Энергетическая оценка процесса шелушения увлажненного зерна в роторно-лопастной машине Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

664.726.7.001.

ШЕЛУШЕНИЯ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЦЕССА УВЛАЖНЕННОГО ЗЕРНА В РОТОРНО-ЛОПАСТНОЙ МАШИНЕ

Г. А. ГЛОБЕНКО, Б. ОТМАНИ, И. В. НАСТАГУНИН, И. Р. ДУДАРЕВ Одесский технологический институт пищевой промышленности им. М. В. Ломоносова

В последнее время для шелушения увлажненного зерна в мукомольной и комбикормовой промышленности находят применение роторно-лопастные машины [1, 2]. Для их совершенствования в целях повышения эффективности и снижения удельной энергоемкости процесса шелушения необходимо знание взаимосвязи конструктивно-кинематических параметров машины и энергетических показателей.

В процессе шелушения зерна в рабочей зоне машины с дросселирующим выпускным устройством затрачиваемую мощность суммарно можно представить в виде:

Nр = N ] -{-N2,

где Ы\ — мощность, потребная для относительного перемещения зерна, создания меж-зернового давления в рабочей зоне и преодоления послойного трения зерновой массы в процессе ее обработки;

N2 — мощность, затрачиваемая на преодоление трения зерна о клапан на выходе из машины.

Для определения указанных составляющих потребной мощности рассмотрим силовое нагружение лопатки при работе шелушения (рис. 1). Выделим действующие силы Ра — параллельно оси машины и Р = (а + р) — в плоскости вращения лопатки.

Допустим, что средние значения окружной и осевой скоростей зерновок, контактирующих с плоскостью лопатки, соответственно равны:

где р и ц

Находим, что

Up — Rcp,

и0 = vp (sin а —(х cos a) cos а,

соответственно угол и коэффицие! трения зерновок о лопатку.

N1 = Р01>0-\-Рир, Вт.

Эффективность процесса шелушения определяк значения <7н, Н/м2 и цос, Н/м2 — радиальног (нормального) и осевого межзерновых давлени! Поскольку эти величины могут быть найден опытным путем, рационально избрать их в качест! аргументов при определении Ыр.

Непосредственное измерение межзернового давл< ния, воспринимаемого обечайкой машины, показ; ло, что величина qн возрастает по мере перемепм ния зерна от входа в рабочую зону к выходу чере дросселирующее выпускное устройство. Косвенн такое явление подтверждает и характер распр( деления выхода отходов шелушения по длине рабе чей зоны шелушителя.

В каждом сечении рабочей зоны появление да[ ления в радиальном направлении qll обусловлен осевым давлением £/0с, которое в 1 /| раз болыи радиального, т. е.

<?„ —

где £ — коэффициент поперечной деформацш

Спроектируем на горизонталь действующие н элементарный объем силы:

5рз с1 (<?ос), - .< ^ : 0,

где 5 площадь поперечного сечения рабоче

■'рз

dF...

зоны, м1'

приращение всех сил трения, действую щих на элементарный объем зерново массы, Н.

Прирост сил трения по периметрам слоев рас сматриваемого элементарного объема будет равен - і

(і ^гр = 2 Пі (<7и),(і' + Поб Ыц", (2

І I

где (х , |х"' — соответственно коэффициенты внут реннего трения зерновок и трени: их о перфорированную поверхност обечайки;

Пі — периметр г-го слоя зерна;

Поб — периметр слоя зерна, контактирую щего с поверхностью обечайки.

Поскольку \х' и \і" близки по значению (0,7—0,6) выражение (2) можно упростить:

П

й Ртр = 21 Пі (<7«)х М-о>-

■I = 1

Подставим значение сіРтр в уравнение (1):

П

5рзс1 {д0с)х = Игр (?„)* 2 Я,. $

Заменяя значение (q0c)x через (qи преобразуя

-енство (3), получим:

І Пі

d (О* = V'P&d*-

^ no

(4)

:ле разделения переменных это равенство пристает вид:

d [qj*

(ян)х

S Пі :st

l^cp^,xdx.

(5)

1ри степени прессования древесины 20—30%, чение \х колеблется по высоте прессуемого ериала в пределах 3—4% [3], его принимают три прессовании виноградной мезги условно-тоянным по длине рабочей камеры шнекового сса [4].

j-h;

ЦП ППП П_Ц p_i# FH

7*. /■ \ / / ■ \ / / rg

J№

и у UUJJ у_у_и.

^чААААЛ/Vt

h

Iх

ty*)tьз

Рис. 2

ензометрические измерения значении цн И Цое точках (рис. 2) в процессе исследований с исполь-анием блок-схемы, состоящей из стабилизатора фяжения С-0,5, выпрямителя, четырехканального зометрического усилителя ТУ-4 и милливольтмет-позволили получить расчетные значения 'ак как относительные отклонения вычислен-< значений | в 4 точках не превышают в сред-I 15%, то в дальнейших суждениях можем дожить, что £=0,45=Сопз1. Тогда для данного та зерна величина

V Пі

;=і

[Х<гр| = д = Const.

Интегрируя выражение (5), получим:

In (qH)x = tf* + C.

и начальных условиях

х =0> (О* =(9«)о и с — In (<?„)о. щовательно:

, (Ян)х . ІЯ н)х Аг

in . или =еь*\

(Ян) о ІЯ Jo

(Ян)х = (Ян)о е“*; (Яос)х = (Яос)О е«*.

Тогда усилия Р и Ра можно выразить через осред-ненное по длине рабочей зоны Ьрз удельное осевое давление зерновой массы:

Я =Т- Г (Яос)0 е** = т^—Мо е’V

рз о ‘-'рз и

Отсюда мощность, потребная для перемещения зерна, исходя из необходимости создания определенного удельного осевого давления зерновой массы и преодоления послойного трения, в результате которого в основном происходит отделение оболочек, с учетом конструктивных размеров элементов лопастного ротора будет:

N,

...

—|х cos aT) sin aT cos ar+cos aT ctg (ar+p)] —

—Zo (sin ao — |x cos a0) sin ao cos a0 +

-f cos a0 ctg (a0+p)]), Вт, где i, bA, hA, Rcp, zT, Zo, aT, a0 — соответственно число заходов винтовой линии, образуемой лопатками; ширина и высота лопатки; средний радиус лопаток; количество транспортирующих и отражающих лопаток в одном заходе винтовой прерывистой линии, углы атаки лопаток.

N2=\iPNVp, (7)

где PN = Рн cos ак ={q0c)oef>L^l K\Sp3 cos aK;

ак — угол открытия выпускного клапана,

зависящий от массы груза на нем, град;

К —

A I — о” ;

^ рз*

SK — площадь поперечного сечения выпускного клапана, м2

С учетом значения окружной скорости vp выражение (7) можно представить в виде:

N2 = (qoc)0 e*L>’:iliiKiSp3ibJlhJlRcp(»p X

X [z,.cos arctg (a;.+ p) + 2ocos aoctg (ao + p) cos aK.

Таким образом, суммарно затрачиваемая мощность на шелушение зерна в роторно-лопастных машинах типа У1-БШР может быть определена для любого зерна различной влажности из выражения.:

fif - ;--(qc:!,<----'.*;blhJtRcpti,lt{zT[(smaT—\icosaT)X

1 ys

Xsin ar cos ат + cos aT ctg (aT+p)] + z0 (sin ao — — (x cos ao) sin a0 cos a0 + cos a0 ctg (a0+p)]j +

+ |Д KiSp3 fcos aT ctg (a7+p) +

+ Zo cos ao ctg (ao+p)] cos aK, Bm.

ВЫВОД

Проблема снижения энергоемкости процесса шелушения при одинаковых конструктивных параметрах может быть решена с учетом обобщенного критерия [4]:

где 1

Е =

5,к.

100

36Q (l

В,.

100

)с„

N-

кВт/ч ’

(6)

выраженный в долях единицы выход ошелушенного зерна с учетом потерь эндосперма с отходами шелушения;

относительный выход отходов шелушения на абсолютно сухое вещество, %;

ф — производительность машины, кг/ч\ Соб — абсолютный объем оболочек, %; N — мощность, затрачиваемая на шелушение, кВт.

ЛИТЕРАТУРА

1. Информационный листок о передовом производственном опыте № 023—89,—Одесский ЦНТИ, 1989,—4 с.

2. Хухрянский П. Н. Прессование древесины.— М.: Лег. пром-сть, 1964.— 214 с.

3. Основы расчета и конструирования машин и аппа тов пищевых производств/Под ред. д-ра техн. н; проф. А. Я. Соколова.— М.: Промиздат, 1960.— 742

4. Настагунин И. В. Исследование процесса работки зерна кукурузы в роторном фрикционь шелушителе: Автореф дис. ... канд. техн. наук Одесса, 1967.

Кафедра технологического оборудования

зерновых производств Поступила 18.10

664.723.001.5

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРАВИТАЦИОННЫХ ЗЕРНОВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ ЭЛЕВАТОРОВ

Е. А. ДМИТРУК, М. Б. БАБИЧ, О. И. ГАПОНЮК, В. В. КРАСНОВА

Одесский технологический институт пищевой промышленности им. М. В. Ломоносова

Технологические процессы приема, транспортирования и обработки зерна на элеваторах неизбежно сопровождаются его взаимодействием с окружающим воздухом, образованием пылевоздушных потоков и их проникновением через укрытия оборудования в производственные помещения [1]. Проблема повышения пожаровзрывобезопасности и улучшения экологической обстановки на зерноперерабатывающих предприятиях связана с решением комплекса задач, определяющее место среди которых занимают совершенствование существующих и создание новых методик расчета и проектирования систем аспирации СА. Используемые проектными институтами методики расчета аэродинамических характеристик аспирационных установок АУ [2, 3] базируются на использовании уравнения баланса объемов воздуха:

<3а = <3Н + <2в + Яэж + 0.ун, (1)

где С}н — объем воздуха, поступающий через неплотности укрытий оборудования, мг/с\ 0в — объем воздуха, вытесняемый поступающим продуктом, мг / с\ <3ЭЖ — объем воздуха, эжектируемый потоком материала в загружающем самотеке, м3/с; С}ун — объем воздуха, уносимый потоком материала через разгружающий самотек, м3/с.

При этом составляющие С1ЭЖ и 0.ун определяют по таблицам, построенным на основании эмпирических данных без учета всего многообразия влияющих факторов. Это приводит к отклонению фактических режимов работы АУ от нормативных [1] в диапазоне 50—300%.

С целью более полного представления процесса эжекции воздуха в самотеках используем аналитический метод исследования. Для его реализации принимаем следующие допущения: насыпная плотность сыпучего материала рг и плотность воздуха рв по длине самотека Ь постоянны; зерновой поток движется в установившемся режиме; скорость воздушного потока направлена вдоль оси самотека ихФ0, иу=иг—0. На основании принятых допущений, анализа процессов перемещения зерна в самотеках и законов сохранения энергии и неразрывности воздушного потока предложена зависимость в виде:

я.

Я, —я2 = - $ кв3

Ре (f'M—O/p

та 1(н*

q ;

Ре^'м—и/ртиху

dx

■[(

Q

2 L (t-'м — о/ртик

(;

Q

Q

Pe(FM—'G/pTuo> j \pe{FM—G/pTu0,

( Q V _

2 ^Pe(FM — G/pTuK)/

)Sax 2

[°’12p«(o,816pe {fI-G/p,11,)) X

v/83v0,816pe (FM — G/pTux) (B3 + 2 (A —G/pTuxB3)) \ Q(FM-G/pTux)

і Кэ (B3+2 (A — G/pTuxB3 ^1/5 j ^

(FM—G/pTux X(B3+ 2 (A-G/pTuxB3)-

dx

2 (FM—G/pTux)

Рв ^'м—и/ртих)' где Я1 и Яг — соответственно значения давлен] воздуха в укрытиях разгружаемого и загружаемо самотеком оборудования, Па\ <2 — массовый расх! воздушного потока, кг/с; рв — плотность воздух кг/ж3; рт — насыпная плотность зерна, кг/и и о, ик, их — соответственно начальная, конечная и т кущая скорость зернового потока, м/с; в — масс вый расход зернового потока, кг/с; Рч — площа, поперечного сечения самотека, ж2; В3 — шири: потока зерна, м; А — характерный размер возду1 ного потока, м; едх, геых — соответственно коэфф циенты аэродинамического сопротивления укрыт: разгружаемой и загружаемой самотеком маши Кэ — шероховатость внутренней поверхности сам тека, мм; V — динамический коэффициент вязкост Ка — коэффициент ЭНерГОПереДЭЧИ между ПОТОК! зерна и воздуха.

Сила аэродинамического взаимодействия зерноЕ го потока с воздухом записана по аналогии с зав симостью Дарси — Вейсбаха [4]. Изменение относ тельной скорости зернового и воздушного пот ков по длине материалопровода, обусловливающ изменение силы взаимодействия между ними, уч тывалось через массовые расходы потоков б и площадь их «живого сечения». Площадь «живо сечения» воздушного и зернового потоков опрех ляли с использованием зависимостей