Лабораторная установка для исследования процесса измельчения зерновых культур в условиях изменения барометрического давления воздуха в рабочей камере
Владельцы патента RU 2340399:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к устройствам для изучения процесса измельчения зерновых культур в комбикормовом производстве, а именно для изучения процесса измельчения зерновых культур при изменении барометрического давления воздуха в рабочей камере. Лабораторная установка для исследования процесса измельчения зерновых культур в условиях изменения барометрического давления воздуха в рабочей камере включает станину, вертикально расположенный вал ротора, корпус рабочей камеры, установленный с возможностью вращения относительно оси вала ротора, ограниченного устройствами измерения крутящего момента, закрывающую сверху корпус рабочей камеры прозрачную крышку, выходные люки с выходными крышками, расположенные в нижней части по бокам корпуса рабочей камеры. Лабораторная установка содержит приводной шкив, установленный в нижней части приводного шкива рабочий орган, выполненный в виде прямоугольной пластины с загнутыми в противоположные стороны концами и торцевыми гранями, заточенными под углом 45 градусов, устройство для замера скорости воздушно-продуктового слоя, установленное внутри корпуса рабочей камеры в центре прозрачной крышки и представляющее собой двигатель для выработки постоянного тока, на валу которого закреплены лопатки, тройник, установленный на наружной стороне прозрачной крышки в выполненном в ней отверстии, шаровой кран, вставленный в прямой патрубок тройника, компрессорный кран, установленный в боковом патрубке тройника, мановакуумметр, установленный симметрично тройнику с наружной стороны прозрачной крышки в выполненном в ней отверстии, вакуумный насос, компрессор. Рабочая камера выполнена герметичной. Изобретение позволяет обеспечить герметичность корпуса рабочей камеры, снизить дисбаланс ротора, сократить время, затрачиваемое на процесс измельчения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к устройствам для изучения процесса измельчения зерновых культур в комбикормовом производстве, а именно для изучения процесса измельчения зерновых культур при изменении барометрического давления воздуха в рабочей камере.
Наиболее близким изобретением по технической сущности является лабораторная установка для исследования процесса измельчения и смешивания зерновых смесей (патент РФ №2246991, МПК 7 В02С 13/18, 27.02.2005, Бюл. №6), включающая ротор, набор сменных рабочих органов, корпус рабочей камеры, установленный с возможностью вращения относительно оси ротора, ограниченный устройствами измерения крутящего момента, прозрачную крышку, обечайку и планшайбу, прозрачную установочную плиту.
Недостаток прототипа - исследования можно проводить только при обычном давлении воздуха внутри корпуса рабочей камеры из-за недостаточной герметичности корпуса рабочей камеры, длительное время измельчения, дисбаланс ротора.
Технический результат - обеспечение герметичности корпуса рабочей камеры, снижение дисбаланса ротора, сокращение времени, затрачиваемого на процесс измельчения.
Поставленная задача решается тем, что лабораторная установка, включающая станину, вертикально расположенный вал ротора, корпус рабочей камеры, установленный с возможностью относительного вращения относительно оси вала ротора, ограниченного устройствами измерения крутящего момента, закрывающую сверху корпус рабочей камеры, прозрачную крышку, содержит приводной шкив, установленный в нижней части приводного вала, рабочий орган, выполненный в виде прямоугольной пластины с загнутыми в противоположные стороны концами и заточенными торцевыми гранями под углом 45 градусов, устройство для замера скорости воздушно-продуктового слоя, установленное внутри корпуса рабочей камеры в центре крышки, представляющее собой двигатель для выработки постоянного тока, на валу которого закреплены лопатки, а также тройник, установленный на наружной стороне крышки в выполненное в ней отверстие, шаровой кран, вставленный в прямой патрубок тройника, компрессорный кран, установленный в боковой патрубок тройника, мановакуумметр, установленный симметрично тройнику с наружной стороны крышки в выполненное в ней отверстие, вакуумный насос, компрессор. В нижней части, по бокам корпуса рабочей камеры выполнены выходные люки с выходными крышками, при этом рабочая камера выполнена герметичной, а бункер соединен с шаровым краном через мягкий воздухонепроницаемый рукав.
Приводной шкив выполнен трехручьевым, при этом ручьи имеют ступенчато уменьшающийся размер от большего верхнего ручья, что позволяет изменять скорость вращения ротора без снятия и замены шкива.
На чертеже показано сечение лабораторной установки для исследования процесса измельчения зерновых культур при изменении барометрического давления воздуха в рабочей камере по оси вращения рабочего органа.
Лабораторная установка устроена следующим образом.
На станине 1 установлен подшипниковый узел 2, внутри которого вращается приводной вал 3. В верхней части подшипникового узла установлен корпус рабочей камеры 4 с возможностью свободного вращения относительно оси рабочего органа 5. Внутри корпуса рабочей камеры установлен вертикально расположенный вал ротора 6. В вал ротора 6 снизу вкручивается болт 7, имеющий шестигранную головку, входящую в верхнее отверстие муфты 8, имеющей форму двенадцатигранника. Корпус рабочей камеры 4, установленный в верхней части лабораторной установки, является съемным, что позволяет выгружать измельченный продукт, снимая полностью корпус рабочей камеру из втулочно-пальцевого соединения.
Внутри рабочей камеры находится рабочий орган 5, закрепленный на валу ротора 6 на опорной шайбе 9 контргайкой 10 и шпоночным соединением 11.
Корпус рабочей камеры 4 снабжен опорным стаканом 12 с отверстием под устанавливаемую муфту 8. Корпус рабочей камеры зафиксирован от проворачивания во время работы лабораторной установки в опорном стакане при помощи стопорного болта 13. Опорный стакан 12 свободно вращается с вместе с установленным на нем корпусом рабочей камеры 4 в подшипниковом узле 2.
Сверху камера закрывается прозрачной крышкой 14, которая устанавливается на камеру при помощи резьбового соединения. В верхней части прозрачной крышки 14 сделаны симметрично отверстия под тройник 15 и мановакуумметр 16. Тройник служит для перехода между шаровым краном 17, компрессорным краном 18 и отверстием в прозрачной крышке 14. Шаровой кран 17 выполняет роль входного патрубка продукта и затвора, сохраняя герметичность в рабочей камере в процессе измельчения. Компрессорный кран 18 служит для того, чтобы регулировать и удерживать давление в камере. К компрессорному крану подсоединяется через систему шлангов компрессор или вакуумный насос. Регистрация создаваемого давления в рабочей камере осуществляется мановакуумметром 16. Внутри корпуса рабочей камеры в центре крышки 14 смонтировано устройство для замера скорости воздушно-продуктового слоя 19, представляющее собой двигатель для выработки постоянного тока, на валу которого закреплены лопатки. Попаданию продукта на поверхность двигателя препятствует кожух 20, а также крыльчатка 21, распложенная на валу двигателя внутри кожуха.
На корпусе 1 в диагональном направлении равноудалено от оси вращения рабочего органа установлены на стойках 22 тензометрические балочки 23. Соединение тензометрических балочек 23 с опорным стаканом 12 осуществляется нерастяжимой нитью 24.
Герметичность в рабочем пространстве корпуса рабочей камеры 4 обеспечивается за счет конструктивного исполнения корпуса рабочей камеры: толщина стенок выполнена в соответствии с расчетом на надежность при создании заданного бараметрического давления воздуха в рабочей камере, соединение крышки с корпусом рабочей камеры представляет гладкое фланцевое соединение с резиновым уплотнителем 25, стягивающееся резьбовым соединением. Герметичность между вращающимся валом ротора и рабочим пространством корпуса рабочей камеры обеспечивают двойные манжетные уплотнения 26.
Загрузка продукта осуществляется из бункера 27 через мягкий воздухонепроницаемый рукав 28, соединенный с шаровым краном 17. Разгрузка продукта осуществляется через расположенные в нижней части, по бокам корпуса рабочей камеры выходные люки с выходными крышками 29.
Лабораторная установка работает следующим образом.
Продукт, подлежащий измельчению, определенной массой поступает из бункера 27 в рабочую камеру, проходя через мягкий воздухонепроницаемый рукав 28, шаровой кран 17, прямой патрубок тройника 15. При поступлении продукта мягкий воздухонепроницаемый рукав должен быть подсоединен к прямому патрубку тройника, а шаровой кран должен находиться в открытом положении, выходные люки должны быть плотно закрыты крышками 29. После загрузки продукта закрывается шаровой кран 17, отсоединяется мягкий воздухонепроницаемый рукав от входного конца шарового крана 17, открывается компрессорный кран 18 и посредством вакуумного насоса или компрессора в рабочей камере создается необходимое значение барометрического давления воздуха, которое показывает мановакуумметр 16. По достижению заданного значения давления воздуха в рабочей камере отключают вакуумный насос или компрессор, закрывают компрессорный кран 18, включают лабораторную установку и производят измельчение продукта. Разрушение частиц продукта осуществляется за счет многократного соударения и истирания частиц между собой, ударов и среза о рабочие органы 5, ударов и истирания об внутренние стенки корпуса рабочей камеры 4, трения в зазорах между торцом рабочих органов 5 и внутренней стенкой корпуса рабочей камеры, а также между днищем и нижней частью нижнего рабочего органа. Разрежение в рабочей камере способствует более интенсивному измельчению продукта за счет увеличения ударного импульса с рабочим органом и истирания частиц продукта между собой.
При измельчении продукта корпус рабочей камеры 4 начинает вращаться вместе с опорным стаканом 12 в подшипниковом узле 2 под действием сопротивления рабочему органу вращающегося воздушно-продуктового слоя (из-за разности абсолютных скоростей рабочего органа и воздушно-продуктового слоя), а также трения продукта о внутреннюю поверхность корпуса рабочей камеры. Возможность вращения опорного стакана 12 ограничена устройствами измерения крутящего момента, который может быть установлен с помощью тензометрических балочек 23, связанных с опорным стаканом нерастяжимой нитью 24. Сигналы с тензорезисторов, наклеенных на тензометрические балочки, передаются на аналого-цифровой преобразователь, затем на персональный компьютер.
Воздушно-продуктовый слой в процессе измельчения приобретает форму кольца, который вращается в направлении вращения рабочего органа. Окружную скорость слоя позволяет измерить устройство для замера скорости воздушно-продуктового слоя 19 следующим образом: лопатки, закрепленные на валу двигателя выработки постоянного тока, расположены таким образом, что максимально контактируют с воздушно-продуктовым слоем и начинают вращаться с той же окружной скоростью, что и сам слой. Возникший в двигателе от вращения вала постоянный ток передается через коммутирующую аппаратуру, выведенную через прозрачную крышку 14, при соблюдении условия герметичности корпуса рабочей камеры, на аналого-цифровой преобразователь, затем на персональный компьютер. В лабораторной установке возможно применение стандартного устройства для измерения скорости частиц твердого компонента в турбулентном потоке предложенного Р.Эхорном (Зуев Ф.Г. Пневматическое транспортирование на зерноперерабатывающих предприятиях - М.: Колос, 1976. - с.104) при установке преобразователя по направлению движения частиц продукта и сохранения герметичности рабочей камеры.
Величину образующегося кольцевого воздушно-продуктового слоя определяют при помощи отградуированной шкалы, нанесенной на прозрачную крышку 14 установки.
По окончании заданного времени процесса измельчения отключают питание лабораторной установки, открывают компрессорный кран 18, затем открывают выходные крышки и производят разгрузку полученного продукта.
Разгрузка продукта также может быть осуществлена через верхнюю часть корпуса рабочей камеры при снятии крышки и поднятием корпуса рабочей камеры из опорного стакана при ослаблении стопорного болта 13.
В лабораторной установке возможно в широких пределах изменять скоростной режим рабочих органов, величину загрузки продукта, барометрическое давление в рабочей камере.
Конструктивное исполнение рабочего органа 5, выполненного в виде прямоугольной пластины толщиной 3 мм с загнутыми в противоположные стороны концами и заточенными торцевыми гранями под углом 45 градусов, позволяет значительно снизить его дисбаланс при вращении, а также, по мнению авторов (А.А.Бугаев, Е.В.Соловьева, С.И.Кононенко. Эффективное использование дробильного оборудования. Изменение температуры в молотковой дробилке при измельчении комбикормового сырья. Известия вузов. Пищевая технология, №2-3, 2004), снизить риск скачка температуры, связанного с турбулентным движением продукта в камере размола, и ускорению процесса дробления, при сокращении времени нахождения измельченных частиц в зоне измельчения.
Лабораторная установка позволяет адекватно моделировать процесс измельчения, происходящий в условиях изменения барометрического давления воздуха при устранении погрешностей различного рода измерений к минимуму с целью описания механики процесса и составления математической модели процесса измельчения, происходящего в условиях изменения барометрического давления воздуха в рабочей камере от 0,0001 атм до 2 атм.
Изобретение позволяет оптимизировать конструкцию измельчителя ударно-истирающего принципа действия, в рабочей камере которого создается избыточное давление воздуха или разрежение.
1. Лабораторная установка для исследования процесса измельчения зерновых культур в условиях изменения барометрического давления воздуха в рабочей камере, включающая станину, вертикально расположенный вал ротора, корпус рабочей камеры, установленный с возможностью вращения относительно оси вала ротора, ограниченного устройствами измерения крутящего момента, закрывающую сверху корпус рабочей камеры прозрачную крышку, выходные люки с выходными крышками, расположенные в нижней части по бокам корпуса рабочей камеры, отличающаяся тем, что она содержит приводной шкив, установленный в нижней части приводного шкива рабочий орган, выполненный в виде прямоугольной пластины с загнутыми в противоположные стороны концами и торцевыми гранями, заточенными под углом 45°, устройство для замера скорости воздушно-продуктового слоя, установленное внутри корпуса рабочей камеры в центре прозрачной крышки и представляющее собой двигатель для выработки постоянного тока, на валу которого закреплены лопатки, а также тройник, установленный на наружной стороне прозрачной крышки в выполненном в ней отверстии, шаровой кран, вставленный в прямой патрубок тройника, компрессорный кран, установленный в боковом патрубке тройника, мановакуумметр, установленный симметрично тройнику с наружной стороны прозрачной крышки в выполненном в ней отверстии, вакуумный насос, компрессор, при этом рабочая камера выполнена герметичной.
2. Лабораторная установка по п.1, отличающаяся тем, что приводной шкив выполнен трехручьевым, при этом ручьи имеют ступенчато уменьшающийся размер от большего верхнего ручья, что позволяет изменять скорость вращения ротора без снятия и замены шкива.
