CC BY
26
dsp„
dz
+ GV(T,o,<p,b)+ т, (1)
где р„,р0,р„ - плотности влаги, кислорода и остальных веществ в воздухе; р = р„ + Ро + р_ - плотность воздуха; е - скважистость зерновой массы; т = -(1 - в)р<- скорость сорбции влаги зер-
ном; (1 - в) р, - плотность зерновой массы; ^ - изменение вла-госодержания зерна за счет сорбции.
Первое слагаемое справа в (1) отвечает за диффузию влаги в воздухе. Эффективная диффузия Д., определяется по молекулярной диффузии и числу Пекле (Mhimid A., Nasrallah S.B., Fohr J.P. (2000)). Влаговы-деление поверхностью зерна учитывается в объемном влаговыделении G». Гистерезис сорбции в предлагаемой математической модели гигротермического состояния не учитывается.
На основе феноменологической кинетики можно предложить следующую зависимость для скорости изменения технологических свойств зерна;
= bfb (7’,о, ф), где b - значение свойства,^- функция температуры зерна 1\ и относительной влажности воздуха ф, связанной с влажностью зерна уравнением изотермы сорбции.
Считая зерновую массу непрерывной изотропной средой, пренебрегая распределением температуры и влажности внутри отдельных зерен вследствие их малого размера и изменением температуры воздуха при изменении давления, теплоперенос в воздухе и плотном слое зерна опишем уравнениями [1]:
8рсН
jiosfäviqü- 5т
[ —+ F(Vr)| = V(eJfcV7’) + ß +
(2)
•’-* +*c„<r, -п
0-s)p
О T
-mbH + v/f(A „v(T-T:i
/ J2VU5 W
(3)
где(2 = £? (¿,7\о,ф)-тепловыделение; а/£ (г/, г)(Т- 7у-теплооб-мен воздуха с зерном по закону Ньютона; й - характерный размер зерна; /2 (d, е) - известная функция; - теплоемкость паров воды;
ДЯ - скрытая теплота парообразования.
В уравнении влагообмена для зерна помимо сорбции влаги из -----------------------------—
воздуха учитывается ковдуктивный вла-
гоперенос.
. ■ ВЫВОД
Предлагаемая система уравнений с соответствующими граничными и начальными условиями позволяет определить изменение во времени полей влагосо-держания и температуры зерна, гигротермические параметры воздуха межзернового пространства, прогнозировать характер изменения технологических признаков качества зерна в процессе отволаживания зерновой массы, а также дает возможность определить момент времени, в который технологические признаки качества зерна будут оптимальными. ,•
ЛИТЕРАТУРА
1. Лыков A.B., Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопе-реноса. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 535 с.
Кафедра автоматизации производственных процессов
I1потупила 29.06.04 г.
" " -* .......< ;■ ;'Ол
_ ; .. ^ ^ . 664.73.05.002.2
ДИНАМИКА ДВИЖЕНИЯ СЕМЯНОК ПО РАБОЧИМ ЛОПАТКАМ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ РУШКИ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ИЗНОСА >
В.В. ДЕРЕВЕНКО, И.П. ВЫРОДОВ, С.Д. ЗАПОРОЖЧЕНКО
Кубанский государственный технологический университет
Обрушивание подсолнечных семян методом однократного удара, реализованного в центробежной руш-ке (ЦБР), является наиболее эффективным способом разрушения плодовой оболочки при минимальном ее обмасливании [1]. Особое значение это имеет при переработке современных сортов семян подсолнечника, в том числе гибридных, плодовая оболочка и ядро которых практически срослись. Известны различные конструкции ЦБР с прямолинейными рабочими лопатками - А1-МЦП [2], типа МРЦ-5 [3, 4], А1-МРЦ [5] и ЦБР с криволинейным профилем лопатки ротора [6]. В ЦБР типа А1 -МЦП установлены прямолинейные радиальные лопатки, которые выполнены из керамики.
В процессе эксплуатации при попадании на них минеральных или ферромагнитных примесей происходит разрушение керамических лопаток. Поэтому для надежной эксплуатации ЦБР необходима тщательная очистка поступающих семян от различных примесей, что практически невозможно, так как равновеликие с семенами неорганические примеси будут в любом случае попадать в семенную массу.
В ЦБР с криволинейными лопатками, загнутыми назад, при работе происходит преждевременный отрыв семянки под действием аэродинамической силы от выпуклой поверхности лопатки, что ухудшает эффективность обрушивания.
Центробежные рушки МРЦ-5 и А1-МРЦ имеют прямолинейные стальные износоустойчивые лопатки, что позволяет увеличить срок их эксплуатации. Одна-
ко в процессе длительной эксплуатации такие радиальные лопатки также подвергаются износу. Были обследованы радиальные лопатки ЦБР типа МРЦ-5 и А1-МРЦ. Первая эксплуатировалась на маслозаводе с. Верхний Мамон Воронежской обл., производительность рушки составляла в среднем 1,5 т/ч.
На рис. 1-3 представлены различные зоны износа лопаток (показана половинка желоба): в нижней части, обусловленная смещением потока семян под действием силы тяжести (рис. 1); проходящая через центральную линию (рис. 2); в верхней части, обусловленная смещением потока семян под действием аэродинамических сил (рис. 3).
На боковых рабочих поверхностях лопаток имеются периодически расположенные лунки трения (зоны износа). Завершающая лунка трения представляет собой стопроцентный износ концевой части рабочей лопатки роторного устройства ЦБР. Следует отметить, что поверхности лунок строго симметричны относительно плоскости сечения, проходящей через центральную линию рабочей поверхности лопатки ротора, обращенной нормально к ней (рис. 2). Однако на рабочих поверхностях других каналов ротора такая симметрия не соблюдается (рис. 1 й 3). Наблюдаемое смещение лунок трения происходит под действием сил тяжести (рис. 1). Этот факт подтверждает необходимость учета последнего слагаемого в решении основного дифференциального уравнения относительного движения семянок по ротору, содержащего ускорение силы тяжести, которое ранее при расчете предлагалось исключить [7]. Проявление этой силы возможно в случае, если движение семянок происходит над рабочей
Рис. 1
Р^с. 2
”'
йдг-’ • зЛг
¡¡¡¡Я ~ -
---- " :: ■
Рис. 3
Рис. 4
поверхностью за счет инерции и под действием аэродинамических сил. Чем более длителен перелет семянки между соседними лунками, тем сильнее проявляется этот эффект. Зоны износа в результате скачкообразного движения семянок наблюдаются на всех рабочих поверхностях лопаток, представленных на рис. 1-3 и на рис. 4, где показана лопатка с зонами износа, обусловленными смещением потока семян под действием сил тяжести (нижняя часть) и под действием аэродинамических сил (верхняя часть).
Весьма существенной особенностью завершающего движения семянок вдоль лопаток ротора является наличие лунок трения, характеризующихся полным износом концевых частей всех лопаток ротора, независимо от характера симметрии лунок. След таких лунок трения остается лишь в очертаниях линий фронтов износа (рис. 1-4). Этот эффект объясняется значительным возрастанием финальных скоростей полета семянок, вылетающих из предпоследних, не до конца изношенных лунок трения (рис. 2). На рис. 3 просматривается последовательность появления лунок трения по траектории движения семянки, направленной к деке. В результате ударная сила трения приобретает такие значения, которые достаточны для того, чтобы полностью вытереть сначала концевую лунку трения (рис. 3). Затем путем многократного ударного механизма трения, при скачкообразном движении семянок, образуются периодически расположенные лунки износа.
На рис. 4 представлена фотография радиальной лопатки ЦБР типа А1-МРЦ, которая эксплуатировалась на Пологовском маслоэкстракционном заводе с паспортной производительностью 200 т/сут по семенам подсолнечника. Лопатка представляет собой съемную пластину, верхние и нижние кромки которой отбортованы. Поверхность по центральной линии лопатки несколько выпуклая в сторону вращения роторного устройства. Как видно, на рабочей поверхности лопатки в ее верхней и нижней частях, образованы две большие зоны полного износа, состоящие из нескольких слитых лунок трения, очертания которых периодически расположены по длине траектории движения потока семян. Такой износ характерен и для рассмотренных выше лопаток МРЦ-5. Это подтверждает скачкообразный (взлетно-посадочный) характер движения семянок в различных конструкциях ЦБР, обусловленный аэродинамической силой потока воздуха [8]. Нижняя часть лопатки имеет по длине более продолжительную зону износа, что очевидно обусловлено смещением вниз по направлению движения потока семян под действием сил тяжести.
Следует отметить, что наиболее четко в лунках износа выражены передние линии фронта начала их износа в виде кривых гиперболической формы (рис. 1-4). Вблизи этих фронтов лунки трения обладают наибольшей глубиной, поверхность кривизны которой является более крутой к передним фронтам, по сравнению с поверхностями задних фронтов (входа семянок в: лунки трения) (рис. 5). Во-первых, это означает, что паи-
по направлению к выходу из каналов происходит вдоль оси гиперболы, проходящей через середину рабочей поверхности. Во-вторых, это объясняется также характером движения семянок, которое можно разделить, по крайней мере на следующие три этапа: долу-ночное движение, движение внутрилуночное и после-луночное движение семянок. Эта последовательность движения семянок может быть неоднократно повторе-На. - У:.'
Рассмотрим движение семянки внутри лунки износа, схематичное сечение которой представлено на рис. 5, где сечение выбрано внутри лунки произвольно. Движущая сила процесса - центробежная сила инерции /*и разложена на нормальную ^ и тангенциальную (собственно движущую) Рт составляющие к поверхности лунки вдоль направления движения семянки. Внутрилуночное движение семянки можно охарактеризовать двумя этапами: первый этап относится к движению ее вдоль поверхности по кривой сечения АО, второй этап - к движению по отрезку кривой ОВ.
На первом этапе (рис. 5) нормальные составляющие частично компенсируют силу умень-
шая суммарное давление семянки на поверхность лунки (точки 1, 2 и т. д.), что приводит к уменьшению силы трения и к увеличению тем самым скорости X (в
йХ л\
случае > 0). Следует также учесть, что с возрастанием X возрастает также сила и ее тангенциальная составляющая, приобретающая максимальное значение во всех точках О по оси О-О' поперечного сечения лунки трения. В этих точках подъемная составляющая силы инерции уменьшается практически до нуля. Таким образом, в этих точках сечения лунок возникает качественное и количественное изменение процессов движения семянок. -я'*-: ■■
На втором этапе направлена во внутрь, вглубь материала лопатки и нормальная ее составляющая к поверхности лунки совпадает по направлению с силой Р\е, что приводит к увеличению силы трения (согласно
случаю < 0). Это приводит к возрастанию коэффициента трения и заторможенному движению семянок вдоль всего отрезка кривой ОВ. На поверхности канала в точке В возникают две составляющие скорости семянки: первая КВ1 направлена по касательной к кривой
в этой точке, вторая скорость - УВ2 обусловлена действием силы инерции. В результате семянка движется с некоторой суммарной начальной (выходящей) скоростью Уоп = + Ут в направлении от рабочей поверх-
ности, точнее семянка некоторое время движется над рабочей поверхностью по инерции со скоростью Коп. На это движение по инерции накладывается действие аэродинамических сил. В результате время полета семянки над рабочей поверхностью определяется тремя факторами, из которых только первый зависит от формы кривой ОВ в точке вылета семянки из лунки трения. Это относительно свободное движение семянки прекращается ударом ее о надвигающуюся рабочую поверхность, движущуюся с угловой скоростью со.
Влияние характера износа лунок трения и их периодичность, очевидно, можно объяснить различными условиями формирования структуры потоков семян, поступающих на рабочие лопатки вращающегося роторного устройства. Эти условия могут носить чисто конструктивные особенности, структурирующие потоки семянок, что наглядно видно из характерных зон износа, образованных на входе семянок в нижней правой части лопаток (рис. 1-3) рушки МРЦ-5. Такие параметры потока, как степень стесненности семянок в потоке, степень преимущественной ориентации семянок (эффект порядка) и другие свойства определены статистическими особенностями функций распределения семянок по геометрическим, кинематическим и динамическим параметрам на входе семянок в направляющие каналы. Наиболее характерные особенности структурирования потоков семянок, поступающих на рабочие лопатки в каналах ротора ЦБР, следующие:
различие скоростей семянок в питательном устройстве в произвольно выбранном поперечном сечении потока семянок вследствие различной степени их стесненности;
различная плотность (количество) семянок в сечениях потоков вследствие различной степени их стесненности при входе на рабочие лопатки;
в силу вышеуказанных свойств и с учетом трения семянок о рабочую поверхность лопаток происходит образование лунок трения, которые создаются наиболее медленно движущимися в данном сечении семянок и обладающими наименьшими плотностями их в данном сечении потока;
возможность изменения структуры потока по мере приближения семянок к деке; ,,,.,,
обтекание семянок потоком вовлекаемого в каналы воздуха, способствующее их преимущественной ориентации вдоль направления действия центробежной силы инерции, в результате которой возникает ориентация семянок торцевой частью по направлению к деке;
состыковка отдельных пар сориентированных семянок в области кратковременно возникающих застойных зон;
процесс увлечения семянок воздушным потоком и их взаимное трение друг с другом возрастает по мере
удаления семянок от оси вращения ротора, им можно пренебречь при приближении скорости семянки к скорости потока воздуха (эффект Хаггеля, физико-меха-ническая сущность которого заключается в преобладании аэродинамической силы над силой трения);
при плотном движении семянок в потоке воздуха потерей кинетической энергии этого потока на трение о стенки каналов можно пренебречь;
характер структурирования потока семянок - явление случайное, поэтому функции распределения динамических параметров семянок являются нормальными (гауссовыми) функциями;
величина относительной скорости семянок на выходе из канала распределена по нормальному закону.
Анализ износа рабочих лопаток и динамики движения семянок показал, что семянки имеют скачкообразный характер движения вдоль рабочей поверхности лопатки. В результате износу подвергаются отдельные участки с образованием периодически расположенных лунок трения. При длительной эксплуатации лопатки подвергаются полному износу, особенно их концевые участки, в области которых значительно возрастают скорости вылетающих семянок.
Таким образом, при расчете скорости движения семянки необходимо учитывать ускорение силы тяжести и аэродинамические силы, которые играют опреде-
ляющую роль в сложном движении семянок в каналах ЦБР.
ЛИТЕРАТУРА
1. Технология производства растительных масел и жиров / В.М. Копейковский, С.И. Данильчук, Г.И. Гарбузова и др.; Под ред.
B.М. Копейковского. -М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. -416 с.
2. Каталог. Машины, оборудование, приборы и средства автоматизации для перерабатывающих отраслей АПК. Т. II, ч. 2. Масло-жировая и эфиромасличная промышленность. - М.: Агро-НИИТЭИИТО, 1990. - 54 с.
3. Центробежная рушка / В.В. Деревенко, А.Г. Кривенко. Полезная модель № 4531. - Бюл. № 7,1997.
4. Деревенко В.В. Оптимальный энерготехнологический комплекс маслопрессового производства // МЖП. - 2001. - № 2. -
C. 24-26.
5. Руководство по технологии получения и переработки растительных масел и жиров. Т. I, кн. 1 / Под ред. А.Г. Сергеева. - Л.: ВНИИЖ, 1975. -728 с.
6. Фролов Р.Н. Совершенствование процессов обрушивания семян подсолнечника с применением при подготовке инфракрасного облучения: Автореф. дис. ... канд. техн. наук / КубГТУ. -Краснодар, 2002. - 19 с.
7. Маеликов В.А. Технологическое оборудование производства растительных масел.-М.: Пищевая пром-сть, 1974.-440 с.
8. Деревенко В.В., Выродов И.П., Запорожченко С.Д. Влияние аэродинамических сил на характер движения семянок в центробежной рушке // Сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. «Технологическое обеспечение качествамашин и приборов».-Пенза: Пензен. гос. ун-т, 2004. - С. 33-34.
Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств
Поступила 09.04.04 г.
661.115.2.002.2
ТЕХНОЛОГИИ, УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ
ДЛ. ПИОТРОВСКИЙ, М.П. АСМАЕВ, А.Л. МОСКОВЕЦ
Кубанский государственный технологический университет
Первые хозяйства по искусственному разведению червей на отходах были созданы в 1940 г. в США. Червей разводили с целью получения наживки для рыбной ловли. В настоящее время в США разведением червей занимаются как отдельные фермеры, заинтересованные в ликвидации образующихся в процессе сельскохозяйственного производства растительных остатков и животноводческих отходов, так и целые фермы, специализирующиеся на утилизации промышленных отходов по запатентованной технологии. В США насчитывается около 1500 относительно крупных хозяйств по переработке отх.одов методом вермикультуры и множество мелких. На основе этих хозяйств созданы фирмы, специализирующиеся по утилизации методом вермикультуры животноводческих, бытовых и промышленных отходов. Они продают биогумус, пользующийся большим спросом у овощеводов; червей, главным образом во вновь образующиеся хозяйства по вермикультивированию; предоставляют платные ус-
луги фермерам, занимающимся вермикомпостирова-нием. Часть червей идет на экспорт [1].
Во многих хозяйствах дело поставлено на промышленную основу: механизированы предварительная подготовка отходов, устройство из них гряд, отделение червей от компоста и другие операции [1].
На ферме «Саз Понтусуэро» (США) проведена селекционная работа, в результате которой выведен новый вид красного калифорнийского червя. В качестве корма для получения биогумуса использованы отходы бумаги, целлюлозы и древесины. На ферме разработана и выпущена в продажу установка по переработке отходов с помощью червей (Пат. США № 5076827 С05 F11/08) [1].
К недостаткам технологий и установок, применяемых на фермах США, молено отнести невозможность автоматического регулирования основных технологических параметров (температура, влажность, pH субстрата), отсутствие устройств для равномерного рыхления субстрата, а также малые размеры установок (объемом менее 1 м3) и, следовательно, малую производительность.
