Результат интеллектуальной деятельности: Мобильная установка для приготовления смеси лечебных комбикормов и премиксов в турбулентном потоке

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно, к устройствам для приготовления смеси лечебных комбикормов, витаминных, минеральных премиксов на животноводческих и птицеводческих фермах, комплексах и холдингах, а также в местах сезонного выпаса скота.

Известен «Малогабаритный комбикормовый агрегат» (RU 2050151, МПК A23N 17/00, 1995 г.), включающий измельчитель с приемным бункером, смеситель, устройство для загрузки исходных компонентов и выгрузки готового продукта. Агрегат смонтирован на раме с колесами. Измельчитель установлен непосредственно на смесителе и выполнен горизонтальным двухдисковым с нижним вращающимся диском. Смеситель оснащен вертикальным полым валом, внутри которого коаксиально установлен вал измельчителя. Привод измельчителя, смесителя и транспортера выполнен от одного электродвигателя при помощи клиноременных передач.

Недостатком этого агрегата является низкое качество смешивания, отсутствие возможности дозирования компонентов непосредственно с помощью оборудования агрегата.

Известна «Установка для приготовления премиксов и кормовых смесей» (RU 2289974, МПК А23N 17/00, 2015 г.) Установка включает два вертикально установленных смесителя, сообщающихся между собой. Смеситель для премиксов представляет собой центрифугу в виде усеченного конуса, его смешивающий рабочий орган имеет вид лопатки, а смеситель для кормовых смесей выполнен с винтовой лопаткой.

Недостатки: смесители в виде центрифуги предназначены для разделения, он осуществляет сепарацию составляющих по удельному весу, а спирально-винтовой конвейер для транспортирования премикса из малого смесителя в большой также приводит к сепарации смеси.

Конструкция установки сложная, металлоемкая, энергоемкая, для ее работы используется четыре электропривода.

Известна «Линия приготовления лечебных кормов» (RU 2730651, A23N 17/00, 2020), включающая лабораторную мельницу, измельчитель-смеситель и смеситель для приготовления лечебных кормов. В шаровом корпусе измельчителя-смесителя и смесителя лечебных кормов установлен сферический экран.

Недостатки: в сферических камерах обоих смесителей происходит в основном установившееся ламинарное движение материально-воздушного потока, в котором реализуется конвективный способ смешивания, не обеспечивающий заданную однородность смеси, лечебных кормов и премиксов.

Наиболее близкой по технической сущности изобретения является «Мобильная установка для приготовления кормолекарственных смесей» (RU 2545951, МПК А23N 17/00, 2015) принята за прототип, которая включает измельчитель с приемным бункером, смеситель, шаровую мельницу, устройство для загрузки исходных компонентов и выгрузки готового продукта, генератор для питания электроприводов оборудования с приводом от двигателя автомобиля и линию, размещенные в крытом кузове автомобиля, электрический переносной силовой кабель для подключения к электросети, силовой щит, пульт управления, прибор для определения однородности смеси, приточно-вытяжную систему вентиляции, электрокалорифер, шкаф для приборов, медицинские и платформенные весы, линиею для приготовления гомогенной смеси лечебных кормов, лечебных, витаминных и минеральных премиксов, включающую лабораторную мельницу для приготовления первичных премиксов, измельчитель-смеситель со сферической камерой смешивания для приготовления вторичных премиксов и большой шаровой смеситель для приготовления смеси лечебных кормов и премиксов, аналогичный измельчителю-смесителю. Установка оснащена автономным дизельным генератором для питания электроприводов оборудования, дробилкой с пневмозабором наполнителя, с двумя двух-вальными лопастными смесителями, высокоточными тензометрическими бункерными весами с весоизмерительным терминалом.

Недостатки: однородность смеси комбикормов с применением двухвальных лопастных смесителей, которые в настоящее время применяются на комбикормовых заводах в нашей стране и за рубежом, составляет 80-85%, а однородность смеси лечебных кормов и премиксов должна быть в пределах 95-98% (Спесивцев А. Процесс смешивания при производстве комбикормов.//Комбикорма, 2016, №3, с.37-41); установка технологично и конструктивно сложная, металлоемкая и энергоемкая, в условиях отгонного сезонного выпаса животных вряд ли применима.

Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в том, чтобы повысить однородность смесей до 95-98% путем создания мобильной установки для приготовления гомогенной смеси, лечебных комбикормов, лечебных витаминных и минеральных премиксов в животноводческих и птицеводческих хозяйствах, комплексах и холдингах, производящих комбикорма из собственного фуражного зерна, а также в местах сезонного выпаса животных. Эти предприятия производят более половины объема комбикормов, потребляемых в нашей стране.

Смонтированная в крытом кузове автомобиля линия приготовления лечебных комбикормов и премиксов по заказу потребителей может круглогодично удовлетворять все хозяйства, комплексы и холдинги района лечебными кормами и премиксами.

Она может обеспечить приготовление кормолекарственных смесей на основе комбикормов хозяйств (наполнитель) и лечебных препаратов, рекомендуемых ветеринарными службами.

Поставленная задача достигается тем, что в мобильной установке для приготовления смеси лечебных комбикормов в турбулентном потоке, измельчитель с приемным бункером, смеситель, шаровую мельницу, устройство для загрузки исходных компонентов и выгрузки готового продукта, генератор для питания электроприводов оборудования с приводом от двигателя автомобиля и линию, размещенные в крытом кузове автомобиля, электрический переносной силовой кабель для подключения к электросети, силовой щит, пульт управления, прибор для определения однородности смеси, приточно-вытяжную систему вентиляции, электрокалорифер, шкаф для приборов, медицинские и платформенные весы, линиею для приготовления гомогенной смеси лечебных кормов, лечебных, витаминных и минеральных премиксов, включающую лабораторную мельницу для приготовления первичных премиксов, измельчитель-смеситель со сферической камерой смешивания для приготовления вторичных премиксов и большой шаровой смеситель для приготовления смеси лечебных кормов и премиксов, аналогичный измельчителю-смесителюсогласно изобретения, верхняя часть сферического экрана измельчителя-смесителя на уровне 2/3 радиуса шарового корпуса по вертикальной оси выполнена в форме насадки сопла Лаваля, высота которой равна 1/3 радиуса шарового корпуса, диаметр конфузора на срезе насадки 1/6 радиуса шарового корпуса, образующая поверхность насадка наклонена к вертикальной оси шара на угол 10°, в нижней части измельчителя-смесителя сферический экран на срезе примыкает к двухсторонней лопасти с зазором 2-3 мм, диаметр диффузора на срезе экрана равен 1/3 радиуса шарового корпуса, зазор между нижней рабочей стороной лопастей и подовым диском выполнен с возможностью регулирования прокладками; линия снабжена большим шаровым смесителем для приготовления лечебных комбикормов и премиксов, причем конструктивногое исполнение его шарового корпуса и сферического экрана аналогичны шаровому корпусу и сферическому экраноы измельчителя-смесителя, сферический экран смесителя на уровне 2/3 радиуса большого шара по вертикали выполнен в форме насадки сопла Лаваля высотой 1/3 радиуса большого шара, диаметр на срезе насадки равен 1/6 радиуса большого шара, образующая поверхность насадка наклонена к вертикальной оси на 10°, диаметр диффузора нижнего среза экрана смесителя, примыкающего к двухсторонней лопасти с зазором h =2-3 мм, равен 1/3 большого шара, зазор между нижней рабочей стороной лопастей и подовым диском равен 0,6-1,2 мм и выполнен с возможностью регулировки прокладками, лабораторная мельница расположена над измельчителем-смесителем, а большой шаровой смеситель лечебных кормов расположен под измельчителем-смесителем; все узлы соединены герметично патрубками, образуя единый вертикальный поток.

Коэффициент однородности смешивания двухфазной неоднородной системы достигается выше в псевдоожиженном слое, чем при механическом перемешивании (О.М.Тодес, О.Б.Цитович «Аппараты с кипящим зернистым слоем» Ленинград, Химия, 1981 г.). Расчет основных параметров псевдоожижения выполняют по методике (И.П.Мухленов и др. «Расчет препаратов кипящего слоя», Ленинград, Химия, 1986 г.). Процесс смешивания зависит в основном от конструкции смесителя, рабочих органов и режима его работы.

Конвективное смешивание в псевдоожиженном слое отличается малым временем смешивания, простой конструкцией смесителя, однако при работе смесителя происходит сегрегация смеси – рассортирование компонентов по удельной массе частиц и размерам. Поэтому, для каждого типа смесителя и вида смеси необходимо экспериментально установить режим работы смесителя: соотношение компонентов, число оборотов вала смесителя, время смешивания, степень загрузки емкости смесителя и др.

Диффузионное смешивание осуществляется способом взаимной диффузии компонентов при совместном смятии, в результате из двух гетерогенных (неоднородных) компонентов образуется гомогенный (однородный) продукт – вещества находятся в одном агрегатном состоянии и при последующем смешивании не разделяются. Диффузионное смешивание представляется как процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, что приводит к выравниванию их концентрации по всему занимаемому объему. При этом происходит перенос вещества с мест высокой концентрации в места низкой концентрации и наоборот. Атомы соприкасающихся материалов перемешиваются на границе соприкосновения рабочих органов.

Известно, что самые напряженные и ответственные детали и узлы самолетов, ракет, кораблей и др. в настоящее время изготавливаются из композитных материалов (М.Л.Кербер, В.М.Виноградов, Г.С.Головкин «Полимерные композиционные материалы» СПб, 2008 г., с.560). Это достигается путем совместного измельчения состава полимеров до мельчайших частиц и одновременного диффузионного смешивания с последующим нагревом и прессованием, где уже между частицами, составляющих полимеров, действуют межмолекулярные силы.

Особенность смешивания лечебных препаратов и витаминных термолабильных и минеральных премиксов в том, что размеры частиц солей микроэлементов, используемых в комбикормовом производстве, варьируют в широких пределах – от пылевидных, способных витать в воздухе, до аномально крупных (1,2 мм), ограниченных лишь требованиями ГОСТ 52356-2005 «Премиксы. Номенклатура показателей», что не противоречит действующим нормативным документам.

Если размер компонентов не соответствует нормативам (ГОСТ), то для цыплят-бройлеров норма комбикорма 20 г в сутки, может не попасть нужный элемент, а если в эти 20 г корма попадает лишь одна частичка размером 1,2 мм, то будет перекорм. Применяемые компоненты являются солями тяжелых металлов. Они обладают высокой токсичностью для живых организмов, даже при невысоких превышениях допустимых норм, а также способствуют биоаккумуляции их в организме. Однако, их применение позволяет на треть повысить продуктивность животных и птицы (В.С.Крюков «Производство однородных комбикормов и качество премиксов»//[Электронный ресурс]:URLhttp://soyanews.info/news/-Proizvodstvo-odnorodnykh-kombikormov-i-kachestvo-.html).

Сферическая форма корпусов измельчителя-смесителя для вторичных премиксов и большого шарового измельчителя-смесителя кормовой смеси формирует устойчивую траекторию движения обрабатываемых компонентов, при этом происходит их конвективное смешивание в турбулентном псевдоожиженном слое; осуществляет целенаправленную устойчивую подачу на рабочие поверхности диска, где происходит совместное измельчение и смешивание способом диффузии.

Установлено, что миграционную способность материальных частиц различной плотности в диапазоне крупности от 0,1 до 3 мм, подверженных действию воздушного потока, определяется состоянием равновесия частиц на кривой (наклонной) поверхности и зависит от скорости потока и угла наклона. На сферической поверхности создаются благоприятные условия пересекающихся траекторий движения легких и тяжелых материалов в поле действия аэродинамических, гравитационных и центробежных сил (Филиппов В.Е., Гаврильев Д.М., Лебедев И.Ф. Поведение минеральных частиц в потоке на искривленной поверхности. Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ-2007-№3, С368-371). Эти принципы приняты за основу процесса смешивания предложенной линии.

Соотношения конструктивных размеров шарового измельчителя-смесителя и большого шарового смесителя, а также конфузоров и диффузоров определены по методике [Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Глава Х.Одномерное движение сжимаемого газа. Параграф 97. Истечение газа через сопло//Теоретическая физика – Т.6.Гидродинамика, 3-е изд., перераб.-М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1986.-736 с].

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема мобильной установки, на фиг. 1 – вид сбоку; на фиг. 2 – то же, вид сверху, на фиг. 3 представлена линия приготовления смеси лечебных комбикормов и премиксов в турбулентном потоке; на фиг.4 представлен вид А фиг.3; на фиг. 5 - вид Б фиг.3.

Мобильная установка 1 для приготовления смеси лечебных комбикормов и премиксов в турбулентном потоке содержит электрогенератор 2 с приводом от двигателя автомобиля и переносной силовой кабель 3 для подключения к электросети. В крытом кузове автомобиля установлен силовой щит 4, пульт управления 5, весы медицинские 6 и платформенные весы 7, приточно-вытяжная система вентиляции 8, электокалорифер 9, прибор по определению однородности смеси 10, холодильник 11 и линию для приготовления гомогенной смеси лечебных комбикормов и премиксов, включающую лабораторную мельницу 12 для приготовления первичных премиксов, измельчитель-смеситель со сферической камерой 13 для приготовления вторичных премиксов и большой шаровой смеситель 14 для приготовления смеси лечебных кормов и премиксов и шкаф 15 для хранения лечебных препаратов.

Линия приготовления смеси лечебных комбикормов и премиксов в турбулентном потоке включает основной бункер 16 для наполнителя, лабораторную мельницу 17 для приготовления первичных премиксов с устройством ввода препаратов 18 с задвижкой 19, бункер для наполнителя 20 с задвижкой 21, загрузочный шлюз 22 с задвижкой 23. Измельчитель-смеситель 24 для приготовления вторичных премиксов содержит шаровой корпус 25, вдоль вертикальной оси которого установлен сферический экран 26 с радиусом r_э1, равным 2/3 радиуса шарового корпуса R_ш (r_э1=2/3 R_ш). Верхняя часть сферического экрана 26 выполнена в форме насадки сопла Лаваля 27, сужающегося сверху вниз под углом 10° к оси. Высота насадки равна 1/3 R_ш, диаметр конфузора 28 на срезе насадка d1=1/6 R_ш. В нижней части измельчителя-смесителя 24 сферический экран 26 на срезе примыкает к двухсторонней лопасти 31 с зазором 2-3 мм, диаметр диффузора 32 равен D1=1/3Rш. В нижней цилиндрической части измельчителя-смесителя 24 на раме 51 закреплен подовый рабочий диск 29 с насечкой (борозды) на рабочей стороне в форме Архимедовой спирали, по центру которого проходит вал 30 для привода двухсторонней лопасти 31 (фиг.4, вид А). Стороны лопастей, примыкающие к рабочей поверхности диска 29, срезаны под углом естественного откоса смеси α=23-31° (фиг.5, вид Б). Между двухсторонней лопастью 31 и рабочей поверхностью диска 29 установлены регулировочные прокладки 33, зазор между ними δ=0,6-1,2 мм, что соответствует оптимальным размерам частиц смеси. Внизу смесителя 24 расположен выгрузной патрубок 34 с заслонкой 35.

Линия приготовления смесей включает большой шаровой смеситель 36 с большим шаровым корпусом 37, конструкция большого шарового смесителя 36 аналогична конструкции измельчителя-смесителя 24; сферический экран 41 большого шарового смесителя 36 расположен на уровне 2/3 R_бш от горизонтальной оси по вертикали выполнен в форме насадки 38 сопла Лаваля высотой 1/3R_бш, диаметр d₂ конфузора 50 на срезе насадки равен 1/6R_бш , образующая поверхность насадка наклонена к вертикальной оси на 10°, диаметр диффузора 42 – нижнего среза экрана смесителя 36 равен 1/3R_бш он примыкает к двухсторонней лопасти 39, закрепленной на валу привода 40, установленного на раме 44, с зазором h = 2-3 мм. Зазор между нижней рабочей стороной лопастей 39 и подовым диском 43 регулируется прокладками 45. Вверху большого шарового смесителя 36 имеется загрузочный шлюз 46 с задвижкой 47, а внизу смесителя 36 расположен выгрузной патрубок 48 с заслонкой смесителя 49.

Работает мобильная установка для приготовления смеси лечебных комбикормов и премиксов в турбулентном потоке следующим образом.

Электроэнергия от центральной электросети, как самая дешевая, посредством переносного кабеля 3 подключается к силовому щиту 4, а на отгонных пастбищах – в работу от двигателя автомобиля 1 включается электрогенератор 2 и электроэнергия подается на силовой щит 3, а от него на пульт управления 5, к которому подключены все потребители тока и приборы. В лабораторный смеситель 17 при закрытой задвижке 19 из бункера 16 засыпают наполнитель, а из устройства ввода препаратов 18 добавляют препарат в соотношении: сыпучего препарата или в таблетках и наполнителя 1:1, а жидкого - 1:3, включают в работу привод лабораторного смесителя, процесс смешивания продолжается 40-60 с, затем открывается задвижка 19 при лабораторной мельнице 17 и задвижка 23 измельчителя-смесителя и первичный премикс высыпают в выключенный измельчитель-смеситель 24. В него же из бункера-накопителя 20, через открытую заслонку 21, загрузочный шлюз 22 при открытой заслонке 23 засыпается 15-20% от установленной дозы наполнителя. Включается в работу электропривод измельчителя-смесителя, двухсторонняя лопасть 31, вращаясь от вала привода 30, захватывает, прижимает к рабочей нарезной поверхности диска 29 совместно компоненты, измельчает, диффузионно смешивает и равномерно выбрасывает материально-воздушный поток по всему периметру (360°) на внутреннюю сферическую поверхность шарового корпуса измельчителя-смесителя 24. При вращении лопастей 31 в центре шарового корпуса 25 по оси сферы измельчителя-смесителя 24 создается вакуум, а у сферической поверхности – давление. Нейтральная зона проходит на расстоянии 2/3 R_ш от оси шара, где размещен сферический экран 26. Материально-воздушный поток в верхней части сферического экрана 26 под давлением сверху и вакуума снизу попадает в насадку сопла Лаваля 27 и продавливается через его узкий конфузор 28. На выходе материально-воздушный поток получает большое ускорение, расширяется, скорость частиц увеличивается многократно, в объеме сферического экрана 26 происходит интенсивное турбулентное движение частиц и конвективное смешивание компонентов; а в нижней части на срезе экрана 26 смесителя 24 материально-воздушный поток проходит через широкий диффузор 32, где скорость потока снижается и поток направляется к оси вала привода 30, попадает в зазор δ=0,6-1,2 мм между лезвием лопасти 31 и насечкой (борозды) на рабочей поверхности подового диска 29 (фиг. 4, вид А, фиг. 3), где осуществляется диффузионное измельчение смешиваемых компонентов – взаимное проникновение препаратов в наполнитель. Степень измельчения регулируется прокладками 33. Процесс смешивания в измельчителе-смесителе длится 90-100 с. Готовый вторичный премикс при открытой заслонке 35, через выгрузной патрубок 34 высыпается в загрузочный шлюз 46 и при открытой задвижке смесителя 47 высыпается в невключенный большой шаровой смеситель 36. Таким же образом из основного бункера 16 для наполнителя загружается остальная доза наполнителя, приводится в работу вал привода 40 с закрепленной на нем двухсторонней лопастью 39, которая срезана под углом трения α (фиг.5, вид Б, фиг.3), примыкающей к подовому диску 43, закрепленного на раме смесителя 44, захватывает смешиваемую массу, прижимает к насечке на диске 43, измельчает и одновременно смешивает методом диффузии, равномерно выбрасывает по всему периметру (360°) внутренней сферической поверхности большого – шарового смесителя 37, поднимая ее вверх, где под действием давления сверху и вакуума снизу поток поступает в насадок сопла Лаваля 38, проходит через конфузор 50. При выходе из него скорость потока резко ускоряется и турбулентность усиливается, в объеме сферического экрана 41 происходит интенсивное конвективное смешивание ингредиентов, а в нижней части сферического большого смесителя 36 материально-воздушный поток под действием вакуума проходит через диффузор 42, образованный нижним срезом сферического экрана 41 большого смесителя 36, захватывается лопастями 39, попадает в зазор δ=06,-1,2 мм между лезвиями лопастей 39 и насечкой на рабочей поверхности подового диска 43, где осуществляется совместное измельчение компонентов сдвигом и диффузионное смешивание, которое продолжается 100-120 с, затем при открытой заслонке 49 смесителя 36, через выгрузной патрубок 48 лечебные комбикорма выгружаются в тару.

Использование мобильной установки обеспечит своевременную подготовку лечебных кормов и премиксов для животноводства и птицеводства района, при этом достигается заданная однородность смеси, время смешивания и удельные затраты энергии снижаются в 2 раза.