CC BY
5
УДК 631.3:658.562
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ДЕРТИ ПО ПОВЕРХНОСТИ РЕШЕТА ЦИКЛОНА-СЕПАРАТОРА МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ ДРОБИЛКИ ЗЕРНА
П.А. Савиных, доктор технических наук
ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого
E-mail: [email protected]
В.И. Широбоков, кандидат технических наук
Л.Я. Новикова, кандидат с.-х. наук
А.Г. Бастригов, инженер
ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА
E-mail: [email protected]
Аннотация. При производстве продукции животноводства концентрированные корма занимают значительный вес в структуре рациона. Для измельчения зерна при этом в основном используются молотковые дробилки. Технологические и конструктивные параметры таких дробилок требуют совершенствования. Разработанная модернизированная дробилка зерна позволяет эффективно использовать концентрированные корма за счет повышения качественных показателей конечного продукта, снижения удельных энергозатрат и износа рабочих органов. Для просеивания дробленого зерна используется решето, установленное в циклоне-сепараторе и состоящее из цилиндрической и конической частей. Проведенные исследования оценки эффективности работы решета показывают, что поверхность цилиндрической части полностью участвует в процессе просеивания дробленого зерна. В то же время поверхность конической части используется не полностью, а эффективная площадь уменьшается с увеличением пропускной способности бункера дробилки. Одновременно с этим увеличивается и удельный расход энергии на рабочий процесс дробилки. Исследование траектории движения дерти позволило определить коэффициент эффективности сепарирующего решета и удельный расход энергии с учетом степени измельчения для конкретной пропускной способности и наметить пути повышения эффективности работы модернизированной дробилки зерна: увеличение площади поверхности цилиндрической части сепарирующего решета; снижение давления в зарешетном пространстве циклона-сепаратора.
Ключевые слова: дробилка зерна, сепарирующая поверхность, пропускная способность, эффективность.
В современных условиях производства животноводческой продукции используемое технологическое оборудование изготавливается в большей степени зарубежными производителями. Так, например, доля импорта оборудования для содержания, ухода, кормления и удаления навоза крупного рогатого скота доходит до 70%, а компьютерных систем управления - 90% [1,2]. А это не может не сказаться на продовольственной независимости государства. В линиях по приготовлению концентрированных кормов для животных в основном применяются молотковые дробилки. Технологические и конструктивные параметры таких дробилок требуют совершенствования с целью повышения конкурентоспособности за счет снижения удель-
ных энергозатрат на процесс измельчения зерна и улучшения качества готового продукта. Модернизированная дробилка зерна [3], разработанная на основании анализа существующих дробилок и представленная на рисунке 1, позволяет более эффективно использовать концентрированные корма за счет повышения качественных показателей конечного продукта, снижения удельных энергозатрат и износа рабочих органов [4].
Для оценки эффективности работы сепарирующего решета циклона-сепаратора реализован однофакторный эксперимент. В качестве целевой функции принята эффективная площадь решета, то есть та часть, которая участвует в процессе просеивания измельчаемого материала. Основным факто-
Journal of VNIIMZH №4(32)-2018
99
ром принята пропускная способность бункера дробилки. Опыт проводился в следующей последовательности: устанавливалась фиксированная величина открытия заслонки (5, 10, 15 или 20 мм); включалась дробилка в работу; засыпалось зерно; замерялась мощность; после остановки дробилки снималась крышка циклона-сепаратора; замерялось расстояние от верхнего основания конической части сепарирующего решета до следов движения дерти.
Визуально обнаружено (рис. 2), что наклеенная алюминиевая фольга по следу движения дерти примята, а в других местах осталась в исходном положении, и поверхность конического решета используется не полностью. В то же время поверхность цилиндрического решета полностью задействована в сепарации дерти. В дальнейшем след движения дерти определялся без использования полосок из фольги (рис. 3). В процессе работы выяснилось также, что след движения дерти по поверхности решета изменяется в зависимости от пропускной способности бункера дробилки.
Рис. 1. Общий вид лабораторной установки и сепарирующего решета, установленного в циклоне
Рис. 2. Внутренняя поверхность сепарирующего решета с наклеенными полосками алюминиевой фольги после сепарации
По результатам измерений получены поверхности, на которых видны участки, участвующие в процессе сепарации (заштрихованная область) (рис. 4). На этих участках происходит сепарация дерти в основном под действием воздушного потока, направленного в зарешетное пространство.
Рис. 3. Поверхность решета со следами движения дерти (затемненная область)
а)
б)
в)
г)
Рис. 4. Следы движения дерти по внутренней поверхности конической части сепарирующего решета в зависимости от пропускной способности бункера: а) 0,10 кг/с (зазор 5 мм); б) 0,71 кг/с (10 мм); в) 1,34 кг/с (зазор 15 мм; г) 1,59 кг/с (20 мм).
Неравномерность следов движения дерти является следствием неточной геометрии конической части сепарирующего решета, а наличие нерабочих (не заштрихованных) областей - следствием движения воздушных потоков во внутреннюю полость циклона сепаратора из зарешетного пространства. Анализ следов движения дерти по поверхности конической части сепарирующего решета позволил определить эффективную площадь с использованием программы Компас-3Б и рассчитать коэффициент эффективности конической части решета. Площадь сепарирующего решета составляет 1,792 м2, в том числе: конической - 1,214 м ; цилиндрической - 0,578 м2 Результаты расчета эффективности использования сепарирующего решета от пропускной способности бункера дробилки приведены в таблице 1 и на рисунке 5. При этом коэффициент эффективности использования конической части сепарирующего решета определялся отношением эффективной или рабочей площади к общей площади. А коэффициент эффективности всего решета - отношение эффективной площади всего сепарирующего решета к его общей площади.
Эффективность использования площади сепарирующего решета снижается с увеличением пропускной способности бункера дробилки до определенного предела. В то же время с увеличением пропускной способности бункера происходит повышение удельного расхода энергии на рабочий процесс модернизированной дробилки (таблица 1).
Таблица 1. Результаты расчета эффективности
а а 1 о 1а ю СУ Площадь конический части, м2 Коэффициент эффективности конической части, Кэк Коэффициент эффективности всего сепарирующего решета, Кэр Э эл., кВт.ч/ (т.ед.ст.изм)
рабочая нерабочая
1. 0,10 0,813 0,401 0,670 0,776 3,01
2. 0,71 0,739 0,475 0,609 0,735 6,96
3. 1,34 0,653 0,561 0,538 0,687 8,34
4. 1,59 0,671 0,543 0,553 0,697 8,80
Рис. 5. Зависимость коэффициента эффективности использования сепарирующего решета от пропускной способности бункера дробилки: Кэк - конической части; Кэр - всего решета.
Коэффициент эффективности конической части Кэк и всего решета Кэр можно определить по полученным уравнениям аппроксимации (1) и (2):
Кэк = 0,139£б3 - 0,Э08£б2 +0,0690? +0,666 (1) Кэр = 0,094 О - 0,208 0з2 +0,047 Об +0,773 (2) Зависимость удельного расхода энергии с учетом степени измельчения от пропускной способности бункера дробилки представлена на рисунке 6.
ч
01
со *
с; <п т
2
у = -2,7532х2 + 8,4185х + 2,2361 R2 = 0,9955
0
0,5
1
1,5 2
Ээл <?б'кг/с
Рис. 6. Зависимость удельного расхода энергии от пропускной способности бункера дробилки
Зависимость удельного расхода энергии от пропускной способности бункера дробилки можно определить по полученному уравнению аппроксимации (3): Кэр = -2,753 Оз2 +8,418 Об +2,236. (3)
При этом достоверность аппроксимации составляет не менее 0,99.
Ранее установлено, что для принятого размера циклона-сепаратора максимальная пропускная способность составляет 0,51 кг/с [5]. Отсюда коэффициент эффективности всего решета (по формуле 2) составляет не
8
6
4
Лоигпа! оГ VNIIMZH №4(32)-2018
101
менее 0,76, а удельный расход энергии (по формуле 3) - 5,81 кВт.ч/(т.ед.ст.изм).
Результаты работы могут быть использованы при разработке и модернизации дробилок зерна открытого типа с различной пропускной способностью.
Таким образом, исследование траектории движения дерти по поверхности решета циклона-сепаратора позволило установить эффективность использования сепарирующего решета для заданной пропускной способности. Для повышения эффективности использования модернизированной дробилки зерна необходимо увеличение высоты цилиндрической части сепарирующего решета и проведение дальнейших экспериментальных исследований, а также соединение зарешетного пространства с пневмосистемой дробилки для отвода избыточного давления.
Литература:
1. Скоркин В.К. Современные требования производства конкурентоспособной молочной продукции // Вестник ВНИИМЖ. 2017. №4.
2. Иванов Ю.А. Направления научных исследований по созданию инновационной техники с интеллектуальными системами для животноводства // Вестник ВНИИМЖ. 2014. №3(15). С. 4-16.
3. Пат. №83946 РФ. Дробилка для фуражного зерна / В.И. Широбоков и др. Заяв. 21.10.08; 0публ.27.06.09
4. Федоров О.С. Повышение эффективности функционирования молотковой дробилки путем совершенствования способа сепарации: дис. к.т.н. Ижевск, 2010.
5. Бастригов А.Г. Обоснование пропускной способности циклона-сепаратора для дробилок зерна / Бастри-гов А.Г. и др. // Вестник Ижевской ГСХА. 2016. №4.
Literatura:
1. Skorkin V.K. Sovremennye trebovaniya proizvodstva konkurentosposobnoj molochnoj produkcii // Vestnik VNIIMZH. 2017. №4.
2. Ivanov YU.A. Napravleniya nauchnyh issledovanij po sozdaniyu innovacionnoj tekhniki s intellektual'nymi sistemami dlya zhivotnovodstva // Vestnik VNIIMZH. 2014. №3(15). S. 4-16.
3. Pat. №83946 RF. Drobilka dlya furazhnogo zerna / V.I. SHirobokov i dr. Zayav. 21.10.08; Opubl.27.06.09
4. Fedorov O.S. Povyshenie ehffektivnosti funkcioniro-vaniya molotkovoj drobilki putem sovershenstvovaniya sposoba separacii: dis. k.t.n. Izhevsk, 2010.
5. Bastrigov A.G. Obosnovanie propusknoj sposobnosti ciklona-separatora dlya drobilok zerna / Bastrigov A.G. i dr. // Vestnik Izhevskoj GSKHA. 2016. №4.
THE DIRTY MOVING TRAJECTORY ON THE SURFACE OF THE CYCLONE SEPARATOR'S SIEVE OF MODERNIZED GRAINS' CRUSHER STUDY P.A. Saveynyh, doctor of technical sciences, FGBNY FANC North-East after N.V. Rudnitsky V.I. Shirobokov, candidate of technical sciences L.Y. Novikova, candidate of agricultural sciences A.G. Bastrigov, engineer FGBOY VO Izhevsk GSHA
Abstract. At the animal products producing the concentrated feed occupy a significant weight in the ration structure. To grind the grain the hammer crushers are mainly used. Technological and design parameters of such crushers require improvement. The developed modernized grains' crusher allows to use efficiently concentrated feed by the final product's quality improving, the specific energy consumption reducing and working bodies normal wearing. For of crushed grain sieving, a sieve installed in a cyclone separator and of cylindrical and conical parts consisting are used. The carried out researches of a sieve's work efficiency estimation show that the cylindrical part surface completely participates in the crushed grains' sifting process. At the same time, the conical part surface is not fully used, and the effective area decreases with crusher hopper capacity increasing. At the same time, the specific energy consumption of the crusher's working process is also increased. The dirty moving trajectory study allows to determine the separating sieve's efficiency coefficient and specific energy consumption, taking into account the grin ding specific capacity degree, and outline the efficiency ways of grain crusher's modernized improving: the cylindrical part surface area of the sieve increasing; the pressure in the grate space of cyclone-separator reducing. Keywords: grains' crusher, separating surface, throughput ability, efficiency.
