CC BY
98
УДК 621.3
Н. В. ОБОЛЕНСКИЙ, Д. Ю. ДАНИЛОВ,
Ш. Х. МУСТАФИН
МАЛОГАБАРИТНАЯ ЗЕРНОСУШИЛКА ДЛЯ ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ И ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ ЗЕРНА
Ключевые слова: тепловая обработка, сушка зерна, конструкционно-технологические параметры зерносушилки, удельное электропотребление.
Аннотация. Рассматриваются конструкционнотехнологические особенности малогабаритной зерносушилки для фермерских хозяйств и исследования процесса сушки зерна, раскрываются основные проблемы, возникающие в этом процессе, указываются требования к конструкции зерносушилки, раскрываются предмет и цель исследования, подтверждается заинтересованность производителей зерна в малогабаритной зерносушилке.
Устройство для исследования процесса сушки зерна (в дальнейшем тексте «устройство») должно обеспечивать такие режимы работы, при которых достигается наибольшая производительность, минимальные энерго- и трудозатраты. При этом необходимым условием является соблюдение технологических и экологических требований, требований по безопасности работы и др.
Для обеспечения заданного режима работы, эксплуатационных и технологических требований сушки зерна,
© Оболенский Н. В., Данилов Д. Ю., Мустафин Ш. Х.
разработанное авторами «устройство» [1] снабжено: узлом загрузки, генератором теплоты, теплоотдающими элементами (ТЭН), узлами отвода образовавшейся влаги и подвода сухого воздуха, узлами выгрузки, управления и контроля режимами тепловой обработки.
Для нормального протекания процесса тепловой обработки (прогрева, сушки, прокаливания и т. д.) необходимо выполнение ряда условий: равномерный подвод теплоты ко всей площади слоя зерна, подвергающегося тепловой обработке; постоянный отвод образующейся на поверхности зерна влаги (т. е. постоянный подвод сухого и отвод влажного воздуха) [2]. Биологические особенности зерна определяют его максимальную температуру нагрева и максимальный влагосъём [3]. Выполнение этих требований (условий) напрямую связано с параметрами установки: в первую очередь с параметрами теплоотдающих элементов, которые определенным образом характеризуют источник теплоты и определяют его режимы работы: температуру, потребляемую мощность и др.; характером распределения температуры по объему зернового слоя, толщиной зернового слоя, расходом агента сушки и т. д. Помимо этого на процесс сушки влияют также состояние окружающей среды: температура и влажность.
Процесс сушки определяется большой совокупностью разнообразных факторов, каждый из которых прямо или косвенно влияет на эффективность работы зерносушилки в целом. Для облегчения и сокращения затрат на проведение исследований процесса тепловой обработки (сушки) зерна целесообразна замена реальной зерносушилки ее моделью, отражающей отдельные явления изучаемого процесса сушки. Процесс моделирования включает сравнение нашего ожидания с показаниями модели.
На рис. 1 показана схема устройства (получено положительное решение от 13.01.2012 г. о выдаче патента на
полезную модель по заявке № 2011139529), а на рис. 2 представлен внешний вид устройства (заявка № 2011141153 на промышленный образец).
3 7 9 в 2 1 5
Рисунок 1 - Устройство для тепловой обработки зерна: 1 - теплогенератор; 2 - ТЭН; 3 - бункер; 4 - заслонка;
5 - вентилятор; 6 - заслонка; 7 - воздуховод; 8 - турбулиза-тор; 9 - термодатчик; 10 - вырез для установки кассеты;
11 - кассета; 12 - раскрывающиеся створки
а б в
Рисунок 2 - Внешний вид устройства
Устройство содержит: теплогенератор 1, в котором установлены ТЭН 2, преобразующие электрическую энергию в тепловую; загрузочный бункер 3 с заслонкой 4; вентилятор 5 с заслонкой 6, воздуховод 7 с расположенными в нём турбулизатором 8, термодатчиками 9, вырезом 10 для установки кассеты 11 и вырезом 12 с раскрывающимися створками 13 для разгрузки кассеты 11. Устройство осна-
щено щитом управления (рис. 2, б) с электросчетчиком, вольтметром, амперметром и ваттметром. Кассета 11, представляющая собой металлический короб, у которого передняя и задняя стенки выполнены в виде сетки, вверху расположено загрузочное, а внизу - разгрузочное отверстия. Толщина зернового слоя в кассете - 150 мм. В кассете предусмотрена также возможность установки одной или двух перегородок, в результате чего варьируется толщина слоя зерна: 50, 100 и 150 мм. Заслонка, установленная в кожухе вентилятора, позволяет изменять расход воздуха. Температура нагретого воздуха контролируется с помощью термодатчиков, установленных перед кассетой с зерном.
Устройство позволяет исследовать электропотребление при тепловой обработке зерна в двух режимах: в неподвижном и подвижном слоях зерна. В первом случае установка работает следующим образом. Отмеряют количество зерна, равное объёму кассеты, взвешивают и засыпают в загрузочный бункер 3, открывают заслонку 4 и заполняют кассету 11. Включают под напряжение ТЭН 2 и вентилятор 5. Нагнетаемый вентилятором воздух турбулизуется и прокачивается через слой зерна, находящегося в кассете. Регулировка расхода воздуха осуществляется заслонкой 6. Контактируя с нагретым воздухом, зерно нагревается и теряет излишки влаги. Спустя определенное время (экспозиция сушки) открывают створки 1, подсушенное зерно самотёком высыпается из кассеты и взвешивается. В процессе сушки замеряется её время и мощность, потреблённая теплогенератором и вентилятором. Для создания подвижного режима сушки слоя приоткрывают створки 13, и зерно начинает истекать из кассеты в процессе сушки. Осуществляются те же замеры: потребляемой мощности с помощью ваттметра, а также с помощью амперметра и вольтметра; времени нагрева воздуха до заданной температуры с помощью термодатчиков и секундомера; экспозиции сушки в
неподвижном режиме с помощью секундомера; времени истечения зерна через кассету в подвижном режиме также с помощью секундомера; расход электроэнергии на нагрев воздуха до заданной температуры и его прокачку с помощью электросчетчика.
Основной задачей исследований является изыскание возможности повышения эффективности сушки зерна путём: разработки и изготовления экспериментального устройства для тепловой обработки зерна и выявления эффективности ее работы; получения информации о степени влияния выбранных конструкционно-режимных параметров (температуры сушильного агента, времени сушки, скорости воздушного потока, толщины слоя зерна) на удельные энергозатраты при сушке зерна и его качество; обоснования конструкционно-режимных параметров устройства для тепловой обработки зерна с учетом выявленных теоретических закономерностей и полученных результатов исследований; проведения сравнительного анализа теоретических и экспериментальных результатов исследования; проведения технико-экономической оценки сушки зерна с использованием разработанного устройства.
Целью экспериментальных исследований являлось определение оптимальных конструкционно-режимных параметров устройства для тепловой обработки зерна, предназначенного для применения в небольших зернопроизводящих и фермерских хозяйствах, позволяющего снизить затраты энергии на процесс тепловой обработки зерна при сохранении высокого качества обрабатываемого продукта.
Для проведения вышеприведённого экспериментального исследования процесса тепловой обработки зерна нами принят алгоритм, предложенный А. А. Павлушеным в работе на тему: «Разработка установки для тепловой обра-
ботки зерна с обоснованием конструктивных параметров и режимов работы» (Ульяновская ГСХА - Пенза, 2008), блок-схема которого представлена на рис. 3.
1.Формулировка задач исследований
11. Интерпретация результатов исследований. Разработка рекомендаций
Рисунок 3 - Блок-схема алгоритма экспериментальных исследований процесса тепловой обработки зерна
Исследования включают несколько этапов, проводящиеся в определенной последовательности.
Этапы исследования пронумерованы в порядке их выполнения, сплошными линиями со стрелками показаны типовые потоки информации, пунктирными - нетиповые.
В результате изучения состояния вопроса, накопления и анализа соответствующей информации были определены основные этапы исследований, которые включали в себя: разработку, изготовление, отладку устройства для тепловой обработки зерна и проведение поисковых опытов; планирование эксперимента и разработку методики экспериментальных исследований; выбор средств измерений и подготовку лабораторного оборудования и приборов к работе; проведение предусмотренных планом эксперимента опытов и анализ полученных результатов.
Этапы 3, 4 и 5, связанные с созданием и отладкой устройства для тепловой обработки зерна и проведением поисковых опытов, предопределяют отработку математической формулировки задачи и уточнение методики проведения эксперимента (этап 7). Этапы 6 и 7 являются основой для методической части экспериментального исследования.
Интерес к разработке подтверждается договором № 1 от 1 ноября 2011 г. о выполнении научно-исследовательской работы на тему: «Исследование удельного энергопотребления при тепловой обработке зерна» между ГБОУ ВПО «Нижегородский государственный инженерно-экономический институт» и ООО «Кузьминка» (607530, д. Кузь-минка, ул. Школьная, д.1, Краснооктябрьского района).
Существующая на сегодняшний день зерносушильная техника имеет недостатки: по своим массогабаритным параметрам её нельзя эффективно использовать в условиях мелкотоварного производства зерна (фермерские хозяйства, малые предприятия и др.); использование в качестве топлива углеводородного сырья повышает уровень концентрации канцерогенов и сернистых соединений в конечном продукте. С учетом этих недостатков авторами разработана малогабаритная зерносушилка для фермерских хозяйств, в которой агентом сушки служит воздух, нагреваемый трубчатыми электрическими нагревателями (ТЭН).
ЛИТЕРАТУРА
1. Журавлев А. П. Зерносушение / Учебное пособие. Самара: СГСХА.2004, 144 с.
2. Малин Н. И. Энергосберегающая сушка зерна. М.: КолосС, 2004, 240 с.
3. Оболенский Н. В. Малогабаритная зерносушилка для фермерских хозяйств // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2011. № 10, с. 26, 27.
SMALL-SIZEDGRAINDRIERFORFARMS AND RESEARCH OF PROCESS OF DRYING OF GRAIN
Keywords: thermal processing, drying of grain, constructive - technological parameters of grain drier, specific power consumption.
Annotation. Constructive-technological features smallsized grain drier for farms and research of process of drying of grain are considered, the major problems arising in this process reveal, requirements to a design grain drier are specified, the subject matter and objective of research reveal, interest of manufacturers of grain in small-sized grain drier proves to be true.
ОБОЛЕНСКИЙ НИКОЛАЙ ВАСИЛЬЕВИЧ - доктор технических наук, профессор кафедры механики и сельскохозяйственных машин, Нижегородский государственный инженерно-экономический институт, Россия, Княгинино, (obolenskinv@mail.ru).
OBOLENSKII NIKOLAI VASIL'EVICH - the doctor of technical sciences, the professor of chair of mechanics and agricultural cars, the Nizhniy Novgorod state engineering-economic institute, Russia, Knyaginino, (obolenskinv@mail.ru).
ДАНИЛОВ ДМИТРИЙ ЮРЬЕВИЧ - старший преподаватель кафедры механики и сельскохозяйственных машин, Нижегород-
ский государственный инженерно-экономический институт, Россия, Княгинино, (danilovdy@mail.ru).
DANILOV DMITRII YUR'EVICH - the senior teacher of chair of mechanics and agricultural cars, the Nizhniy Novgorod state engineering-economic institute, Russia, Knyaginino, (danilovdy@mail.ru).
МУСТАФИН ШАМИЛЬ ХУСЯИНОВИЧ - кандидат сельскохозяйственных наук, профессор кафедры технологии хранения и переработки с.-х. продукции, Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, Россия, Нижний Новгород, (mustafinsh@mail.ru).
MUSTAFIN SHAMIL KHUSYAINOVICH - the candidate of agricultural sciences, the professor of chair of technology of storage and processing of agricultural production, the Nizhniy Novgorod state agricultural academy, Russia, Nizhniy Novgorod, (mustafinsh@mail.ru).
УДК 621.3
Н. В. ОБОЛЕНСКИЙ, Д. Ю. ДАНИЛОВ,
Ш. Х. МУСТАФИН
ХУДОЖЕСТВЕННО-КОНСТРУКТОРСКОЕ РЕШЕНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ ЗЕРНА
Ключевые слова: промышленный образец, дизайн, художественно-конструкторское решение, существен-
ные признаки, единый объём.
Аннотация. Рассматриваются существенные признаки промышленного образца «Устройство для исследования процесса сушки зерна»,обуславливающие особенности его внешнего вида.
© Оболенский Н. В., Данилов Д. Ю., Мустафин, Ш. Х.
