RU2709089C2 - Installation for granulation of ground raw material with tooth ring matrix during dielectric heating - Google Patents

Abstract

FIELD: fodders.

SUBSTANCE: present invention relates to microwave equipment. Plant for granulation of crushed material with toothed annular matrices during dielectric heating includes ellipsoidal resonators 1 and toothed annular matrices 4. Inside each of two ellipsoidal resonators 1 made of equal lower and upper spherical parts there located are ring annular matrices 4 of dielectric material. They are installed between pressure dielectric rings 13. Upper dielectric rings are rigidly fixed to shafts, one of which is driven 7, and the second driven one is 11. Along external perimeters of ring annular matrices 4, to zone external gearing 9, screening rims 3 having inner slots for teeth are installed. In lower parts of ellipsoidal resonators 1 there are unloading circular holes 8, width of not more than a quarter of wavelength, and dielectric scrapers 6 attached to shafts 7, 11. In upper parts of ellipsoidal resonators 1 there are radiators 2 from super-high-frequency generators. At level channels for pressing 10, on inner side of toothed annular matrices 4, dielectric knife 5 is rigidly fixed to lower base of receiving tray 12 from non-ferromagnetic material installed under ellipsoidal resonators. Chamber for receiving crushed material 14, made from non-ferromagnetic material, located above ellipsoidal resonators, on lower base, in area external gear engagement 9 has a slot.

EFFECT: invention can be used in production of granulated feedstuffs, for example, from mixture of grain wastes and non-food wastes of animal origin, moisture content up to 25 %.

1 cl, 8 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к сверхвысокочастотному оборудованию и может быть использовано при производстве гранулированного комбикорма, например, из смеси зерноотходов и непищевых отходов животного происхождения, влажностью до 25%.The present invention relates to microwave equipment and can be used in the production of granular feed, for example, from a mixture of grain waste and non-food animal waste, humidity up to 25%.

Прототипом является гранулятор с двумя равными колесами-матрицами, имеющими внешнее зацепление. Этот гранулятор выдавливающего типа с формированием гранул в канале прессования кольцевой матрицы. В них сырье, попадая в полость между колесами-матрицами, вдавливается зубьями в канал прессования. Выдавливаемые из канала прессования гранулы диаметром 10-14 мм срезаются неподвижным ножом. Такие грануляторы не могут обеспечить высокую прочность и плотность гранул, и обеззараживать их в связи с короткой выдержкой сырья под давлением; необходимо создавать высокое давление для сдвига сжатого сырья в матричных каналах; существенный нагрев матриц при сдвиге частиц сырья и потери этого тепла в окружающую среду [1].The prototype is a granulator with two equal matrix wheels having external gearing. This granulator is an extruding type with the formation of granules in the pressing channel of an annular matrix. In them, the raw materials, falling into the cavity between the matrix wheels, are pressed by the teeth into the pressing channel. Granules extruded from the pressing channel with a diameter of 10-14 mm are cut with a fixed knife. Such granulators can not provide high strength and density of the granules, and disinfect them in connection with the short exposure of raw materials under pressure; it is necessary to create high pressure to shift the compressed raw materials in the matrix channels; significant heating of the matrices during the shift of the raw material particles and the loss of this heat into the environment [1].

Технической задачей изобретения является устранения указанных недостатков, увеличения пропускной способности и сокращение энергозатрат при реализации в фермерских хозяйствах. Планируется снизить энергоемкость процесса гранулирования сырья усилением их вязкости за счет диэлектрического нагрева.An object of the invention is to eliminate these drawbacks, increase throughput and reduce energy consumption when sold in farms. It is planned to reduce the energy intensity of the granulation process of raw materials by increasing their viscosity due to dielectric heating.

Технический результат достигается тем, что установка для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева содержит, внутри каждого из двух эллипсоидных резонаторов, выполненных из равных нижних и верхних сферических частей, зубчатые кольцевые матрицы из диэлектрического материала, установленные между прижимными диэлектрическими кольцами,The technical result is achieved by the fact that the installation for granulating crushed raw materials with gear ring matrices during dielectric heating comprises, inside each of two ellipsoid resonators made of equal lower and upper spherical parts, gear ring matrices made of dielectric material installed between the clamping dielectric rings,

причем верхние диэлектрические кольца жестко закреплены к валам, один из которых приводной, а второй ведомый,moreover, the upper dielectric rings are rigidly fixed to the shafts, one of which is driven, and the second driven,

при этом по наружным периметрам зубчатых кольцевых матриц, до зоны внешнего зубчатого зацепления, установлены экранирующие ободы, имеющие внутренние пазы для зубьев,while on the outer perimeters of the ring gear matrices, to the zone of the external gearing, shielding rims are installed having internal grooves for the teeth,

причем в нижних частях эллипсоидных резонаторов имеются выгрузные кольцевые отверстия, шириной не более, чем четверть длины волны, и диэлектрические скребки, прикрепленные к валам,moreover, in the lower parts of the ellipsoidal resonators there are unloading ring holes, a width of not more than a quarter of the wavelength, and dielectric scrapers attached to the shafts,

а в верхних частях эллипсоидных резонаторов расположены излучатели от сверхвысокочастотных генераторов, при этом на уровне каналов для прессования, с внутренней стороны зубчатых кольцевых матриц, жестко закреплен диэлектрический нож к нижнему основанию приемного лотка из неферромагнитного материала, установленного под эллипсоидными резонаторами, and in the upper parts of the ellipsoid resonators there are emitters from microwave generators, while at the level of the pressing channels, on the inner side of the toothed ring matrices, a dielectric knife is rigidly fixed to the lower base of the receiving tray of non-ferromagnetic material mounted under the ellipsoid resonators,

при этом камера для приема измельченного сырья, выполненная из неферромагнитного материала, расположенная над эллипсоидными резонаторами, на нижнем основании, в зоне внешнего зубчатого зацепления, имеет прорезь.wherein the camera for receiving crushed raw materials, made of non-ferromagnetic material, located above the ellipsoidal resonators, has a slot on the lower base, in the area of the external gearing.

На фиг. 1 приведено пространственное изображение установки для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева (вид спереди в разрезе):In FIG. 1 shows a spatial image of the installation for granulation of crushed raw materials with gear ring matrices in the process of dielectric heating (front view in section):

1 - эллипсоидные резонаторы;1 - ellipsoid resonators;

2 - излучатели от сверхвысокочастотных генераторов;2 - emitters from microwave generators;

3 - экранирующий обод;3 - shielding rim;

4 - зубчатые кольцевые матрицы, выполненные из диэлектрического материала, например из фторопласта;4 - ring gear matrices made of a dielectric material, for example, fluoroplastic;

5 - нож для срезания гранул из диэлектрического материала;5 - a knife for cutting granules of dielectric material;

6 - скребок для выгрузки гранул из диэлектрического материала;6 - a scraper for unloading granules from a dielectric material;

7 - приводной вал, соединенный с валом электродвигателя;7 - a drive shaft connected to an electric motor shaft;

8 - выгрузное кольцевое отверстие;8 - discharge annular hole;

9 - внешнее зубчатое зацепление;9 - external gearing;

10 - каналы для прессования в матрице;10 - channels for pressing in the matrix;

11 - ведомый вал; 12 - приемный лоток для гранул;11 - driven shaft; 12 - receiving tray for granules;

13 - прижимные кольца из диэлектрического материала;13 - clamping rings made of dielectric material;

14 - камера для приема измельченного сырья.14 - a chamber for receiving crushed raw materials.

На фиг. 2 приведено пространственное изображение установки для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева (вид сверху в разрезе).In FIG. 2 shows a spatial image of the installation for granulating crushed raw materials with serrated ring matrices in the process of dielectric heating (top view in section).

На фиг. 3 приведено пространственное изображение эллипсоидного резонатора с излучателями, внутри которого расположена зубчатая кольцевая матрица, установленная между прижимными диэлектрическими кольцами на приводном валу.In FIG. 3 shows a spatial image of an ellipsoid resonator with emitters, inside of which there is a toothed ring matrix installed between the clamping dielectric rings on the drive shaft.

На фиг. 4 приведено расположение зубчатой кольцевой матрицы, установленной между прижимными диэлектрическими кольцами на приводном валу (в разрезе).In FIG. 4 shows the location of the ring gear matrix installed between the clamping dielectric rings on the drive shaft (in section).

На фиг. 5 приведено пространственное изображение зубчатой кольцевой матрицы между прижимными диэлектрическими кольцами (вид снизу).In FIG. 5 shows a spatial image of the ring gear matrix between the clamping dielectric rings (bottom view).

На фиг. 6 приведено пространственное изображение экранирующего ободка с внутренним пазом для размещения зубьев матрицы.In FIG. 6 shows a spatial image of the shielding rim with an internal groove for accommodating the teeth of the matrix.

На фиг. 7 приведено пространственное изображение камеры для приема измельченного сырья.In FIG. 7 shows a spatial image of a camera for receiving crushed raw materials.

Установка для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева включает:Installation for granulation of crushed raw materials with ring gear matrices in the process of dielectric heating includes:

эллипсоидные резонаторы 1;ellipsoid resonators 1;

излучатели от сверхвысокочастотных генераторов 2;emitters from microwave generators 2;

экранирующий обод 3;shielding rim 3;

зубчатые кольцевые матрицы 4, выполненные из диэлектрическогоtoothed ring matrix 4 made of dielectric

материала (приводная и ведомая матрицы);material (drive and driven matrix);

нож 5 диэлектрический для срезания гранул; 5 dielectric knife for cutting granules;

скребок диэлектрический для выгрузки гранул 6;dielectric scraper for unloading granules 6;

приводной вал 7; выгрузное кольцевое отверстие 8;drive shaft 7; unloading ring hole 8;

внешнее зубчатое зацепление 9;external gear 9;

каналы прессования в матрице 10;pressing channels in the matrix 10;

ведомый вал 11; приемный лоток для гранул 12;driven shaft 11; granule receiving tray 12;

прижимные диэлектрические кольца 13; камера для приема измельченного сырья 14.clamping dielectric rings 13; a chamber for receiving crushed raw materials 14.

Установка для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева выполнена следующим образом: Installation for granulating crushed raw materials with gear ring matrices in the process of dielectric heating is performed as follows:

Установка для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева содержит эллипсоидные резонаторы 1 и зубчатые кольцевые матрицы 4. Внутри каждого из двух эллипсоидных резонаторов 1, выполненных из равных нижних и верхних сферических частей, расположены зубчатые кольцевые матрицы 4 из диэлектрического материала. Они установлены между прижимными диэлектрическими кольцами 13. Верхние диэлектрические кольца жестко закреплены к валам, один из которых приводной 7, а второй ведомый 11. По наружным периметрам зубчатых кольцевых матриц 4, до зоны внешнего зубчатого зацепления 9, установлены экранирующие ободы 3, имеющие внутренние пазы для зубьев. The apparatus for granulating crushed raw materials with gear ring matrices during dielectric heating comprises ellipsoid resonators 1 and gear ring matrices 4. Inside each of the two ellipsoid resonators 1 made of equal lower and upper spherical parts, gear ring matrices 4 of dielectric material are located. They are installed between the clamping dielectric rings 13. The upper dielectric rings are rigidly fixed to the shafts, one of which is driven 7 and the second driven 11. On the outer perimeters of the gear ring matrices 4, to the outside of the gear 9, shielding rims 3 are installed, having internal grooves for teeth.

В нижних частях эллипсоидных резонаторов 1 имеются выгрузные кольцевые отверстия 8, шириной не более, чем четверть длины волны, и диэлектрические скребки 6, прикрепленные к валам 7,11. В верхних частях эллипсоидных резонаторов 1 расположены излучатели 2 от сверхвысокочастотных генераторов. На уровне каналов для прессования 10, с внутренней стороны зубчатых кольцевых матриц 4, жестко закреплен диэлектрический нож 5 к нижнему основанию приемного лотка 12 из неферромагнитного материала, установленного под эллипсоидными резонаторами.In the lower parts of the ellipsoid resonators 1 there are unloading ring holes 8, with a width of not more than a quarter of the wavelength, and dielectric scrapers 6 attached to the shafts 7.11. In the upper parts of the ellipsoidal resonators 1 are emitters 2 from microwave generators. At the level of the pressing channels 10, on the inner side of the toothed ring matrices 4, a dielectric knife 5 is rigidly fixed to the lower base of the receiving tray 12 of non-ferromagnetic material mounted under ellipsoid resonators.

Камера для приема измельченного сырья 14, выполненная из неферромагнитного материала, расположенная над эллипсоидными резонаторами, на нижнем основании, в зоне внешнего зубчатого зацепления 9, имеет прорезь.The camera for receiving crushed raw materials 14, made of non-ferromagnetic material, located above the ellipsoid resonators, on the lower base, in the area of the external gearing 9, has a slot.

Установка содержит две одинаковые зубчатые кольцевые матрицы 4, одна из которых является ведущей, а другая ведомой. Матрицы выполнены с каналами прессования во впадинах. Поэтому конструкционно-технологическую схему установки можно рассматривать как пресс с выдавливающими одинаковыми зубчатыми кольцевыми матрицами внешнего зацепления.The installation contains two identical toothed ring matrix 4, one of which is the leading, and the other driven. The matrices are made with pressing channels in depressions. Therefore, the structural and technological scheme of the installation can be considered as a press with extruding identical toothed ring matrices of external gearing.

Рабочий процесс происходит следующим образом. Смешанное сырье определенной влажности (20-25%) из камеры 14 для приема измельченного сырья попадает на зубчатые кольцевые матрицы 4. Так приводная матрица вращается от электродвигателя (приводной вал 7), то вторая ведомая матрица за счет зацепления ее зубьев с зубьями приводной матрицы тоже вращается. Тогда сырье поступает в пространство между зубьями 9 и их поверхностью вдавливается в каналы прессования 10 в матрицах 4. По мере движения сырья в канале прессования 10 напряжения в гранулах уменьшается, осуществляется релаксация напряжений и к выходу она упрочняется. Образованные гранулы вытесняются вновь поступающими порциями сырья и на выходе из каналов прессования 10 срезаются диэлектрическим ножом 5 и падают в лоток для приема гранул 12. Далее гранулы с помощью диэлектрического скребка 6 выгружаются через кольцевое отверстие 8. Сырье, выброшенный из пространства между зубами, попадает на основание камеры 14 для приема измельченного сырья, откуда в последующем попадает в рабочий процесс. The workflow is as follows. Mixed raw materials of a certain moisture content (20-25%) from the chamber 14 for receiving crushed raw materials fall onto the ring gear matrices 4. So the drive matrix rotates from the electric motor (drive shaft 7), then the second driven matrix due to the engagement of its teeth with the teeth of the drive matrix too rotates. Then the raw material enters the space between the teeth 9 and its surface is pressed into the pressing channels 10 in the matrices 4. As the raw materials move in the pressing channel 10, the stress in the granules decreases, stress relaxation is carried out and it hardens to the exit. The granules formed are displaced by new incoming portions of raw materials and, at the exit from the pressing channels 10, they are cut off with a dielectric knife 5 and fall into the tray for receiving granules 12. Next, the granules are discharged through an annular hole 8 using a dielectric scraper 6. The raw material ejected from the space between the teeth falls the base of the chamber 14 for receiving crushed raw materials, from where it subsequently gets into the working process.

По геометрии зацепления зубьев кольцевой матрицы установка имеет весьма жесткие зацепления, так как диаметры кольцевых матриц 4 равны. Поэтому каналы прессования можно использовать в пределах короткой дуги окружности кольца. Для удержания сырья на рабочей поверхности зубьев целесообразно располагать кольцевые матрицы 4 в горизонтальной плоскости, а подачу сырья осуществлять сверху.According to the geometry of the engagement of the teeth of the annular matrix, the installation has very rigid engagement, since the diameters of the annular matrices 4 are equal. Therefore, the pressing channels can be used within a short arc of the circumference of the ring. To keep the raw materials on the working surface of the teeth, it is advisable to place the annular matrix 4 in a horizontal plane, and the supply of raw materials to carry out from above.

Деформация сырья в установке характеризуется изменением объема пространства между зубами ведущей и ведомой кольцевых матриц, поэтому их диаметр необходимо оптимизировать. Плотность и площадь поперечного сечения гранул можно регулируют с учетом зоотехнических требований. Количество каналов прессования 10 в зубчатых кольцевых матрицах 4 ограничивается по условиям надежности и технологии его изготовления, например из фторопласта. Минимальная длительность нахождения сжатого сырья в каналах прессования 10 определяется исходя из его упруго-вязких свойств и удельной мощности сверхвысокочастотного генератора. Длину канала прессования 10 следует выбирать по условиям необходимого противодавления и релаксации напряжений в грануле. The deformation of the raw materials in the installation is characterized by a change in the volume of space between the teeth of the leading and driven ring matrices, so their diameter must be optimized. The density and cross-sectional area of the granules can be adjusted taking into account zootechnical requirements. The number of pressing channels 10 in the toothed ring matrices 4 is limited by the conditions of reliability and the technology of its manufacture, for example from fluoroplastic. The minimum duration of the presence of compressed raw materials in the pressing channels 10 is determined based on its elastic-viscous properties and the specific power of the microwave generator. The length of the pressing channel 10 should be selected according to the conditions of the necessary backpressure and stress relaxation in the granule.

Коэффициент использования площади канала прессования учитывает эффективность процесса подачи сырья в зону сжатия и степень заполнения объема пространства между зубьями. Поэтому параметры зубчатых кольцевых матриц 4 (угол зацепления, конфигурация профиля зубьев) должны обеспечить необходимую подачу к каждому каналу прессования 10. На увеличения пропускной способности установки влияет количество каналов прессования и их поперечное сечение, частота вращения зубчатых кольцевых матриц 4. The utilization rate of the area of the pressing channel takes into account the efficiency of the process of supplying raw materials to the compression zone and the degree of filling the volume of space between the teeth. Therefore, the parameters of the toothed ring matrices 4 (the angle of engagement, the configuration of the tooth profile) should provide the necessary supply to each pressing channel 10. The number of pressing channels and their cross section, the rotational speed of the toothed ring matrices 4 affect the throughput of the installation.

Данную установку рекомендуется использовать для производства стерильных гранул из отходов растительного и животного происхождения, предварительно смешенного в определенной концентрации. This installation is recommended to be used for the production of sterile granules from waste of plant and animal origin, pre-mixed in a certain concentration.

Источник информацииSourse of information

1. В.В. Скидело. Обоснование параметров и режимов работы шестеренного пресса с горизонтальными матрицами. // Диссертация на соискание уч. степени к.т.н., Зерноград, 2016, 150 с.1. V.V. Skidelo. Justification of the parameters and operating modes of the gear press with horizontal matrices. // Thesis for the competition. degrees Ph.D., Zernograd, 2016, 150 p.

Claims (7)

Установка для гранулирования измельченного сырья с зубчатыми кольцевыми матрицами в процессе диэлектрического нагрева характеризуется тем,Installation for granulating crushed raw materials with ring gear matrices during dielectric heating is characterized by что внутри каждого из двух эллипсоидных резонаторов, выполненных из равных нижних и верхних сферических частей, расположены зубчатые кольцевые матрицы из диэлектрического материала, установленные между прижимными диэлектрическими кольцами,that inside each of the two ellipsoid resonators made of equal lower and upper spherical parts, there are toothed ring matrices made of dielectric material installed between the clamping dielectric rings, причем верхние диэлектрические кольца жестко закреплены к валам, один из которых приводной, а второй ведомый,moreover, the upper dielectric rings are rigidly fixed to the shafts, one of which is driven, and the second driven, при этом по наружным периметрам зубчатых кольцевых матриц, до зоны внешнего зубчатого зацепления, установлены экранирующие ободы, имеющие внутренние пазы для зубьев,while on the outer perimeters of the ring gear matrices, to the zone of the external gearing, shielding rims are installed having internal grooves for the teeth, причем в нижних частях эллипсоидных резонаторов имеются выгрузные кольцевые отверстия, шириной не более, чем четверть длины волны, и диэлектрические скребки, прикрепленные к валам,moreover, in the lower parts of the ellipsoidal resonators there are unloading ring holes, a width of not more than a quarter of the wavelength, and dielectric scrapers attached to the shafts, а в верхних частях эллипсоидных резонаторов расположены излучатели от сверхвысокочастотных генераторов, при этом на уровне каналов для прессования, с внутренней стороны зубчатых кольцевых матриц, жестко закреплен диэлектрический нож к нижнему основанию приемного лотка из неферромагнитного материала, установленного под эллипсоидными резонаторами,and in the upper parts of the ellipsoid resonators there are emitters from microwave generators, while at the level of the pressing channels, on the inner side of the toothed ring matrices, a dielectric knife is rigidly fixed to the lower base of the receiving tray of non-ferromagnetic material mounted under the ellipsoid resonators, при этом камера для приема измельченного сырья, выполненная из неферромагнитного материала, расположенная над эллипсоидными резонаторами, на нижнем основании, в зоне внешнего зубчатого зацепления, имеет прорезь.wherein the camera for receiving crushed raw materials, made of non-ferromagnetic material, located above the ellipsoidal resonators, has a slot on the lower base, in the area of the external gearing.

Images