CC BY
9
УДК 631.365.32
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ВОЗДУШНОГО ПОТОКА В ВЕНТИЛИРУЕМОМ БУНКЕРЕ
С МНОГОКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ
Владимир Васильевич Морозов, д. техн. н., профессор Николай Михайлович Максимов, к. техн. н., ст. преподаватель ФГБОУ ВПО «Великолукская ГСХА» Россия, г. Великие Луки
Рассмотрен технологический процесс сушки семян рапса в усовершенствованном бункере активного вентилирования с акцентом на особенности распределения агента сушки в системе вентиляции бункера. Проанализированы причины неравномерности динамического давления в разных участках системы вентиляции, сделаны выводы, а также намечены пути дальнейшего совершенствования установок подобного рода.
Ключевые слова: бункер; сушка; давление; короба; семена.
Сушка термолабильных продуктов, к которым относятся семена сельскохозяйственных культур, проводится при жёстком ограничении их нагрева. В связи с широким возделыванием в последние годы ряда мелкосеменных масличных культур, таких как рапс и сурепица, нами рассматривается возможность использования бункеров активного вентилирования для послеуборочной обработки этих культур [3, 4].
Эти установки универсальны и находят своё применение практически на протяжении всего этапа послеуборочной обработки зерна и семян [2, 4].
Главным их достоинством является использование более «мягких» режимов сушки, что благотворно влияет на качественные показатели семян.
Однако из-за трудностей организации рабочего процесса и особенностей конструкции вентилируемых бункеров проведение операции сушки семян в них является сложной, а иногда и вовсе затруднительной задачей. Главным образом это связано с достаточно большой толщиной продуваемого слоя, нерациональным распределением сушильного агента по объёму бункера и, как следствие, недосушиванием семян у наружной стенки бункера. К сдерживающим факторам на пути эффективной сушки семян можно добавить высокую плотность семян рапса, вследствие их малого диаметра, что приводит к значительным потерям напора воздуха в продуваемом слое. Наличие мелких сорных примесей, остающихся в ворохе семян рапса после предварительной
очистки и высокая начальная влажность семян ещё больше препятствуют протеканию процесса сушки, приводя к увеличению удельных энергозатрат.
Повысить интенсивность сушки семян без увеличения температуры нагрева возможно за счёт увеличения скорости агента сушки, проходящего через слой [1]. Решить данную задачу на вентилируемых бункерах возможно путём замены стандартных вентиляторов на более производительные. Однако этот способ напрямую связан с увеличением и энергозатрат на привод вентилятора. Вторым решением является уменьшение аэродинамического сопротивления воздухораспределительной системы бункера без замены штатного вентилятора.
С этой целью, для расширения функциональных возможностей бункеров активного вентилирования и снижения энергоёмкости процесса сушки семян, нами была проведена модернизация воздухораспределительной системы бункера. В кольцевом пространстве между внутренним и внешним цилиндром бункера было предложено установить в шахматном порядке воздухопод-водящие пятигранные короба с открытым днищем и перфорированными боковинами, расположенными по всей высоте центральной воздухоподводящей трубы, а штатное выпускное устройство бункера было заменено на роторный затвор [3].
Была сделана экспериментальная установка и проведены производственные испытания усовершенствованного образца бункера активного вентилирования БВ-25 в уборочный период [3, 5], одной из задач которых было изучение эффективности подвода агента сушки по предлагаемой конструктивной схеме. Подача нагретого воздуха с температурой не более 55 °С осуществлялась от теплогенератора ТАУ-1,5, соединённого с вентилятором посредством воздуховодов.
Высушиваемой культурой являлся яровой рапс сорта «Викрос» продовольственного назначения. Начальная влажность обрабатываемой партии семян была в пределах 19-22%. В ходе испытаний производились замеры динамического давления воздуха в нижнем и верхнем рядах воздухоподводящих коробов системы вентиляции бункера, в начале сушки и по истечении 4, 8 и 12 часов сушки с 4-кратной повторно-стью. Исследования проводились при полностью заполненном бункере в плотном слое с выключенным выпускным устройством. Метеорологические условия при проведении исследований не учитывались. Замеры давления производились с использованием дифференциального манометра ДМЦ-01М в комплекте с п н е вмометрическими трубками (трубки Пито).
Динамическое давление (АР), Па, представляет разность между полным напором воздуха и статиче-
ским давлением и может быть записано в виде:
П * сТ (1)
динамическое давление,
АР = РП - Р ,
Пст
где АР -Па;
Рп - полный напор, Па;
Рст - статическое давление, Па.
Прибор ДМЦ-01М также способен определять скорость воздушного потока, для чего в памяти прибора используется формула:
V = Кпр л/АР, (2)
где Кпр - обобщённый скоростной коэффициент преобразования пнев-мометрической трубки, учитывающий значения КТ трубки и изменения плотности среды.
При измерении АР в Па, коэффициент Кпр находится по формуле:
К =
КПР1
2 т
^ г
Рн.у. 273
К
(3)
где Тр - температура среды, К;
Рн •у • - плотность среды при нормальных условиях (Ратм = 760 мм рт. ст., Т=273 К), равная 1,2946 кг/м3;
КТ - коэффициент пневмомет-рической трубки (берётся из паспорта).
Производственные испытания выявили некоторые особенности процесса сушки семян в бункере активного вентилирования. Результаты
замеров показали неравномерность распределения воздушного потока по высоте бункера, а также по длине воздухоподводящих коробов.
Среднее динамическое давление нижнего ряда коробов, замеренное в середине короба, уменьшилось на 42,3% и составило 5,12 Па в начале сушки и 2,95 Па по истечении 12 часов. В верхнем ряду коробов также наблюдается уменьшение динамического давления с течением времени с 24,57 Па до 19,4 Па, что составляет 21% к первоначальному значению (рис. 1).
Неравномерность динамического давления в верхнем и нижнем ряду коробов, замеренную у наружной стенки бункера, можно увидеть и на примере графика, представленного на рисунке 2. Давление в верхнем ряду коробов оказалось в 5-10 раз большим по отношению к нижнему ряду.
По мере продвижения к наружной стенке бункера можно наблюдать стремительное уменьшение давления в коробах как в нижнем, так и в верхнем рядах. Так, например, в начале сушки динамическое давление, замеренное у наружной стенки бункера, составило 0,19 Па -для нижнего и 5,23 Па - для верхнего ряда коробов.
Характер изменения динамического давления по результатам замеров в середине короба и у наружной стенки не однозначен. Так, например, по истечении 12 часов сушки среднее динамическое давление в середине короба уменьшается
как в верхнем, так и нижнем ряду (рис. 1). Замеры, сделанные у наружной стенки, напротив, указывают на некоторый рост динамического давления по мере высыхания семян (рис. 2).
Это может быть связано, на наш взгляд, с улучшением прохождения подогретого воздуха в слой семян, который к этому времени уже успел утратить часть своей влаги и стал менее плотным. При этом в первом случае это приводит к уменьшению давления в коробах по всей высоте бункера. В то же время рост динамического давления у наружной стенки бункера (в конце короба) может указывать на падение статического давления и рост скорости на выходе из короба.
По полученным данным можно заметить значительную неравномерность распределения давления воздуха по высоте бункера. Так,
Середина короба
Рисунок 1 - Зависимость динамического давления воздуха от времени сушки в середине короба
например, динамическое давление в нижнем ряду коробов оказалось в среднем в 5 раз меньшим относительно верхнего, а по истечении 12 часов эта разница не только не уменьшилась, но и возросла до 8 раз. Полученные данные наглядно демонстрируют неравномерность напора воздуха по высоте слоя семян в бункере и её некоторый рост с увеличением времени сушки.
Результаты замера динамического давления во входном патрубке после вентилятора (на графиках не показано) составили 298,3 Па в начале процесса сушки и 363,2 Па по истечении 12 часов сушки семян. Рост динамического давления к концу операции сушки на 21,7% объясняется уменьшением статического давления по отношению к полному напору и увеличением скорости прохождения агента сушки через слой семян.
9 - 8 - 7 - я 6 -С § 5" 5 4- § 37) Ч 2_ 1 - 0 Наружная стенка (конец короба)
Время
А- -А—
ж 12 [коробов
0 -♦-Нижи 4 и ряд коробов 8 -й-Верхний ряд:
Рисунок 2 - Зависимость динамического давления воздуха от времени сушки у наружной стенки бункера
Анализируя полученные данные, можно сделать следующие выводы:
• причиной неравномерности распределения давления воздушного потока между верхними и нижними рядами коробов является наличие удара воздушного потока о верхнюю часть центральной воздухоподводя-щей трубы;
• большее давление воздуха в верхней части воздухораспределительной системы бункера способствует более интенсивному протеканию процесса сушки;
• применение многоканальной системы подвода воздуха для обеспечения качественного процесса сушки является эффективным, но недостаточным конструктивным решением.
Полученные данные указывают на необходимость использования центральной воздухоподводящей трубы переменного диаметра. Обоснование конструктивных параметров вентилируемого бункера с центральной воздухоподводящей трубой переменного диаметра может быть достигнуто с применением закона Бернулли для воздушного потока. Выбор оптимальной формы центральной воздухораспределительной трубы в сочетании с многоканальной воздухоподводящей системой на основе коробов позволит значительно уменьшить неравномерность распределения давления воздуха в воз-духоподводящих каналах по высоте слоя и обеспечить, на наш взгляд, более равномерную сушку семян.
Список литературы
1. Мальтри В. Сушильные установки сельскохозяйственного назначения / В. Мальтри, Э. Пётке, Б. Шнайдер. - М.: Машиностроение, 1979. - 530 с.
2. Морозов В.В. Зерноочистительно-сушильные комплексы и поточные линии / В.В. Морозов, Н.Я. Щепилов. - Великие Луки: Изд-во ФГБОУ ВПО «Великолукская ГСХА», 2002. - 366 с.
3. Морозов В.В. Исследование процесса сушки семян рапса в бункере активного вентилирования / В.В. Морозов, Н.М. Максимов, Ю.И. Волошин // Итоги дис-
сертационных исследований. Т. 3: Материалы V Всероссийского конкурса молодых учёных. - М.: РАН, 2013. - С.109-118.
4. Морозов В.В. Технология производства и сушки семян рапса / В.В. Морозов, Н.М. Максимов. - Великие Луки: Изд-во ФГБОУ ВПО «Великолукская ГСХА», 2014. - 184 с.
5. Морозов В.В. Энергосберегающая сушка семян рапса в установках бункерного типа / В.В. Морозов, Н.М. Максимов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2011. - №5. - С.13-14.
E-mail: [email protected]
182112 Псковская область, г. Великие Луки, пр. Ленина д. 2, Великолукская ГСХА. Тел.: (81153) 7-16-22
