Opracowanie wibracyjnej technologii mieszania materiałów ziarnistych z wykorzystaniem innowacyjnego napędu pracującego w układzie zataczająco – śrubowym, do procesów mieszania, suszenia i chłodzenia

Ewaluowany podmiot:
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy,
Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej
Dyscyplina naukowa: Inżynieria chemiczna
 

Wkład działalności naukowej

W ramach prac własnych i dyplomowych oraz pracy doktorskiej (Poćwiardowski W., Badania kinematyczne i procesowe przesiewacza zataczająco-śrubowego, Bydgoszcz 2015) przebadano zachowanie materiału poddanego wibracji na prototypie przesiewacza, w trakcie przesiewania okresowego i ciągłego przy częstotliwości 30Hz. Wyznaczono potencjalne kierunki dalszych badań dla przewidywanych zastosowań technicznych tego układu, głównie do budowy maszyn do suszenia i mieszania materiałów ziarnistych. Sprawdzono dynamikę ruchu warstwy materiału w komorze wibracyjnej, proponując nowatorski rodzaj mieszadeł stacjonarnych dla materiałów ziarnistych, co zostało opatentowane.

Model wykonanego mieszalnika zbiornikowego ustawionego na stole wibracyjnym przedstawia
Rys. 1.

Obraz2

Rys. 1. Model i prototyp mieszalnika wibracyjnego (1 - podstawa, 2 - segment z wibratorami,
3 - segment spustowy, 4 - zbiornik z segmentów mieszających, 5 - wibratory, 7 - pokrywa

Na podstawie (1) zamocowano zawieszenie sprężynowe oraz segment napędowy (2) z wibratorami (5). Wibratory trójfazowe (5) o obrotach 1500 min-1 lub 3000 min-1 podłączone są do falownika, w celu dobraniu optymalnej dla mieszania częstości drgań. Kąt położenia wibratorów jest regulowany w zakresie od 30o do 60o w stosunku do poziomu. Siła wywołująca wibracje jest regulowana w prototypie przemysłowym od 1050 N do 2100N dla jednego wibratora.

Dalsze prace dotyczyły konstrukcji mieszadeł stacjonarnych do mieszania materiałów ziarnistych i ich optymalizacji dla zapewnienia mieszania obwodowego i pionowego w dwóch urządzeniach: mieszalniku wibracyjnym wg P.423571 [1] i P.423572 [2] oraz suszarce wibracyjnej wg Pat. RP 225052 [3] (Rys. 2). Rozwiązania mechaniczne stacjonarnych mieszadeł do mieszania wibracyjnego materiałów ziarnistych mają na celu zapewnienie jednorodności uzyskiwanych mieszanin. W zbiorniku z materiałem ziarnistym wibracje wywołują ruch obwodowy materiału. Zastosowanie mieszadeł polega na równomiernych wymieszaniu zarówno w poziomie jak i w pionie złoża. Wymieszanie zależy od konstrukcji mieszadła, od częstości wibracji i kąta ustawienia wibratorów, dlatego należy wykonać optymalizację procesu mieszania w tym urządzeniu.

Obraz3

Rys. 2. Przewidywane rodzaje mieszadeł stacjonarnych do materiałów ziarnistych

W wyniku wykonanych prac otrzymano produkt-wytwór w postaci mieszalnika i mieszadeł do niego.

Rozwiązanie dotyczy platformy zataczająco śrubowej z dwoma wibratorami, na której w UTP w Bydgoszczy budujemy maszyny typu suszarki, mieszarki, przesiewacze i inne opisane w zgłoszeniach patentowych [1-5]. Układ zataczająco śrubowy z dwoma wibratorami był zastosowany tylko do budowy podajników pionowych i przesiewaczy. Urządzenie jest zgłoszone do patentu polskiego [1] i europejskiego [1], a po zbudowaniu i sprawdzeniu prototypu powinno być oferowane dla podjęcia produkcji przez przemysł. Podobne urządzenia wg Urzędu Patentowego nie istnieją.

Wynalazki: Mieszalnik wibracyjny zataczająco śrubowy z mieszadłem stacjonarnym do materiałów ziarnistych oraz Mieszadło stacjonarne do suszarki i mieszalnika wibracyjnego do materiałów ziarnistych otrzymały złoty medal na XXI Moskiewskim Międzynarodowym Salonie Wynalazków i Innowacyjnych Technologii „Archimedes 2018”, Moskwa-Rosja.

Wykonane prace dotyczyły zagadnień: suszenie, mieszanie, przesiewanie, obróbka termiczna i chłodzenie, inżynieria chemiczna.

Referencje do publikacji

1. Zgłoszenie patentowe polskie i europejskie: Konstrukcja mieszalnika do mieszania materiałów ziarnistych z wibracyjnym układem napędowym zataczająco – śrubowym, P.423571, EP 18460068, Wojciech Poćwiardowski, Marek Domoradzki, Joanna Szulc, Jakub Korniluk, 2017.
2. Zgłoszenie patentowe: Mieszadło stacjonarne dla suszarki i mieszalnika wibracyjnego materiałów ziarnistych, pracującego z wibracyjnym układem napędowym zataczająco – śrubowym, P.423572, Wojciech Poćwiardowski, Marek Domoradzki, Joanna Szulc, 2017.
3. Patent: Sposób i suszarka wibracyjna do suszenia materiału ziarnistego, Pat. 225052, Wojciech Poćwiardowski, Marek Domoradzki, Joanna Kaniewska, Damian Żórawski, 2015.
4. Wzór użytkowy: Kaseta do analizy sitowej, W.71055, Wojciech Poćwiardowski, Joanna Szulc, Marek Domoradzki, Damian Żórawski, Jarosław Łuczak, 2019.
5. Zgłoszenie patentowe: Konstrukcja zaworu do opróżniania zbiornika z materiałów ziarnistych do aparatu wibracyjnego z układem napędowym zataczająco – śrubowym, P.423570, Wojciech Poćwiardowski, Marek Domoradzki, Joanna Szulc, 2017.
Okres prowadzenia działalności naukowej, której wynikami są dowody wkładu działalności naukowej:
Wojciech Poćwiardowski – od 2012 do 2021 r.
 

Charakterystyka wpływu społecznego

Mieszanie jest podstawowym procesem w rolnictwie, przemyśle rolno – spożywczym, chemicznym, farmaceutycznym i zielarskim. Możliwe zastosowania mieszalników to przemysł nasienny i paszowy, farmaceutyczny, mineralny, lakierów i tworzyw sztucznych. Opracowanie wibracyjnej technologii mieszania materiałów ziarnistych z wykorzystaniem innowacyjnego napędu pracującego w układzie zataczająco – śrubowym do procesów mieszania, suszenia i chłodzenia istotnie wpływa na otoczenie społeczno-gospodarcze. Technologia ta umożliwia przeprowadzenie procesów suszenia, chłodzenia i mieszania w urządzeniu o prostej konstrukcji i dostępnej cenie, przy znacznym obniżeniu kosztów eksploatacji.
Prowadzone przez wiele lat w UTP badania i opracowywanie wynalazków związanych z procesami na materiałach ziarnistych takich jak: przesiewanie, suszenie, mieszanie, zaowocowały wieloma zgłoszeniami patentowymi i patentami oraz grantem przedwdrożeniowym realizowanym w ramach Inkubatora Innowacyjności 2.0 pt. Konstrukcja mieszalnika do mieszania materiałów ziarnistych z wibracyjnym układem napędowym zataczająco – śrubowym, dobór i optymalizacja mieszadeł stacjonarnych [6]. Ponadto badania uzyskały wsparcie w ramach programu Dialog pn. „Implement HUB - program akceleracji rozwiązań naukowych i patentów powstających na uczelniach wyższych województwa kujawsko-pomorskiego" za projekt pt. Sposób i suszarka wibracyjna do suszenia materiału ziarnistego [7]. Nasze mieszarki mogą być opracowane na życzenie przemysłu nasiennego, paszowego i przemysłu spożywczego. Potencjalni odbiorcy to krajowe zakłady nasienne, wykorzystujące mieszarki do przygotowywania zestawów nasion i do zaprawiania nasion, a także drobni producenci zbożowi, paszowi i fermy zwierząt hodowlanych. Potencjalni odbiorcy to Zakłady Nasienne w Ożarowie Maz., Polan w Krakowie, PlantiCo w Gołębiewie i Torseed w Toruniu oraz drobni producenci zbożowi i nasienni.
W roku 2019 nawiązano współpracę z zakładem nasiennym Keram Sp. z o.o., w ramach której wspólnie z firmą są prowadzone prace i badania, m.in. w zakresie opracowania wibracyjnej technologii mieszania materiałów ziarnistych z wykorzystaniem innowacyjnego napędu pracującego w układzie zataczająco – śrubowym, do procesów mieszania, suszenia i chłodzenia. Firma Keram Sp. z o.o. już wdrożyła technologię przesiewania wibracyjnego i przygotowuje linie do suszenia wibracyjnego nasion [8]. Przedsięwzięcie wpisuje się w KIS 4.
 

Dowód wpływu społecznego

6. Grant przedwdrożeniowy realizowany w ramach Inkubatora Innowacyjności 2.0 pt. Konstrukcja mieszalnika do mieszania materiałów ziarnistych z wibracyjnym układem napędowym zataczająco – śrubowym, dobór i optymalizacja mieszadeł stacjonarnych, 2019
7. Wsparcie w ramach programu Dialog pn. Implement HUB - program akceleracji rozwiązań naukowych i patentów powstających na uczelniach wyższych województwa kujawsko-pomorskiego" dla dr inż. Wojciecha Poćwiardowskiego za projekt pt. Sposób i suszarka wibracyjna do suszenia materiału ziarnistego, 2019
8. Zaświadczenie z firmy Keram potwierdzające wdrożenie rozwiązania
 
 

Drukuj