Результат интеллектуальной деятельности: Способ классификации сыпучих материалов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам и устройствам для классификации сыпучих материалов и может быть использовано в сельскохозяйственном производстве для очистки продовольственного и фуражного зерна, фракционирования и деления зерна по классам, а также в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известен способ сепарации сыпучих материалов и устройство для его осуществления (RU 2130816 В07В 4/02), включающий подачу материала из загрузочного бункера монослоем и разделение его на две фракции в равных отношениях при помощи соединенного с нагнетательным патрубком вентилятора плоскопараллельного сопла, который расположен между загрузочным бункером и камерой сепарации. Материал разделенных фракций из питающих приспособлений с двумя емкостями, расположенными на камере сепарации, подают поочередно и порционно с одинаковым интервалом времени при помощи клапана, соединенного с коленчатым приводом, в горизонтальную камеру сепарации, соединенную с нагнетательным патрубком вентилятора.

Недостатком известного способа сепарации сыпучих материалов является низкая производительность, высокая сложность процесса сепарации и низкое качество разделения материала на отдельные фракции, что обусловлено высокой концентрацией частиц в зоне ввода в горизонтальный канал, куда материал подается поочередно и порционно в виде агломерата. При этом конструкция известного устройства неспособна устранить указанные недостатки.

Известен способ сепарации сыпучей смеси в текучей среде и устройство для его осуществления, 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. Способ осуществляют с помощью устройства, содержащего бункер с вибролотком, установленный под ним генератор с расположенными одна под другой и под острым углом к вертикали жесткими стенками, шаг и ширина расположения которых увеличивается с верху донизу, связанный с источником подачи воздуха под давлением и охваченный боковыми стенками, а также сборники фракций. Конец каждой жесткой стенки по всей ее длине снабжен расположенной к ней под углом дополнительной стенкой, образуя камеру поворота. Камеры поворота и зазоры между ними увеличиваются сверху книзу (см. пат. РФ №2462319 В07В 4/02).

Недостатками этого способа является 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 пневмосепаратор для сыпучих материалов (SU 460902), в котором аэросмесь подается материалопроводом через концентрирующее сопло на поверхность отражателя. Продукт рассеивается по его поверхности и, продолжая движение в том же направлении, благодаря высокой скорости за пределами нижней части отражателя продувается воздухом, прошедшим через жалюзи диффузора, где выделяется легкая примесь, и попадает на слой продукта, находящегося за кольцевым порогом, а затем выводится в систему воздухоочистки.

Недостатком данного сепаратора является то, что подъем исходного материала воздушным потоком в камеру сепарации требует больших затрат энергии, производительность и эффективность пневмосепарирования взаимозависимы и определяются концентрацией материала в аэросмеси.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является 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 так же высокая концентрация частиц при их продольном смещении по парусности и плотности воздушным потоком.

Задачей заявляемого изобретения является повышение производительности, эффективности очистки и классификации сыпучих материалов по комплексу физико-механических свойств частиц, путем создания объемно-структурного сопряжения между упругими и неупругими частицами и воздушным потоком на каскаде отражающих поверхностей, обеспечивающего снижение концентрации частиц в зоне сепарации.

Решение поставленной задачи достигается тем, что:

В способе классификации сыпучих материалов, включающем их последовательную подачу слоем на ряд наклонных плоскостей, перемещение частей ссыпающегося слоя воздухом и выделение фракций после последней плоскости, согласно изобретению, подачу материала на первую отражающую плоскость осуществляют скоростным тонкослойным потоком, с целью создавая на каскаде отражающих плоскостях объемно-структурного сопряжения между отраженными упругими и неупругими неотраженными частицами, и воздушным потоком, продувающим этот веер со стороны упругих частиц в сторону осадочной камеры, что позволяет снизить частоту соударения частиц в зоне сепарации и повысить эффективность выделения легких и неупругих частиц на каскаде отражающих поверхностей. Продувание очищенного материала, покидающего последнюю ступень сепарации, почти горизонтальным воздушным потоком, регулируемым по длине камеры, позволяет разделить его на фракции по комплексу физико-механических свойств частиц.

В способе классификации сыпучих материалов по п. 1 согласно изобретению ширину веера, падающих вниз частиц, можно автономно регулировать углом установки отражающих пластин к горизонту и величиной их смещения относительно друг друга.

В способе классификации сыпучих материалов по п. 1 согласно изобретению условия, ограничивающие отражение длинных упругих частиц от поверхности, например соломистых, обеспечивают углом встречи с отражающей пластиной, например углом ее наклона.

В устройстве для классификации сыпучих материалов, содержащем загрузочный бункер, питатель-дозатор, расположенные под ним каскадом наклонные плоскости, пневмокамер и приемника выделяемых фракций материала, согласно изобретения, между питателем-дозатором и первой отражающей плоскостью установлен ускоритель частиц, например гравитационный, формирующий скоростную тонкослойную подачу сыпучего материала на отражающую плоскость, установленную под острым углом к горизонту, пневмокамеры для выделения воздушным потоком легких и неупругих частиц из расслоенного веером потока частиц и транспортирования их в осадочную камеру, каждая пневмокамера, расположенная между соседними отражающими плоскостями, боковыми стенками и передней жалюзийной, связана материалопроводом с автономным вентилятором и осадочной камерой, причем в каждом материалопроводе имеется заслонка для настраивания в пневмокамере необходимой скорости воздушного потока.

В устройстве для классификации сыпучих материалов п. 4 согласно изобретению отличающееся тем, что отражающие плоскости могут быть покрыты материалом с низким модулем упругости, например губчатой резиной, что снизит травмирование частиц, очищаемого материала.

На фиг. представлена схема установки, реализующий способ скоростной тонкослойной очистки и классификации сыпучих материалов.

Установка состоит из загрузочного бункера исходной смеси 1 со щелевидным выгрузочным отверстием, питателя-дозатора 2, под которым расположен гравитационный ускоритель частиц исходной смеси 3 далее каскадом расположены отражающие плоскости 4. Плоскости установлены последовательно друг под другом, со смещением по горизонтали и с зазором в проекции на вертикальную плоскость. Плоскости закреплены на боковых стенках установки с возможностью их автономного перемещения в горизонтальной плоскости и регулирования угла наклона к горизонту. Под нижней кромкой каждой отражающей плоскости смонтированы узлы для выделения воздушным потоком легких и неупругих частиц из расслоенного веером потока частиц и транспортирования их в осадочную камеру.

Каждый узел выделения и транспортирования легких и неупругих частиц представляет собой пневмокамеру 5, расположенную между соседними отражающими плоскостями 4 и боковыми стенками установки. Передняя стенка пневмокамер выполнена в виде жалюзийной решетки и обеспечивает свободное поступление наружного воздуха в пневмокамеры. Пневмокамера связана с осадочной камерой пневмопроводом 6, причем в каждом материалопроводе имеется заслонка 7 для настраивания необходимой скорости воздушного потока в зоне выделения легких примесей, а также может иметь автономный вентилятор 8, связанный с одной стороны пневмопроводом с пневмокамерой, а с другой с циклоном или осадочной камерой (на рисунке не показано).

Под нижней, отражающей плоскостью расположена камера классификации очищенного материала по классам 9, в нижней части которой установлен приемник фракций 10, разделенный перегородками на части в соответствии с числом выделяемых фракций. Верхняя часть камеры имеет набор заслонок, позволяющих регулировать скорость воздушного потока по длине камеры.

Способ осуществляется следующим образом. Из бункера 1 с помощью питателя-дозатора 2 исходный материал подается в гравитационный ускоритель 3, в котором частицы, падая вниз, разгоняются, формируясь в тонкослойный скоростной поток, встречаются с отражающей поверхность 4, установленной под острым углом к горизонту. В результате встречи потока материала с отражающей плоскостью происходит расслоение частиц по размерам и упругим свойствам в результате, которого упругие частицы, имеющие наибольший коэффициент восстановления, отражаются на больший угол с большей скоростью, чем частицы, имеющие меньший коэффициент восстановления. Неупругие и длинные частицы (соломины), отскок которых ограничивается плоскостью, теряют скорость, двигаясь по поверхности в низ. В связи с этим образуется веер из отраженных и скользящих по плоскости частиц. Самые упругие частицы летят по длинным траекториям вблизи левой границы веера, частицы менее упругие по более коротким траекториям, а неупругие и соломистые частицы по самым коротким траекториям вблизи отражающей плоскости или по ней. В пневмокамере 5 веер, падающих частиц продувается потоком воздуха, направленным со стороны левой границы веера. При продувке воздушный поток смещает частицы веера к зоне выделения их в осадочную камеру. Наибольшее смещение будут иметь неупругие, легкие и соломистые частицы, движущиеся преимущественно вблизи отражающей плоскости с меньшей скоростью и обладающие высоким коэффициентом парусности, и достигнувшие зону выделения, будут вынесены воздушным потоком по материалопроводу в осадочную камеру. Наименьшее смещение имеют - упругие, тяжелые и плотные частицы, концентрирующиеся в левой и центральной части веера. При этом частицы, движущиеся около второй ступени очистки, встречаются со второй отражающей плоскостью, где процесс упруго-гравитационной и воздушной сепарации повторяется в последовательности, аналогично рассмотренной. Причем отражающие плоскости имеют автономное регулирование угла наклона к горизонту, а вторая и последующие отражающие плоскости могут быть выдвинуты на величину, полного или частичного перекрытия, падающего веером потока частиц в низ. Угол установки отражающей плоскости к горизонту и величина смещения ее по горизонтали определяют ширину веера отражающихся частиц и высоту пневмокамеры, что позволяет регулировать качество очистки сыпучего материала. Многократное взаимодействие частиц с каскадом отражающих поверхностей 4, создает объемно-структурное сопряжение между отраженными частицами и воздушным потоком, снижая концентрацию частиц в каждой пневмокамере, и обеспечивая этим эффективное выделение потоком воздуха неупругих и легких частиц в осадочную камеру. Что позволяет поэтапно выравнивать поток частиц, по упругим и аэродинамическим свойствам на каждом каскаде.

Материал, покидающий последнюю ступень сепарации, попадает в камеру классификации 9, где продувается почти горизонтальным потоком воздуха. Самые тяжелые частицы собираются в первых ячейках приемника 10, а далее в зависимости от их плотности и парусности. Скорость воздушного потока по длине камеры регулируется с помощью заслонок 7.