Сепарирующие машины

 

3. Анализ  аппаратов для воздушной очистки  зерна

История развития комплексной механизации  послеуборочной обработки зерна  в России включает в себя несколько  характерных этапов. Этап, продолжавшийся до начала тридцатых годов 20-го столетия, характеризовался применением простейших зерноочистительных устройств (веялок, триеров, сортировок), выполнявших, как правило, лишь одну технологическую операцию, которая в основном осуществлялась конской тягой либо мускульной силой человека.

Первая зерноочистительная  машина «Союзнаркомзем» в 1934 году в ВИМе, позволяла реализовать достаточно сложные технологические схемы очистки зерна, сократив до минимума межоперационные перемещения зернового вороха. Однако более широкое распространение получили простые машины несложные в эксплуатации (ВИМ-2, ВИМ-СМ-1 и др.), имеющие узкий набор рабочих органов. До 1953 было выпущено года около 30 тысяч таких машин. [1]

На тока стали поступать большие  партии зерна в период организации  колхозов и совхозов. Это потребовало создание новых зерноочистительных машин и привело к заметному росту числа разработок зерноочистительного оборудования. До 1967 года промышленностью было выпущено более 130 тысяч машин различных модификаций. Основная доля приходилась на передвижные универсальные зерноочистительные машины. Эта техника не отличалась высокой производительностью, т.к. оптимальная нагрузка для одного рабочего органа (например, для воздушного канала) не является таковой для других рабочих органов (решетного полотна или триера). Было невозможно обойтись без ручного труда при загрузке автомашин, затаривания зерна, отвода выделенных примесей после очистки, перемещении несамоходных машин и др.

На открытых токах, при обработке  зерна, в неочищенном и влажном  зерновом ворохе уже на вторые сутки  происходит накопление углекислого газа и исчезновение кислорода из межзернового пространства, что приводит к повреждению зародыша и потерям зерна при посеве. Следовательно, зерновой материал уже в первые часы поступления на ток должен быть очищен от примесей, просортирован и доведен до кондиционной влажности. В связи с этим и с ростом производства зерна уровень механизации перестал соответствовать требованиям сельского хозяйства, поэтому в 60-х годах внедряется поточная технология обработки зерна. Ее основой стали стационарные механизированные пункты, первым из которых был ЗАВ-10 с производительностью Ют/ч. Технологическое оборудование агрегата устанавливалось на перекрытии металлической конструкции над бункерами очищенного зерна и отходов. Зерноочистительное оборудование агрегата ЗАВ-10 состояло из воздушно-решетной машины и триерного блока, связанных между собой транспортером. [4]

В настоящее время для воздушной очистки зерна применяют сепараторы воздушные (СВ1-СВ3).

Сепараторы разделяют сыпучие, зерновые или порошкообразные материалы по фракционному составу или насыпной массе.

Принципы действия:

- воздушно - центробежный, гравитационный.

Решаемые задачи

- разделение на четыре фракции  по заданной границе в диапазоне  500-250; 100-250; 20-100; 0-20 мкм

- выделение узких классов дисперсности - монофракционный состав с чистотой не менее 96%

- получение материала с заданным  дисперсным составом

- разделение зернового материала  по насыпной плотности, форме,  массе частиц и др.

Преимущества:

- высокая эффективность разделения. Относительный показатель сепарации у классификаторов по показателю Эдера-Майера (E=100X25/X75) составляет до 96 %

-производительность классификаторов  составляет от 1т/ч и выше

- небольшие габариты и относительная  дешевизна

- рабочая расходная концентрация сыпучего материала до 2 кг/м3

- низкие энергозатраты - до 0,75 кВт/т

Технологические характеристика сепараторов  представлены в табл. 3.1.

Принципиальное устройство сепараторов СВ1-СВ3 представлено на рис. 3.1.

 

 

Таблица 3.1 - Технологические характеристика сепараторов

Технологические характеристики сепараторов (СВ1-СВ3)	Тип сепаратора	Производительность т/ч	Установл. мощность квт	Загружаемая крупность сырья, мкм	Кол-во продуктов	Крупность получаемого продукта, мкм	Габарита сепаратора D x L м Общая масса блока  с оборудованием в т.ч. масса  сепаратора кг
СВ -1	до 1т	0,75	0-500	4	250-500 100-250 20-100	0-20	1,2х2,5 1645/365
СВ -2	до 3т	1,5	0-500	4	250-500 100-250	20-100	1,4х3  1680/377
СВ -3	до 5т	2,2	0-500	3	250-500 100-250	0-100	1,6х3,6   1730/435

 

Рисунок 3.1 – Принципиальное устройство сепараторов СВ1-СВ3

№ п/п	Наименование	масса, кг
1	Бункер загрузочный	45
2	Питатель шнековый	30
3	Патрубок загрузочный	20
4	Сепаратор воздушный	520
5	Патрубок с питателем ср. фр.	30
6	Патрубок с питателем  крупки	35
7	Трубопровод мелкой фракции	40
8	Циклон осадительный 1й ступени	60
9	Циклон осадительный 2й ступени	120
10	Трубопровод обеспыленного  воздуха	50
11	Вентилятор дутьевой	50
12	Трубопровод воздушного патрубка	20
13	Заслонка воздушная	5
14	Патрубок с питателем  мелкой фракции 1й ступени осаждения	30
15	Патрубок с питателем  мелкой фракции 2й ступени осаждения	30
16	Бункер мелкой фракции 1й ступени осаждения	70
17	Бункер мелкой фракции 2й ступени осаждения	70
18	Клапан (мигалка) - питатель металлоконструкции	2х10=20 700

 

Рассмотрим технологические схемы высокопроизводительных зерноочистительных машин для получения высококачественных семян.

Машина (рисунок 3.2) включает усовершенствованную двухаспирационную систему с возможностью независимой регулировки скорости воздушного потока в аспирационных каналах, новую конструкцию решётного стана с двухъярусным расположением решёт и постановкой в каждом ярусе последовательно двух решёт на машине ОЗФ-50/25/10 и трёх - на машине ОЗФ-80/40/20 с иной схемой их расположения и устройством для снижения потерь зерна сходом с колосового решета, устройство для снижения забиваемости решёт. Эти технические решения защищены патентами РФ.

 

1 – рама; 2 – питающее  устройство; 3 – канал первой аспирации; 4 – канал второй аспирации; 5, 6 – осадочные камеры; 7 – шнеки; 8 - диаметральный вентилятор; 9 – воздухоотводящий патрубок; 10 – делитель; 11 – регулировочное окно; 12 – клапан; 13 – решётные станы; 14 – лоток вывода колосового вороха; 15 – лоток вывода фуражной фракции; 16 – лоток вывода мелких примесей; - воздух; - ворох; - легкие примеси; - проход сортировального решета; - мелкие примеси; - колосовой ворох (крупные примеси); - проход колосового решета; - фуражная фракция; - очищенное зерно; - сход сортировального решета; - фуражная фракция, выносимая воздушным потоком

Рисунок 3.2- - Технологическая схема зерноочистительной машины ОЗФ-80/40/20

Технологический процесс очистки  зерна машиной OЗФ-80/40/20 (рисунок 3.2) протекает следующим образом: при работе машины зерновой ворох по зернопроводу поступает в приёмную часть питающего устройства 2, откуда шнеком распределяется по ширине пневмосистемы и подаётся в делитель 10 и далее в сдвоенный пневмосепарирующий канал первой аспирации 3, где воздушным потоком выделяются легковесные примеси, а оставшаяся часть зернового вороха по распределителю подаётся на верхний и нижний решётные станы 13. [5]

Скорость воздушного потока в пневмосепарирующем канале должна быть такой, чтобы зерно  не выносилось. Вынесенные воздушным потоком примеси оседают в осадочной камере 5 и шнеком 7 выводятся из машины, а пыль удаляется из машины воздушным потоком.

На первом и втором сортировальных решётах Г верхнего яруса каждого решётного стана проходом выделяется мелкая часть зерна и мелкие засорители, а более крупное зерно и крупные примеси сходят на следующее колосовое решете Б, где зерно просыпается, а крупные примеси идут сходом в лоток 14 и выводятся из машины. Часть вороха, просыпавшегося через сортировальные решёта Г, поступает на подсевные решёта В, где проходом выделяются мелкие примеси, которые по скатной поверхности и лотку 16 выводятся из машины. Выделенные легковесные, крупные и мелкие примеси составляют отходовую фракцию, которая является благоприятной средой для обитания и размножения микроорганизмов. Она поступает в отдельную секцию бункера зерноочистительного агрегата и по мере её заполнения выгружается в транспортное средство и вывозится за пределы санитарной зоны.

Мелкое, щуплое и дроблёное зерно  сходит с подсевного решета В, через разгрузочный канал на поддон. Зерно, просыпавшееся через колосовое решето Б, поступает на расположенное под ним третье сортировальное решето Г, где выделяется мелкое, щуплое и дроблёное зерно и поступает на поддон. На поддоне оно объединяется с зерном, сошедшим с подсевных решёт В, образуя фуражную фракцию, которая через лоток 15 выводится из машины.

Зерно, сошедшее с сортировального  решета Г нижнего яруса каждого  решётного стана, подаётся во второй пневмосепарирующий канал 4, где из него воздушным потоком выделяются щуплые, биологически неполноценные зерновки, которые осаждаются в осадочной камере 6 и шнеком 7 выводятся из машины. Скорость воздушного потока во втором пневмосепарирующем канале должна быть такой, чтобы выносилось биологически неполноценное и дроблёное зерно, не отвечающее требованиям базисных и посевных кондиций.

Зерно, вынесенное воздушным потоком, объединяется с зерном, сошедшим с подсевных решёт, образуя фуражную фракцию, и поступает через лоток в отдельную секцию бункера. Очищенное зерно поступает в бункер чистого зерна.

Так работает машина в режиме фракционирования при первичной и вторичной очистке зерна.

При предварительной обработке  зерна в верхнем ярусе каждого решётного стана устанавливают колосовые решёта с нарастающим размером отверстий, а в нижнем ярусе подсевные решёта одинакового размера и с одинаковыми отверстиями.

Воздушный сепаратор, являющийся машиной  для обработки зерновых смесей воздушным потоком, обычно состоит из питающего устройства, пневмосепарирующего канала, устройства для очистки воздуха после сепарации и вентилятора.

В существующих воздушных сепараторах  встречаются пневмосепарирующие каналы трех форм: прямоугольной, цилиндрической, и кольцевой. [6]

Пневмосепарирующие каналы прямоугольной  формы (рисунок 3.3) преобладают в современных воздушно-ситовых машинах, так как они позволяют равномерно подавать зерновую смесь равномерно по ширине и отвечают требованиям рациональной компоновки пневмосепарирующих устройств в этих машинах. В прямоугольных каналах ряда конструкций негерметичность в местах поступления зерна обусловливает подсос воздуха и снижает эффективность очистки.

Рисунок 3.3 – Пневмосепарирующий канал прямоугольной формы

Каналы цилиндрической формы (рисунок  3.4) редко применяют в машинах для очистки зерна воздушным потоком. Машины такого типа отличаются низкой производительностью и не могут конкурировать с устройствами на базе прямоугольных и кольцевых каналов. В каналах цилиндрической формы создаются различные условия очистки, зависящие от того, в каком месте зерно пересекает канал, что снижает общий эффект сепарирования.

Кольцевой канал (рисунок 3.5) образуется двумя вертикальными концентрично расположенными цилиндрами: внутренним и наружным.

Нижнее отверстие внутреннего  цилиндра закрыто коническим клапаном, который удерживается в закрытом положении пружиной, действующей на клапан с помощью рычага. Верхняя часть наружного цилиндра имеет несколько больший диаметр, чем остальной цилиндр. Образующееся в верхней части расширение (коллектор) способствует равномерному распределению воздуха по окружности канала.

Каналы кольцевой формы компактны  и удобно компонуются в самостоятельных пневмосепарирующих машинах. В таких каналах сравнительно просто достигают равномерности потока по ширине канала.

Значительно труднее обеспечить в  этих каналах равномерность потока по окружности, то есть длине канала в связи с односторонним или местными отсосами воздуха.

Основой разделения зернового материала при воздушном сепарировании является скоростная направленная тонкослойная подача зерна в воздушный поток. Это позволяет увеличить действующую на компоненты зернового материала аэродинамическую силу, повышая тем самым значимость данного признака разделения. Тонкослойная подача позволяет свести до минимума взаимодействие между компонентами, что существенным образом повышает эффективность работы воздушного потока.

1 – вентилятор; 2 – диффузор; 3, 5, 9 – лоток; 4 – труба; 6 – камера; 7 – конус; 8 – отверстие; 10 – проволочная сетка.

Рисунок 3.3 – Схема воздушного сепаратора с цилиндрическим пневмосепарирующим каналом

От условий ввода зерновой смеси  в канал во многом зависит эффективность  процесса пневмосепарирования. Зерновую смесь в канал современных  пневмосепарирующих машин вводят в основном тремя способами (рисунок 3.4): самотеком по наклонной направляющей под действием гравитационных сил и подпора зерна; вибрирующим лотком; рифлеными питающими валками-побудителями.

Рисунок 3.4 - Общий вид кольцевого пневмосепарирующего канала

 

Рисунок 3.5 – Способы подачи зерновой смеси в пневмосепарирующий канал:

а – самотеком по наклонной направляющей; б – вибрирующим лотком;

в – рифленым питающим валиком

Помимо основных требований по качеству работы зерноочистительных машин, указанных в таблице 3.2 важнейшими являются следующие:

- надежность технологического  процесса;

- стабильность качества работы  при меняющихся свойствах походного  материала и подач; 

- требования безопасности, в частности  параметры среды в зоне обслуживания машины (концентрация пыли - не более 4 мг/м3, уровень шума - не более 80 дБА). [8]