Сепарирующие машины

Все эти показатели обязательно  определяются при государственных  приемочных испытаниях и по их результатам  дается заключение о возможности  использования машины в сельскохозяйственном производстве нашей страны.

Таблица 3.2 - Основные нормы качества работы зерноочистительных машин

Назначение машины	Вид отхода	Полнота Выделения отхода, %, не менее	Выход очищенных семян, от количества семян, подаваемых в машину, не менее	Выход семян во фракцию  «отход», %, не более
Предварительная очистка	Сорная примесь, выделяемая воздухом и решетами. Мелкий сор (проход решета 1,0)	50 70	99,8	0,2
Основная (вторичная) очистка	Зерновая и сорная примесь, выделяемая воздухом, решетами и триером	80	93,0	5,0 - без триерных цилиндров 7,0 - с триерными  ( кукольный и овсюжный) цилиндрами
Окончательная очистка	Трудноотделимый отход	80,0	90,0	10,0

Рассмотрим основные недостатки современных  воздушных сепараторов (типа «САД», «АЛМАЗ» и т.п.).

1. Используемый в них принцип  уже давно отжил из-за низкой  эффективности, т.к. время нахождения  частиц зернового материала в  воздушном потоке слишком мало, чтобы произошло четкое разделение. Например, при высоте сепарирующей  камеры 1метр, время процесса составляет 0,45 секунды. В течение столь короткого промежутка времени не может быть чёткого разделения, поскольку аэродинамическая сила воздушного потока, отклоняющая частицу, зависит от ориентации частицы относительно направления воздушного потока, а ориентация - случайная.

Для чёткого разделения необходимо более длительное время пребывания частиц в сепарирующем пространстве, где они успеют многократно поменять ориентацию воздушного потока и для  этого необходима высота сепарирующей камеры более 3-х метров и расход воздуха - более 30 000 м3/ч., что не приемлемо для этих машин.

2. Машины типа «САД», «АЛМАЗ» и т.п. в существующих габаритах и при установленных мощностях двигателей в принципе не способны обеспечить требуемого качества очистки семян от трудноотделимых примесей (овсюга, овса, члеников дикой редьки, щуплых семян основной культуры и др.)

3. Большое количество фракций,  рекламируемое в этих машинах,  специально преподносится с целью  ввести покупателя в заблуждение.  При демонстрации машины в работе показывают лицевую сторону машины с 5-ю фракциями, а ещё 4 фракции прячутся (укрываются) на задней стороне машины. При этом показывается только половина всего обрабатываемого материала - в основном тяжелая фракция семян, составляющая около 20-25 % от всех семян, и самый край отхода, составляющий так же 20-25 % от всего отхода. Остальной материал обещают разделять либо путём рециркуляции (т.е. возврата в машину) либо повторной очисткой.

4. Как рециркуляция, так и повторная  очистка не решат проблему доочистки тех фракций, которые скрываются при демонстрации. Именно в этих фракциях осталась основная часть трудноотделимых примесей, которую не способны выделить эти машины.

5. Машины типа «САД», «АЛМАЗ» и т.п. не комплектуются осадочной камерой, циклоном или фильтром, поскольку для этих машин это является проблемой, так как требуется дополнительная большая мощность на вентиляторы. Любое устройство аспирации нарушит и без того слабую устойчивость работы машины и удорожит машину примерно на 100 %.

По качеству разделения, надежности, стабильности работы, экологичности и простоты обслуживания удовлетворяют всем предъявляемым отечественным требованиям только машины семейства ПСМ. Это достигнуто тем что:

- использованы новейшие достижения  науки в области пневмосепарации сыпучих материалов, заключающиеся в том, что разработан способ оптимального взаимодействия потока обрабатываемого материала с воздушным потоком в глубоком пневмосортировальном канале;

- все пневмосепараторы в мире  имеют ширину канала больше глубины, а машины семейства ПСМ - наоборот, это обеспечивает многократное увеличение экспозиции, т.е. времени процесса сепарации максимальной интенсивности. Машины чётко очищают материал по скорости витания благодаря идеальному распределению материала и стабильности скорости воздушного потока в глубоком (до 1 м и более) пневмоканале;

- время пребывания различных  частиц обрабатываемого материала  в сепарирующем пространстве  автоматически удлиняется в зависимости  от трудноотделимости их от  основного материала. [7]

4. Описание выбранной машины

Принцип воздушной сепарации использован  во многих сепарирующих машинах, особенно в машинах для очистки зерновых культур. Объясняется это сравнительной простотой воздушносепарирующих устройств и различными аэродинамическими признаками примесей и зерновок. К таким примесям, которые называют легкими, относят цветковые оболочки, части стеблей и колосьев, полову, семена сорных растений, щуплые зерна основной культуры, пыль и т.д. Воздушные сепараторы находят применение на крупяных заводах при сепарировании продуктов шелушения крупяных культур.

В современных зерноочистительных машинах применяют несколько  способов очистки зерна с использованием воздушного потока: сепарирование в вертикальном воздушном потоке; сепарирование в наклонном или поперечном воздушном потоке; воздушное сепарирование с использованием поля центробежных сил; воздушное сепарирование с использованием кинетической энергии компонентов сепарируемой смеси; пневмоинерционное сепарирование; пневмоситовое сепарирование; аэромеханическое сепарирование зерна в условиях внутрицехового пневмотранспорта.

Наибольшее распространение, благодаря  конструктивной простоте и компактности устройств, получил способ сепарирования зерновой смеси в вертикальном воздушном потоке. Его применяют в современных зерновых сепараторах, пневмосепараторах и аспираторах отечественного и зарубежного производства. Поперечный воздушный поток все реже применяют в машинах, и сохранился он главным образом там, где конструктор не связан требованиями в компактности машин, например в очистительных машинах, использующихся на зерновых токах. Сепарирование зерна в наклонном воздушном потоке применяют в машинах сельскохозяйственного назначения. В машинах зерноперерабатывающих предприятий этот способ распространения не получил. [9]

Воздушные сепараторы подразделяют на две группы: с разомкнутым и замкнутым циклом воздуха. К первой группе относят аспирационные колонки, широко применяемые на крупяных заводах, и пневмосепараторы применяемые на мукомольных заводах с пневмотранспортом. Во вторую группу входят в основном воздушные сепараторы типа дуаспираторов, которые наиболее широко используют в крупяном производстве. Основным недостатком всех воздушных сепараторов является их недостаточная эффективность при очистке зерна от легких примесей. Это связано с ограниченным временем воздействия воздушного потока на зерновую смесь, в результате чего часть легкой примеси уносится с продуктом.

Устранить данный недостаток и повысить эффективность очистки зернового  материала поможет воздушносепарирующая установка, разрабатываемая на кафедре МАПП (на основе патента 7 В 07В 4/00, 7/04 «Способ аэромеханического разделения зерновых материалов»).

Данная установка предназначена  для очистки зернового материала от примесей отличающихся массой, аэродинамическими свойствами и коэффициентом трения. Схема установки представлена на рисунке 1.

1 - приемно-питающее устройство; 2 - регулируемые перегородки; 3 - жалюзийный  барабан; 4 - рабочая камера; 5 - выпускной  патрубок для зерна; 6 - регулируемые  сборники для тяжелой примеси; 7 - канал для подачи чистого воздуха; 8 - отражатель; 9 - скатные поверхности; 10 - заслонка; 11 - горизонтальный циклон; 12 - выпускной патрубок для легкой примеси

Рисунок 1 - Схема воздушного сепаратора

Воздушный сепаратор (рисунок) состоит из рабочей камеры 4 и горизонтального циклона 11. Рабочая камера включает в себя: приемно-питающее устройство 1 для равномерного распределения зернового материала по ширине канала; канал для подачи чистого воздуха 7; регулирующие перегородки 2, которые разделяют воздушный поток на струи, что способствует лучшему разрыхлению и продуванию воздухом зерновой смеси; отражатель 8, предотвращающий унос зерна воздушным потоком; регулируемые сборники 6, где собирается тяжелая примесь; скатные поверхности 9, по которым зерно выводится через выпускное устройство 5; жалюзийный барабан 3, через него проходи воздушный поток с легкой примесью на пути в горизонтальный циклон 11.

Воздушносепарирующая установка  работает следующим образом. Зерновой материал подается через приемно-питающее устройство 1, через канал 7 подается воздух. Он пронизывает зерновую смесь посредством регулирующих поверхностей 2, смесь разрыхляется и под действием аэродинамических сил, силы тяжести и силы трения происходит разделение смеси. Тяжелая фракция, имея больший коэффициент трения, перемещается вниз и оседает на небольших сборниках 6, очищенное зерно проносится дальше и, ударяясь о скатные поверхности 9, выводится через патрубок 5. Воздушный поток с легкой фракцией попадает в жалюзийный барабан 3, где он дополнительно закручивается, и далее в горизонтальный циклон 11.

В горизонтальном циклоне легкие примеси  под действием центробежной и  гравитационной сил отбрасываются к стенкам, скатываются и выводятся через выпускной патрубок 12. Режим сепарации и скорость воздуха регулируются подвижными поверхностями 2 и заслонкой 11.

Преимуществами данной воздушносепарирующей установки, по сравнению с машинами, которые используют в производстве, являются более эффективное использование воздушного потока, за счет того, что воздух пронизывает зерновую смесь по ходу движения зернового материала, тем самым увеличивается время воздействия воздуха на зерно, что способствует лучшему разделению зерна на фракции и в целом повышает качество очистки зернового материала. Использование горизонтального циклона позволяет более эффективно отделить легкую примесь от воздушного потока.

Задача совершенствования питателей  воздушных сепараторов заключается  в создании питателей подающих зерновую смесь в воздушный канал, равномерно распределяющих ее по площади поперечного сечения при разных скоростях воздушного потока, что в итоге позволяет повысить эффективность работы питающего устройства, а значит и всего процесса сепарирования в целом.

Решение их должно осуществляться путем создания пневмосепарирующего канала с одним или с двумя поперечными окнами для ввода сепарируемого материала. В канал через окна должен непрерывно подаваться материал с помощью питателей, обеспечивающих равномерное распределение по всему его сечению.

С целью повышения эффективности предварительной очистки выбран технологическая схема пневморешетного сепаратора с рассредоточенным  вводом зернового материала в воздушный поток (рисунок 4.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – циклон; 2 – вытяжной вентилятор; 3 – приемный бункер; 4 – катушечный дозатор; 5 – каскад подсевных решет; 6 – каскад делительных решет; 7 – цепочно-щеточный механизм; 8 – каскад вороховых решет; 9 – шнековый транспортер крупных отходов; 10 – нагнетающий вентилятор; 11 – приемник фракции крупного зерна; 12 – приемник фракции среднего зерна; 13 – приемник фракции мелкого зерна

Рисунок 4.1  – Схема пневморешетного сепаратора

 

Процесс сепарирования осуществляется решетами и в наклонном воздушном потоке, ограниченном стенками сепаратора. Высота канала определена структурой потока, соответствующей затопленной струе, что позволяет увеличить время взаимодействия компонентов смеси с воздушным потоком и тем самым повысить эффективность сепарирования.

Равномерность скоростного поля воздушного потока обеспечивается применением отсасывающего 2 и нагнетающего 10 вентиляторов. Повышение качества сепарирования достигается за счет рассредоточенного ввода частиц в наклонный воздушный поток. Это обеспечивается каскадом решет 5, 6 и 8, установленных по линии верхней границы струи.

Такая компоновка снижает вредное  влияние решет на равномерность  скоростного поля воздушного потока и воздушного потока на эффективность  работы решет. Размеры отверстий  решет по мере приближения к нагнетающему патрубку вентилятора 10 увеличиваются. В нижней части камеры расположены приемники фракций 11, 12 и 13, количество которых определяется задачами обработки.

Процесс фракционирования и сепарации  по данной технологической схеме  осуществляется следующим образом. Исходный ворох из бункера 3 непрерывным потоком подается на решето 5. Под действием колебаний решета происходит перераспределение компонентов по их крупности и плотности по толщине слоя и просеивание мелких частиц в отверстия. Из просеявшихся частиц наклонный воздушный поток выделяет легкие частицы, которые вентилятором выводятся из пневмоканала, а мелкие тяжелые частицы поступают в приемник 13. Зерновая смесь с решета 5 поступает на решето 6.

Размер отверстий по длине решета 6 постепенно увеличивается, поэтому в начале решета просеиваются мелкие компоненты, затем средние и крупные. Из просеявшихся компонентов воздушным потоком выделяются  мелкие легкие частицы, которые попадают в приемник 13, более тяжелые компоненты поступают в приемник 12. Наиболее крупные компоненты зернового вороха поступают на решето 8, размер отверстий которого выбирается из условия полного просеивания частиц основной культуры; крупные примеси выводятся сходом с поверхности решета.

Ввод компонентов зернового  вороха в наклонный воздушный  поток через отверстия, размеры  которых увеличиваются по мере движения материала,  позволяет выделить значительную часть мелких легких и мелких тяжелых частиц непосредственно над приемником фуражных отходов, увеличить расстояние между компонентами по длине и ширине потока, исключить попадание крупных соломистых примесей в наклонный воздушный поток, что значительно снижает вероятность столкновения компонентов  и обеспечивает высокое качество сепарирования воздушным потоком.