CC BY
22
УДК 631.385.22
В. Г. Чумаков, А.С. Жанахов
К ВОПРОСУ ИНВЕРСИИ ЗЕРНОВОГО СЛОЯ В КАМЕРНЫХ
ЗЕРНОСУШИЛКАХ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т.С. МАЛЬЦЕВА», КУРГАН, РОССИЯ
V.G. Chumakov, A.S. Zhanakhov ТО THE QUESTION OF INVERSION OF GRAIN LAYER CHAMBER GRAINS
FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BYT.S. MALTSEV», KURGAN, RUSSIA
Владимир Геннадьевич Чумаков
Vladimir Gennadevich Chumakov Доктор технических наук, доцент vg ch u та kov@ma i I. ru
rrr-
Альсим Сагидуллович Жанахов
Al'sim Sagidullovich Zhanakhov кандидат технических наук, доцент
Аннотация. Сушка - сложный технологический процесс, который должен обеспечить не только сохранение качества материала, но и улучшение некоторых показателей. Для безопасного хранения зерновой ворох с влажностью более 20% и температурой 10-16 С должен быть очищен от примесей, просортирован и доведен до кондиционной влажности в течении суток.
Установлено, что выбор методов и режимов сушки должен исходить от изучения свойств продукта к созданию рациональных конструкций сушилок. Наибольшее распространение в современных конструкциях зерносушилок получил конвективный способ теплопередачи. Сушка зерна в конвективной зерносушилке включает комплекс одновременно протекающих и влияющих друг на друга процессов: перенос теплоты от агента сушки к зерну, перенос влаги внутри зерна, испарение влаги и перенос влаги с поверхности зерна. Поэтому выбор методов и режимов сушки должен исходить от изучения свойств продукта к созданию рациональных конструкций сушилок.
Мировая практика зерносушения показывает, что на ближайшую перспективу (10-15 лет) шахтные и колонковые сушилки непрерывного действия будут основным техническим средством сушки зерна и семян в хозяйствах АПК. В Курганской ГСХА разработаны технологические схемы и конструкции камерных зерносушилок непрерывного действия. Разработана методика определения температуры нагрева зерна в зерновых слоях камерных зерносушилок непрерывного действия. Доказано, что для повышения эффективности удаления влаги из зерна, уменьшения неравномерности сушки зерна необходимо провести инверсию зерновых слоёв.
Ключевые слова: сушка зерна, камерная зерносушилка непрерывного действия, инверсия зернового слоя.
Abstract. Drying is a complex technological process that should ensure not only the preservation of the quality of the material, but also the improvement of some indicators. For safe storage, a grain heap with a humidity of more than 20% and a temperature of 10-16 °C must be free from impurities, sorted and brought to standard humidity during the day.
It is established that the choice of methods and modes of drying should proceed from the study of the properties of the product to the creation of rational designs of dryers. The most popular in modern designs of grain dryers received a convective method of heat transfer. Drying of grain in a convective grain dryer includes a complex of simultaneously flowing and influencing processes: heat transfer from the drying agent to the grain, moisture transfer inside the grain, evaporation of moisture, and moisture transfer from the surface of the grain. Therefore, the choice of methods and modes of drying should proceed from the study of the properties of the product to the creation of rational designs of dryers.
The world practice of grain drying shows that in the near future (10-15 years), continuous and dry shaft and core dryers will be the main technical means of drying grain and seeds in the agricultural farms. In Kurgan State Agricultural Academy of Technology developed technological schemes and designs of chamber continuous-flow grain dryers. A method for determining the temperature of heating the grain in the grain layers of chamber continuous-flow grain dryers has been developed. It is proved that in order to increase the efficiency of moisture removal from grain, reduce the unevenness of grain drying, it is necessary to carry out the inversion of grain layers.
Keywords: grain drying, continuous-flow chamber dryer, grain layer inversion.
Введение. Задача послеуборочной обработки - сохранение собранного урожая и доведение зернового материала до необходимого качества за счет удаления излишней влаги, семян других культур, дефектного зерна, примесей минерального и органического происхождения, т.е. получение семенного, продовольственного зерна и зерна на технические цели, соответствующих определенным требованиям, предусмотренных стандартами и базисными кондициями [1-6]. Для безопасного хранения зерновой ворох с влажностью более 20 % и температурой 10-16 °С должен быть очищен от примесей, просортирован и доведен до кондиционной влажности в течении суток [7-10].
Сушка-сложный технологический процесс, который должен обеспечить не только сохранение качества материала, но и улучшение некоторых показателей. Поэтому выбор методов и режимов сушки должен исходить от изучения свойств про-
дукта к созданию рациональных конструкций сушилок [11, 15].
Наибольшее распространение в современных конструкциях зерносушилок получил конвективный способ теплопередачи. Особенность этого способа заключается в том, что для подвода теплоты к объекту сушки и удаления испарившейся из него влаги применяется нагретый воздух или смесь воздуха с топочными газами (агент сушки). Сушка зерна в конвективной зерносушилке включает комплекс одновременно протекающих и влияющих друг на друга процессов: перенос теплоты от агента сушки к зерну, перенос влаги внутри зерна, испарение влаги и перенос влаги с поверхности зерна.
Методика. При конвективной сушке, представляющей собой испарение влаги с поверхности зерна в среду сушильной камеры, необходим перенос этой влаги из зерна на его поверхность. Теплоту, необходимую для испарения влаги, подводит к зерну нагретый газ (агент сушки). Однако в су-
Вестник Курганской ГСХА №4,2018 Технические науки 79
шильной камере он выполняет функции не только теплоносителя, но и влагопоглотителя. Этот газ поглощает и удаляет из сушильной камеры пары влаги, выделяющиеся из зерна.
Теплота, подводимая агентом сушки, расходуется не только для испарения влаги, но и для нагрева её до температуры испарения, перегрева образующегося пара и, наконец, для нагрева самого зерна, без которого невозможен нагрев влаги.
Таким образом, сушка зерна в конвективной зерносушилке включает комплекс одновременно протекающих и влияющих друг на друга процессов: перенос теплоты от агента сушки к зерну через его поверхность, перенос влаги внутри зерна, испарение влаги, перенос влаги с поверхности зерна в среду сушильной камеры.
На интенсивность испарения влаги из зерна существенно оказывает влияние температура нагрева зерна. Чем выше температура нагрева зерна, тем больше можно из него испарить влаги при других равнозначных условиях, следовательно, повысить производительность сушильной установки.
Процесс нагрева зерна потоком агента сушки представляет собой конвективный теплообмен между зернами и обтекающим агентом сушки. В общем случае теплоотдача к поверхности зерна описывается уравнением:
^ = а7(1-В)Р\ (1) ат
где V - площадь поверхности контакта, м2; ат- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 °С).
Таким образом, тепловой поток при конвективном теплообмене пропорционален разности температур зерна и агента сушки, поверхности соприкосновения и продолжительности процесса.
Количество теплоты, принятое зерном можно определить с помощью уравнения:
д^п^-сЖ-О. (2)
где тз - масса зерна, кг;
9к, 9н - температура зерна в конце и начале нагрева, °С.
Преобразуя уравнения (1) и (2), получим формулу изменения температуры нагрева зерна:
^ = ^ р,
ат т5сз
Решаем данное дифференциальное уравнение, разделяя переменные:
<19 ,
Ге=Ыт' (4)
Интегрируя, находим общее решение уравнения:
9 = 1 -Секг. (5)
Для определения постоянных интегрирования С и к необходимо задаться начальными значениями температуры нагрева зерна. По мере движения агента сушки в зерносушилке она будет меняться.
Нами разработаны технологические схемы и конструкции камерных зерносушилок непрерывного действия [1315]. Чтобы получить картину распределения температуры в слое зерна, необходимо фиксировать изменение температуры по времени в контрольных точках: со стороны входа агента сушки в зерносушилку (внутренний зерновой слой), в центре зернового слоя и со стороны выхода агента сушки из зерносушилки (наружный зерновой слой) (рисунок 1).
J_ J_
H'
I п Ш w
I, II, III, IV-номера элементарных слоев; 1,2,3,4,5-номера контрольных точек определения температуры и влажности зерна и агента сушки.
Рисунок 1 - К расчёту количества элементарных зерновых слоёв
Результаты. Преобразовав уравнение (5) для определения зависимости температуры зерна, которая на входе в зерносушилку составила 15 °С, от времени сушки, получим следующие выражения для определения температуры нагрева зерна в контрольных точках слоя:
в,(х)1ИР=70-55е^1
9,(^ = 70-51,7^, (6)
е,(т)теор = 70-48,6е—
Задаваясь начальной влажностью зерна W0 = 20% и температурой агента сушки t = 70°С, были определены значения нагрева зерна по слоям (рисунок 2). в, °с
О 10 20 30 40 т, мин.
1 - внутренний зерновой спой, 2 - средний зерновой спой, 3 - наружный зерновой спой, 4- предельно допустимая температура нагрева зерна Рисунок 2 - Зависимость температуры нагрева зерна в зерновых слоях зерносушилки от времени сушки
Из представленных зависимостей видно, что внутренний зерновой слой нагревается до предельно допустимой температуры за 13 минут, в то время как наружный зерновой слой прогрелся лишь до температуры 33 °С. В процессе дальнейшей сушки внутренний зерновой слой теряет свои технологические свойства из-за перегрева, а наружный зерновой слой к концу сушки достигает предельно допустимой температуры нагрева. Для того чтобы обезопасить внутренний зерновой слой от перегрева необходимо провести инверсию зерновых слоев - переместить зерно из внутренних слоев на место наружных, а наружные на место внутренних.
Выводы. Для повышения эффективности удаления влаги из зерна, уменьшения неравномерности сушки зерна в камерных зерносушилках непрерывного действия, необходимо провести инверсию зерновых слоёв. Большое значение для нормального протекания технологического процесса инверсии имеет конструкция инвертора и место расположения его в сушильной камере по высоте.
С целью уменьшения неравномерности сушки зерна по толщине зернового слоя в Курганской государственной сельскохозяйственной академии имени Т.С. Мальцева была разработана конструкция инвертора (рисунок 3). Применительно
к камерной жалюзийной зерносушилке непрерывного действия инвертор устанавливается между наружными жалю-зийными и внутренними перфорированными стенками и производит перемещение внутренних слоев зернового столба к периферии и, наоборот, с частичным их перемешиванием.
1 - рассекатель; 2 - направляющий лоток; 3 - центральная продольная перегородка; 4- продольная заслонка Рисунок 3 - Блок-инвертор
Инвертор включает: блок рассекателей 1 и направляющих лотков 2, установленных на внешних стенках; центральную продольную перегородку 3; продольную заслонку 4, прикреплённую шарнирно к нижним кромкам лотков. Зерновой материал, перемещаясь по инвертору, проходит два этапа: продольное формирование слоев рассекателями; поперечное перемещение сформированных слоев в заданное положение.
Список литературы
1 ГОСТ Р 52554-2006. Пшеница. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2006. С. 15.
2 ГОСТ Р 52325-2005. Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2005. С. 22.
3 Косилов Н.И., ФоминыхАВ., ЧумаковВ.Г Семена по ранжиру в строй! // Сельский механизатор. 2006. № 2. С. 14-15.
4 Окунев ГА.. Чумаков В.Г., Жанахов A.C. Технологическая линия послеуборочной обработки зерна с делением на потоки //Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2011. № 9.С. 18-22.
5 Пивень В.В.Совершенствование технологического процесса очистки зерна фракционированием зернового вороха по аэродинамическим свойствам, автореферат дис. ... доктора технических наук / Челяб. гос. агроинж. ун-т. Челябинск, 1995. С. 26-28.
6 Чумаков В.Г Обоснование технологической схемы и параметров пневморешетного сепаратора для фракционирования зерна, автореферат дис. ... кандидата технических наук / Челябинск, гос. агроинженерный ун-т. Челябинск, 1996. С. 16.
7 Анискин В.И. Технологические основы оценки работы зерносушильныхустановок/ГС. Окунь. М.: ВИМ, 2003. 167 с.
8 Миронов A.B., Косилов Н.И., Пивень В.В. Обоснование способа и устройства для регулирования воздушного потока в камере пневмоинерционных сепараторов //Техника в сельском хозяйстве. 1995. № 1. С. 23-25
9 Тарасенко А.П., Оробинский В.И., Гиевский А.М., Баскаков И.В. Качественные показатели машин для первичной очистки зерна // МЭСХ. 2009. № 8. С.2-4.
10 Чумаков В. Г.Совершенствование технологии и технических средств для послеуборочной обработки зерна на
основе дифференцирования потоков зернового вороха, дис. д-ра техн. наук. Челябинск, 2012. С. 65-69.
11 Окунь ГС., Чижиков АГ, Ревякин Е.Л. Методические рекомендации по выбору и эффективному использованию зерно-сушильного оборудования. М.: «Росинформагротех», 2006.140 с.
12 Чарыков В.И., Чумаков В.Г, Соколов С.А. Автоматизация сушки зерна в камерной жалюзийной зерносушилке // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 7. С. 183-186.
13 Патент на полезную модель RUS 105727 Зерносушилка / В.Г Чумаков, А.С. Архипов, А.С. Жанахов, И.В. Шевцов, Ю.Н. Мекшун, С.И. Оплетаев, A.M. Косовских, 17.12.10.
14 Патент на изобретение RUS 2458301 Зерносушилка /Архипов А.С., Чумаков В.Г, Жанахов А.С., Низавитин С.С. 20.04.2011.
15 Косилов Н.И., Чумаков В.Г, Жанахов А.С. Результаты исследования жалюзийной зерносушилки камерного типа//Достижения науки и техники АПК. 2009. №4. С. 60-62.
List of references
1 State Stantart of Russia 52554-2006. Wheat. Technical conditions. M.: Standard-tinform, 2006. P. 15.
2 State Stantart of Russia 52325-2005. Seeds of agricultural plants. Varietal and sowing qualities. General technical conditions. M .: Standardinform, 2005. P. 22.
3 Kosilov N.I., Fominykh A.V., Chumakov V.G. Seeds by rank in build! // Rural mechanic. 2006. № 2. Pp. 14-15.
4 OkunevG.A., ChumakovV.G., ZhanakhovA.S. Technological line of post-harvest processing of grain with the division into flows//Tractors and agricultural machines. 2011. № 9. Pp. 18-22.
5 Piven V.V. Improvement of the technological process of cleaning grain by fractionation of a grain of grain by aerodynamic properties. Abstract dis.... Doctors of Technical Sciences / Chelyab. state agroinzh. un-t Chelyabinsk, 1995. Pp. 26-28.
6 Chumakov V.G. Substantiation of the technological scheme and parameters of a pneumoshed separator for grain fractionation. Abstract dis. ... Candidate of Technical Sciences / Chelyabinsk, state agro-engineering un-t. Chelyabinsk, 1996. P. 16.
7Aniskin V.I. Technological basis for the evaluation of the operation of grain machines / G.S. Perch. M.: All-Russian Institute of Mechanization, 2003. 167 p.
8 Mironov A.V., Kosilov N.I., Piven V.V. Justification of the method and device for regulating the air flow in the chamber of pneumatic inertia separators // Technics in agriculture. 1995. № 1. Pp. 23-25
9 Tarasenko A.P, Orobinsky V.I., GievskyA.M., Baskakov I.V. Quality indicators of machines for the primary cleaning of grain // Mechanization and electrification of agriculture. 2009. № 8. Pp. 2-4.
10 Chumakov V.G. Improvement of technology and technical means for post-harvest processing of grain on the basis of differentiation of grain heap flows, dis. Dr. Techn. sciences. Chelyabinsk, 2012. Pp. 65-69.
11 Okun G.S., ChizhikovAG, Revyakin E.L. Guidelines for the selection and efficient use of grain drying equipment. M.: Rosinformagrotekh, 2006. 140 p.
12 CharykovV.I., ChumakovV.G., SokolovS.A. Automation of grain drying in the chamber louvered grain dryer // Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy. 2015. № 7. Pp. 183-186.
3. Patent for utility model RUS 105727 Zernosushilka / V.G. Chumakov, A.S. Arkhipov, A.S. Zhanakhov, I.V. Shevtsov, Yu.N. Mekshun, S.I. Opletaev, A.M. Kosovsky, 12/17/10.
14. Patent for invention RUS 2458301 Zernosushilka / Arkhipov A.S., ChumakovV.G., ZhanakhovA.S., Nizavitin S.S. 04/20/2011.
15. Kosilov N.I., Chumakov V.G., ZhanakhovA.S. The results of the study of a chamber-type loudspeaker dryer // Achievements of science and technology of the agro-industrial complex. 2009. №4. Pp. 60-62.
