Результат интеллектуальной деятельности: Установка для шелушения рапса в электромагнитном поле сверхвысокой частоты

Предлагаемое изобретение относится к зерноперерабатывающему оборудованию, а именно к установкам, предназначенным для шелушения рапса за счет гидромеханического удара и истирания при воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты.

В 2018 году по России урожай рапса составил 1071,4 тысяч тонн. Для отделения наружной оболочки от ядра (шелушение) существуют три способа воздействия рабочих органов на зерно: шелушение сжатием и сдвигом, шелушение многократным или однократным ударом, шелушение путем истирания оболочек. Применение этих способов зависит от строения зерна, прочности связей оболочек и ядра, прочности ядра, а также ассортимента вырабатываемой продукции [1]. Так как ядро рапса хрупко и дробится при ударе, то способ шелушения за счет многократного удара не рационален.

К процессу шелушения семян рапса предъявляют два основных требования: качественное отделение лузги от ядра; сохранность целостности ядра. Основные фракции - это шелушенное ядро, оболочка (лузга) и мучка (мелкие частицы ядра и лузги).

Обрушение семян рапса на предприятиях проводят в вальцовых мельницах, что обеспечивает 50% отделение лузги и измельчение масляных ядер в большом количестве. Проходя через вальцы с постоянно установленным зазором, часть семян обрушивается не полностью, либо чрезмерно измельчается, поскольку их размеры варьируются.

Для снижения выхода дробленых фракций зерно обычно подвергают гидротермической обработке, которая снижает хрупкость эндосперма.

Известно, что для шелушения зерна применяют обоечные машины. Зерно под действием центробежных сил вращающегося бичевого ротора отбрасывается к поверхности цилиндра, подвергается многократному удару и интенсивному трению о ситовую поверхность между зерновками. В результате пыль и частицы плодовых оболочек отделяются от зерна [1]. Продукты шелушения и зерно разделяются воздушным потоком при последующей обработке.

Известна сверхвысокочастотная (СВЧ) установка с тороидальными резонаторами для термообработки зерна в процессе шелушения (патент №2584029) [2]. Установка имеет цилиндрический экранирующий корпус с патрубками для приема сырья и выгрузки продукта. В экранирующем корпусе коаксиально расположен пустотелый вал и диэлектрический перфорированный цилиндр. На вал поярусно насажены тороидальные резонаторы с круглым сечением. Тор собран из ободков и соединен пустотелым кольцевым диском. На пустотелом вертикальном валу, высверлены несколько радиальных отверстий.

Недостаток. При таком конструкционном исполнении рабочей камеры трудно согласовать равномерную подачу сырья в тороидальные резонаторы, расположенные ниже по ярусу, со скоростью их вращения.

Известна сверхвысокочастотная установка для обеззараживания сыпучего сырья в непрерывном режиме (патент №2641705) [3]. Внутри экранирующего корпуса соосно расположены ситовый цилиндр и роторы, установленные поярусно. Они выполнены в виде тороидальных перфорированных резонаторов, центральные части которых представлены параллельно расположенными неферромагнитными кольцевыми дисками, скрепленными диэлектрическими штифтами. По периметру дисков закреплены неферромагнитные лопасти. По внутреннему периметру тора имеется прорезь. Роторы закреплены с помощью пустотелых валов. Внутрь первого вала направлен приемный патрубок, а последний пустотелый вал в подшипниковых опорах приводится в движение от электродвигателя. Выгрузные патрубки прикреплены к основаниям ситового цилиндра и корпуса. Установка обеспечивает:

- пересыпание сырья через пустотелые валы в междисковое пространство и отбрасывание его в тороидальную часть диэлектрическими штифтами, далее пересыпание в последующее междисковое пространство;

- перемешивание сырья и равномерное распределение потока электромагнитных излучений в торе;

- термомеханическое воздействие на сырье и удаление легких примесей через перфорацию тора и ситовый цилиндр; накопление готового продукта, и удаление.

Известен экспериментальный образец установки для повторного обрушивания семян рапса [4]. Установка работает следующим образом. Рушанка, после вальцовой мельницы, поступает в загрузочный бункер. Выстраивается необходимая частота вращения барабана, на поверхности которого установлены крыльчатка с углом атаки 90° (радиальная), которая воздухом подхватывает рушанку и под действием центробежной силы отбрасывает на ударную пластину. После удара рушанки об отбойную пластинку маслянистое ядро освобождается от лузги. Угол наклона отбойной пластины регулируется.

Аналогом является машина для шелушения зерна и шлифования крупы А1-3ШН с абразивными дисками на полом валу, расположенными в ситовом цилиндре, установленном в цилиндрическом корпусе [1, стр. 280]. При этом процесс шелушения зерна достаточно энергоемок. Применение указанной машины для шелушения рапса не рационально из-за особой структуры ядра.

Итак, подготовка семян рапса к отжиму масла путем отделения семенной оболочки от масличного ядра нетрадиционным методом, позволяющим повысить качество рапсового масла и жмыха, является актуальной задачей.

Технической задачей изобретения является разработка установки для шелушения рапса путем гидромеханического разрушения (увлажнения оболочки для сохранения прочности ядра, однократного удара для разрушения прочности связей оболочек и ядра)

и истирания оболочек в результате трения о вращающиеся абразивные диски и взаимного трения зерен в электромагнитном поле сверхвысокой частоты, с последующим удалением оболочек за счет продувки воздушным потоком через полый диэлектрический вал с отверстиями и перфорированный цилиндрический резонатор.

Технический результат достигается тем, что установка для шелушения рапса в электромагнитном поле сверхвысокой частоты характеризуется тем, что в горизонтально расположенном цилиндрическом корпусе, имеющем прорезь вдоль боковой поверхности и содержащем загрузочную емкость с заслонкой и с распылителем, соосно установлен шлифовальный лепестковый барабан с регулируемой частотой вращения,

причем к прорези одним концом пристыкована гибкая муфта, другим - к верхнему основанию цилиндрического резонатора, расположенного соосно в цилиндрическом экранирующем корпусе с регулируемым углом наклона,

при этом в цилиндрический резонатор, боковая поверхность которого перфорирована, соосно на полом диэлектрическом валу установлены поярусно расположенные диски из мелкозернистого абразивного материала, вращающемся от электропривода, к нижнему основанию резонатора пристыкована приемная емкость с заслонкой, а патрубок для выгрузки лузги пристыкован к полости между экранирующим корпусом и резонатором,

причем полый диэлектрический вал имеет отверстия между ярусами абразивных дисков, а по периметру боковой поверхности экранирующего корпуса со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны с воздушным охлаждением, так, что излучатели направлены внутрь резонатора.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение установки для шелушения рапса в электромагнитном поле сверхвысокой частоты:

1 - загрузочная емкость с заслонкой; 2 - цилиндрический корпус; 3 - барабан шлифовальный лепестковый; 4 - гибкая муфта; 5 - цилиндрический перфорированный резонатор; 6 - экранирующий корпус; 7 - магнетроны от СВЧ генераторов; 8 - диски из мелкозернистого абразивного материала; 9 - вал полый диэлектрический с отверстиями; 10 - приемная емкость; 11 - патрубок для выгрузки лузги; 12 - распылитель воды.

На фиг. 2 приведено пространственное изображение установки для шелушения рапса в электромагнитном поле сверхвысокой частоты:

1 - загрузочная емкость с заслонкой; 2 - цилиндрический корпус; 3 - барабан шлифовальный лепестковый; 4 - гибкая муфта; 5 - цилиндрический перфорированный резонатор; 6 - экранирующий корпус; 7 - магнетроны от СВЧ генераторов; 8 - диски из мелкозернистого абразивного материала; 9 - вал полый диэлектрический с отверстиями; 10 - приемная емкость; 11 - патрубок для выгрузки лузги; 12 - распылитель воды.

На фиг. 3 приведено пространственное изображение первого модуля установки для шелушения рапса в электромагнитном поле сверхвысокой частоты: 1 - загрузочная емкость с заслонкой; 2 - цилиндрический корпус; 3 - барабан шлифовальный лепестковый; 4 - гибкая муфта.

На фиг. 4 приведено пространственное изображение второго модуля установки для шелушения рапса в электромагнитном поле сверхвысокой частоты: 5 - цилиндрический перфорированный резонатор; 6 - экранирующий корпус; 7 - магнетроны от СВЧ генераторов; 8 - диски из мелкозернистого абразивного материала; 9 - вал полый диэлектрический с отверстиями; 10 - приемная емкость; 11 - патрубок для выгрузки лузги; 12 - распылитель воды.

На фиг. 5 приведено пространственное изображение экранирующего корпуса с магнетронами.

На фиг. 6 приведено пространственное изображение перфорированного резонатора.

Установка для шелушения рапса в электромагнитном поле сверхвысокой частоты состоит из двух модулей, соединенных с гибкой муфтой 4.

Первый модуль содержит загрузочную емкость 1 с заслонкой и распылителем воды 12; горизонтально расположенный цилиндрический корпус 2; барабан 3 шлифовальный лепестковый.

Второй модуль с регулируемым углом наклона содержит: цилиндрический перфорированный резонатор 5 в цилиндрическом экранирующем корпусе 6; магнетроны 7 от СВЧ генераторов; поярусно расположенные диски 8 из мелкозернистого абразивного материала; вал 9 полый диэлектрический с отверстиями; приемную емкость10 с заслонкой для выгрузки ядер; патрубок 11 для выгрузки лузги (фиг. 1-2).

В горизонтально расположенном цилиндрическом корпусе 2, имеющем прорезь вдоль боковой поверхности и содержащем загрузочную емкость 1 с заслонкой и с распылителем 12, соосно установлен барабан 3 шлифовальный лепестковый с регулируемой частотой вращения.

К прорези на боковой поверхности цилиндрического корпуса 2 пристыкован один конец гибкой муфты 4, другой - к верхнему основанию цилиндрического резонатора 5, расположенного соосно в цилиндрическом экранирующем корпусе 6 с регулируемым углом наклона.

В цилиндрический резонатор 5, боковая поверхность которого перфорирована, установлены соосно на полом диэлектрическом валу 9 поярусно расположенные диски 8 из мелкозернистого абразивного материала, вращающемся от электропривода.

К нижнему основанию резонатора 5 пристыкована приемная емкость 10 с заслонкой, а патрубок 11 для выгрузки лузги пристыкован к полости между экранирующим корпусом 6 и резонатором 5.

Полый диэлектрический вал 9 имеет отверстия между ярусами абразивных дисков 8 из мелкозернистого материала, а по периметру боковой поверхности экранирующего корпуса со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны с воздушным охлаждением, так, что излучатели направлены внутрь перфорированного резонатора.

Технологический процесс шелушения рапса за счет гидромеханического разрушения и истирания оболочек в резонаторной камере сверхвысокочастотной установки происходит следующим образом.

Включить электродвигатель барабана 3 шлифовального лепесткового, обеспечивающего эффективную частоту вращения. В зависимости от физико-механических свойств семян рапса установить оптимальный угол наклона модуля, содержащего поярусно расположенные абразивные диски 8 на полом валу 9 в перфорированном цилиндрическом резонаторе 5 находящегося в экранирующем цилиндрическом корпусе 6. Включить электропривод дисков 8 из мелкозернистого абразивного материала для вращения оптимальной скоростью. Открыть заслонку загрузочной емкости 1 на необходимый расход. Включить распылитель воды 12. Засыпать рапс в загрузочную емкость 1. После чего рапс, поверхность которого увлажнена распылителем 12, с помощью шлифовальных лепестков барабана 3 за счет центробежной силы выбрасывается через прорезь на боковой поверхности корпуса 2 в гибкую муфту 4. Форма гибкой муфты 4 отрегулирована с учетом траектории движения зерен рапса после отрыва от шлифовальных лепестков барабана 3. Шлифовальные лепестки барабана 3 обеспечивают микротрещины в покрове зерен рапса, что способствует усилению градиента влажности к центру зерна, а, следовательно, снижению вероятности раскола ядра при ударе о поверхность абразивного диска 8. Далее зерна рапса ударяются о диск 8 верхнего яруса находящегося в перфорированном резонаторе 5, где возбуждено электромагнитное поле сверхвысокой частоты, включив СВЧ генераторы 7. Удар обеспечивает разрушение связи между ядром и лузгой, т.е. нарушается целостность лузги. В процессе вращения дисков 8 мелкозернистый абразивный материал сдирает лузгу. Причем градиент температуры и градиент влажности, направленные от центра к периферии зерен рапса в процессе термообработки в электромагнитном поле сверхвысокой частоты обеспечивают полное шелушение, т.е. отделения ядра от лузги. Ядро выводится через патрубок 10. Гидротермическая обработка рапса снижает хрупкость ядра.

Воздушный поток, проходя через полый вал 9 и отверстия, имеющиеся между абразивными дисками 8, и через перфорированный цилиндрический резонатор 5 уносит лузгу и мучку в кольцевую полость между резонатором 5 и экранирующим корпусом 6, далее смесь лузги и мучки выводится через патрубок 11. После чего отличающуюся аэродинамическими свойствами лузгу отвеивают в аспираторах.

Большая скорость вращения барабана 3 шлифовального лепесткового может привести к разрушению ядра в процессе удара об абразивные диски 8, поэтому сила удара должна обеспечить только разрушение связи между ядром и лузгой увлажненного рапса. Угол наклона модуля, а, следовательно, дисков 8 также влияет на силу удара. Поэтому чем больше угол наклона абразивных дисков 8, тем меньше сила удара семян рапса, но продолжительность нахождения зерен на диске абразивном больше, и, следовательно, истирания покрова семян больше и больше продолжительность воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). Скорость удара зерен рапса об вращающиеся абразивные диски 8, при которой происходит шелушение, зависит от влажности и сортовых особенностей.

Продолжительность нахождения семян в ЭМПСВЧ зависит от скорости вращения абразивных дисков 8 и его угла наклона (угла наклона второго модуля). При большой скорости вращения дисков 8 активнее будет задействован мелкозернистый абразивный материал на его боковой поверхности. Достоинства предлагаемой установки: высокая технологическая эффективность, сравнительно малые энергетические затраты

Источники информации:

1. Бутковский, В.А. Технология мукомольного, крупяного и комбикормового производства / В.А. Бутковский, Е.М. Мельников. - М.: Агропромиздат, 1989. С. 67-72.

2. Патент №2584029 РФ, МПК А23N 17/00. Установка для обеззараживания и шелушения зерна в электромагнитном поле сверхвысокой частоты / А.А. Белов, М.В. Белова, Новикова Г.В., Михайлова О.В.; заявитель и патентообладатель АНО ВО «АТУ» (RU). - №2015102653; заявл. 29.01.2015, опубл. 20.05.2016. Бюл. №14.

3. Патент №2641705 РФ, МПК A23N 17/00. Сверхвысокочастотная установка для обеззараживания сыпучего сырья в непрерывном режиме / В.Л. Осокин, А.Н. Коробков, А.А. Белов, О.В. Михайлова, Г.В. Новикова; заявитель и патентообладатель ООО «НГИЭИ-ЭНЕРГО (RU). - №2016148587; заявл. 09.12.2016. Бюл. №3 от 22.01.2018.

4. Рензеев, А.О. Разработка комплекса оборудования и исследования процесса разделения рушанки семян рапса. Автореферат на соиск. учен. степени канд. техн. наук: специальность 17.12.13. - Кемерово: ФГБОУ ВПО КемТИПП. - 2013. - 20 с.