного варианта изобретения
Устройство для осуществления способа сепарации сыпучей смеси в текущей среде состоит из бункера 1 с вибролотком 2 для гравитационной подачи частиц в зо- ну сепарации. Под вибролотком 2 установлен струйный генератор 3, представляющий собой замкнутый объем с набором ряда плоских сопел 4 с одной стороны. Количество последних зависит от необходимой производительности устройства, но не может быть меньше трех. Высота поперечного сечения сопел h, угол g их установки к вертикали и шаг Z между соплами увеличиваются сверху вниз. Каждое сопло 4 снабжено жесткой стенкой 5, примыкающей к нему сверху по всей его ширине. При этом, как уже было сказано выше, размер ширины жесткой стенки 5 составляет не менее трех размеров высоты поперечного сечения сопла 4 примыкания, а соотношение шага установки сопел 4 к высоте поперечного сечения верхнего по отношению к нему сопла 4 составляет не менее четырех.
К генератору 3 снизу, со стороны сопел 4, прилегают сборники фракций 6 отсе- парированного материала.
Боковые края сопел 4 и межсопловые пространства охвачены боковыми стенками 7 для исключения подсоса воздуха из атмосферы, который неизбежно приведет к срыву генерации. Генератор 3 связан с источником подачи воздуха под давлением P, например, вентилятором высокого давления (не показанный в виду общеизвестности).
Способ осуществляют следующим образом.
Сначала осуществляют гравитационную подачу частиц сыпучего материала. Для осуществления этой операции используют вибролоток 2, с которого частицы попадают (падают) в зону сепарации. На частицы, находящиеся в свободном падении, воздействуют под острым углом к вертикали каскадом воздушных плоских струй в режиме развитой турбулентности генератора 3 (показаны пунктиром), которая возни- кает благодаря искривлениям струй во время их расширения в соплах, а наличие жесткой стенки 5 заданного размера обеспечивает формирование циркуляционных зон различных по величине. Естественно, верхняя циркуляционная зона должна быть большей по размерам, чем нижняя, для обеспечения стабильности формирования общего потока.
После прохождения частицами каскада струй осуществляют отвод готовых фракций в сборники 6. Одновременно с процессом сбора отсепарированных частиц осуществляют отбор промежуточных фракций, которые возвращают в загрузочный бункер 1 для повторной сепарации.
Устройство работает следующим образом.
Сыпучая смесь из бункера 1 с помощью вибролотка 2 под действием сил гравитации проходит сквозь каскад плоских струй (обозначены пунктиром), истекающих из сопел 4 в разделяющее устройство, выполненное в виде сборников фракций 6.
Синхронность работы сопел 4 обеспечивается правильным соотношением основных геометрических параметров генератора 3, их размеров, углами и расстояниями расположения в устройстве. После разделения в каскаде струй, частицы попадают в сборники фракций 6.
Испытания опытного образца устройства для сепарации сыпучей среды, в частности, зерен злаковых культур, показали, что предложенный способ обеспечивает высокое качество разделения зерен на несколько фракций.
Технические преимущества изобретения
К техническим преимуществам предложенного технического решения, по сравнению с прототипом, можно отнести упрощение конструкции устройства для сепара- ции сыпучих смесей с одновременным повышением качества разделения смесей на отдельные фракции за счет достижения более глубокой турбулентности потока струй, в результате которой образуется самонастраивающаяся система вследствие работы устройства в сбойном режиме истечения воздушных потоков плоских струй.
После описания предложенного способа сепарации сыпучей смеси в текущей среде и устройства для его осуществления, специалистам в данной отрасли знаний должно быть очевидным, что все вышеописанное является лишь иллюстративным, а не ограничительным, будучи представленным данным конкретным примером. Многочисленные возможные модификации элементов устройства, в частности, количества сопел и их размеров, размеры генератора, конструкции сборников фракций, вибло- лотка, загрузочного бункера, источника подачи воздуха под высоким давлением, могут изменяться в зависимости от вида исходного сыпучего материала и, понятно, находятся в пределах объема одного из обычных и естественных подходов в данной области знаний и рассматриваются таковыми, как находящиеся в пределах объема предложенного технического решения.
Квинтэссенцией предложенного технического решения является то, что сепарация осуществляют каскадом воздушных струй в режиме развитой турбулентности, возникающей из-за расширения струй по вертикале и слипании друг с другом со сбойной или близкой к ней формой течения и образованием в начале каждого межструйного пространства всех смежных струй не менее двух циркуляционных зон различных по величине, что позволяет создать самонастраивающуюся систему и значительно повысить качество разделения сыпучей смеси на фракции. Именно эти обстоятельства и позволили приобрести предложенному способу и устройству пере- численные выше и другие преимущества. Изменение самого принципа формирования каскада струй и режима их истечения на иной, естественно, ограничивает спектр преимуществ, перечисленных выше, влечет за собой усложнение конструкции устройства, а потому не может считаться новыми техническими решениями в данной области знаний, поскольку иные, подобно описанному способу, уже не требует никакого творческого подхода от конструкторов и инженеров, следовательно, не могут являться результатами их творческой деятельности или новыми объектами интеллектуальной собственности, подлежащими защите охранительными документами.
Next Patent: PORTABLE IMAGE BOOTH HAVING VIDEO AND EMAIL CAPABILITIES