Теоретические основы пневмосепарирования.

Элементы теории пневмосепарирования. Для очистки зерна от примесей, отличающихся от основной культуры аэродинамическими свойствами (к ним относят щуплые и недоразвитые зерна, пленки, оболочки, части стеблей, полову, пыль), применяют пневматические сепараторы и аспираторы.

Принцип воздушной сепарации зерна основан на различии в аэродинамических свойствах компонентов зерновой смеси. Основным показателем аэродинамических свойств частиц смеси, определяющим ее делимость в воздушной среде, является скорость витания. В основу очистки и сортирования зерна воздухом положены различия в способности разных частиц перемещаться в воздушной среде с различной относительной скоростью.

Если в вертикальный воздушный поток поместить несколько частиц зерновой смеси, то каждая из них будет находиться под действием силы тяжести G, приложенной к центру тяжести, и силы сопротивления R, равной подъемной силе воздушного потока при движении частицы вверх либо динамическому сопротивлению воздушной среды при движении частицы вниз.

При турбулентном движении воздушного потока, например в пневмосепарирующих каналах, сила сопротивления в основном зависит от динамического воздействия потока на частицу и определяют ее по формуле Ньютона

(23)

где – коэффициент аэродинамического сопротивления; F _м – площадь проекции частицы на плоскость, нормальную к вектору относительной скорости се (миделево сечение), м²; – плотность воздуха, кг/м³; – относительная скорость обтекаемой частицы и потока, м/с.

В вертикальном восходящем потоке воздуха силы тяжести и силы сопротивления, действующие на частицу, всегда направлены в противоположные стороны, в связи с чем существует три возможных случая (рис. 17): 1) R ₁ > G ₁ – частица движется вверх; 2) R ₂ = G ₂ – частица в равновесии; 3) R ₃ < G₃ – частица движется вниз.

Таким образом, отношение R/G определяет направление движения частицы и свидетельствует о возможности разделения частиц воздушным потоком.

В случае R/G = 1 относительная скорость частицы равна абсолютной скорости воздушного потока, но направлена в противоположную сторону.

Скорость, при которой частица находится во взвешенном состоянии, называют скоростью витания или критической скоростью

(24)

Следует подчеркнуть, что скорость витания, определяемая формулой (10.24), относится к одиночной частице, находящейся в потоке, без воздействия на нее соседних частиц.

Для всех нешарообразных частиц (в частности, для зерен пшеницы, ржи, ячменя) значение скорости витания может быть различным и зависит от ориентировки зерновки в потоке. При расположении зерновки продольной осью по направлению потока, скорость витания будет наименьшей, и наоборот, т. е. она зависит от площади миделевого сечения.

Разные скорости витания компонентов смеси служат показателем возможности их разделения. Чем больше разность между значениями скоростей витания компонентов, тем точнее может быть разделена данная смесь.

Для полного разделения легкоразделимой смеси необходимо, чтобы скорость воздушного потока была равна полусумме скоростей витания

,

где – максимальная скорость витания частиц первого компонента, м/c; – минимальная скорость витания частиц второго компонента, м/c.

Оценка показателей процесса воздушного сепарирования. Технологический эффект процесса пневмосепарирования зависит от следующих основных параметров: удельной нагрузки, равномерности скоростного поля воздушного потока в рабочей зоне пневмоканала, равномерности подачи исходного материала, скорости ввода исходного материала и скорости воздушного потока.

Величина нагрузки, исчисляемой в кг/ч на 1 м² сечения капала, зависит от объемной массы исходного материала. Чем больше объемная масса, тем большую зерновую нагрузку можно дать пневмосепарирующему устройству при получении того же заданного технологического эффекта.

При этом необходимо иметь в виду, что с повышением удельной зерновой нагрузки эффект разделения и четкость сепарирования ухудшаются.

Установлено, что с повышением средней скорости воздуха возрастает степень очистки зерна от легких примесей, однако при этом резко увеличивается унос полноценного зерна в легкую фракцию, т. е. снижается четкость сепарирования. Поэтому при настройке режима работы пневмосепарирующего устройства необходимо обращать внимание на подбор средней скорости воздушного потока. Критерием такого подбора может служить допускаемое содержание полноценного зерна и легкой фракции.

Рис. 18. Воздушный сепаратор: 1 – смотровое окно; 2 – заслонка; 3, 4, 9 – штурвалы; 5 – подвижная стенка; 6 – пневмосепарирующий канал; 7 – пружина; 8 – жалюзи; 10 – инерционный вибратор; 11 – вибролоток; 12 – приемная камера; 13 – ограничитель хода

Воздушный сепаратор(рис. 18) предназначен для очистки зерна от легких примесей. Приемная камера 12 сепаратора имеет отверстие в верхней части для поступления зерна в смотровое окно. Корпус изготовлен в виде вертикального прямоугольного канала.

На боковинах сепаратора по всей высоте расположены смотровые окна 1. Задняя стенка имеет жалюзи 8 для поступления воздуха в пневмосепарирующий канал. Внутри корпуса установлена подвижная стенка 5, которая с передней стенкой корпуса образует пневмосепарирующий канал 6. Подвижная стенка состоит из верхней и нижней частей, шарнирно соединенных между собой. Положение обеих частей регулируют штурвалами 4 и 9 так, что можно устанавливать различную скорость воздуха в верхней и нижней частях пневмосепарирующего канала.

В верхней части пневмосепарирующего канала установлена дроссельная заслонка 2 для регулирования расхода воздуха. Ее положение фиксируют штурвалом 3. Вибролоток 11 обеспечивает подачу зерна в пневмосепарирующий канал. Резиновая накладка вибролотка служит днищем приемной камеры. С корпусом лоток соединен резиновыми подвесками и пружинами 7, которые обеспечивают необходимый подпор зерна в приемной камере независимо от нагрузки, что предотвращает подсос воздуха в пневмосепарирующий канал. Для установления начального зазора между вибролотком и приемной камерой служит ось с ограничителем хода 13. Это винтовое устройство, на которое опирается вибролоток.

Вибролоток приводится в колебательное движение инерционным вибратором 10, который представляет собой электродвигатель с дебалансными грузами. Изменяя их положение, увеличивают или уменьшают амплитуду колебаний вибролотка. На боковой стенке корпуса расположена люминесцентная лампа, освещающая пневмосепарирующий канал, что облегчает визуальный контроль и регулирование рабочего процесса.

Технологический процесс в воздушном сепараторе происходит следующим образом. Зерно поступает в приемную камеру 12, затем – на вибролоток 11. Подпор зерна препятствует подсосу воздуха в приемную камеру. Вибролоток не только выравнивает слой зерна по всей длине пневмосепарирующего канала, но и способствует расслоению зерновой смеси так, что легкие примеси перемещаются в верхний слой. Это способствует более эффективному их выделению воздухом. Кроме того, подвижную стенку 5 в нижней части устанавливают в такое положение, чтобы слой зерна, сходящий с вибролотка 11, был практически горизонтальным. Все это создает оптимальные условия для пневмосепарирования.

Основное количество воздуха, проходя под вибролотком 11, объединяется с воздухом, поступающим через жалюзи задней стенки, и пронизывает слой зерна. Дополнительное поступление воздуха через жалюзи препятствует оседанию пыли в пневмосепарирующем канале. Легкие примеси вместе с воздухом поднимаются вверх по каналу и уносятся в аспирационную систему, а очищенное зерно выводится через выпускной патрубок.

Отличительная особенность воздушного сепаратора – это наличие вибролотка, обеспечивающего надежное распределение и расслоение зерна по длине пневмосепарирующего канала, а также возможность регулирования сечения и формы пневмосепарирующего канала, что существенно повышает эффективность очистки зерна от легких примесей.