CC BY
27
■а о
Запропоновано шляхи щодо модернізації проточної частини теплогенеруючих агрегатів з метою інтенсифікації процесу гідродинамічного подрібнення. Проведено чисельне моделювання модернізованої проточної частини
Ключові слова: теплогенеруючий агрегат, гідропомол, гідромлин
□------------------------------------□
Предложены пути по модернизации проточной части телогенерирующих агрегатов для кормоприготовления в животноводстве с целью интенсификации процесса гидродинамического измельчения. Проведено численное моделирование модернизированной проточной части
Ключевые слова: теплогенерирующий агрегат, гидропомол, гидромельница
□------------------------------------□
Suggest ways to modernize the flow of heat-generating units for preparation of forage in cattle in order to intensify the process of hydrodynamic refinement. Numerical simulation of the modernized flow path
Key words: heat-generating unit, hydraulic milling, hydraulic mill -------------------□ □----------------------
УДК 612.22
МОДЕРНІЗАЦІЯ ТЕПЛОГЕНЕРУЮЧОГО АГРЕГАТУ З МЕТОЮ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПОДРІБНЕННЯ ЗЕРНОВИХ КУЛЬТУР
А.А. Папченко
Кандидат технічних наук, науковий співробітник Кафедра прикладної гідроаеромеханіки Сумський державний університет вул. Римського-Корсакова, 2, м. Суми, 40007 E-mail: Serg_83@ukr.net
Вступ
На сьогоднішній день створено типорозмірний ряд телогенеруючих агрегатів для кормоприготування у тваринництві [1] та реалізується дрібносерійне виробництво агрегатів ТГА та впровадження в роботу тваринницьких комплексів. На території України діє більше 30 зразків. Здебільшого (близько 70%) агрегатів використовуються для виробництва соєвої суспензії (молока). Поряд з цим набуває актуальності виробництво рідних кормових сумішей.
сифікацію процесу подрібнення. Для досягнення мети поставлено наступні науково-практичні задачі:
- модернізувати проточну частину ТГА з метою інтенсифікації процесу гідродинамічного подрібнення при тих же режимних параметрах;
- забезпечити максимальну уніфікацію нової конструктивної схеми та раніше розроблених ТГА з метою мінімізації витрат на виробництво;
- дослідження структури течії робочого середовища та поля тисків в модернізованій проточній частині шляхом розрахункового експерименту.
Актуальність теми
Основним недоліком ТГА для широкої реалізації вказаної технології є низька продуктивність. Це пояснюється тим, що найбільший акцент при розробці агрегату було зроблено на процес нагріву (подрібнення сої гарантовано відбувалося протягом циклу, що сягав 60 хв.). Тривалість циклу при виробництві зернових сумішей визначалася за умов повного подрібнення зерна (30-35 хв.). Зацікавленість ряду сільськогосподарських підприємств саме в останній технології потребує модернізації проточної частини ТГА з метою більш активної реалізації процесу подрібнення.
Мета та задачі роботи
За таких умов була поставлена задача створення уніфікованої проточної частини, що забезпечує інтен-
Матеріали та результати дослідження
Механізм подрібнення зернових культур має наступну особливість. Попереднє подрібнення зерна (на 2-3 частинки) з точки зору енерговитрат має такий же рівень як і подальше подрібнення зерна до більш дрібних частинок. Виходячи з цього конструктивну схему агрегату доцільно організувати таким чином, щоб умовно поділити процес попереднього та тонкого подрібнення.
У якості аналогу для виконання поставлених задач можна навести ТГА-гідромлин для приготування зернового замісу в умовах спиртових заводів [2, 3]. Процес подрібнення у вказаному агрегаті відбувається наступним чином. Зерновий заміс (гідромодуль: вода/ зерно - 3/1) через осьовий вхід 1 (рис. 1, б) потрапляє у проточну частину машини. Після попереднього подрібнення у першій ступені 2 робоче середовище переходить у другу ступень 3, де за рахунок проходження
Е
через статорні 4 та роторні 5 зубці відбувається тонке подрібнення, підігрів, прокачування замісу, який потім виходить з ТГА через кільцевий відвід 6.
а б
Рис. 1. ТГА-гідромлин: а — загальний вид ТГА; б — проточна частина машини
На кафедрі прикладної гідроаеромеханіки Сумського державного університету було створено дослідний зразок ТГА - гідромлина (рис. 2), відповідно до конструктивної схеми.
В результаті проведених експериментів було отримано характеристику насосного ефекту дослідної машини. Виконано аналіз роботи ТГА окремо на першій ступені, окремо на другій ступені та при їх сумісній роботі. Після випробувань на кафедрі ПГМ СумДУ, було проведено промислові випробування в умовах виробництва Стецьківського спиртового заводу.
Реалізація поставлених задач була здійснена на базі агрегату ТГА-2, як на обладнанні, що здобуло найбільшого розповсюдження. Для виконання більшого ряду ефективних задач пов’язаних з подрібненням та нагрівом робочої суміші виникла ідея поєднання нагріваючих можливостей ТГА-2 з показниками подрібнення твердої фази ТГА-гідромлин [4].
Рис. 2. Проточна частина ТГА-К
Для вирішення цієї задачі на кафедрі «Прикладної гідроаеромеханіки» Сумського державного університету була розроблена принципово нова конструктивна
схема ТГА, яка поєднує вихрову проточну частину ТГА з роторно-динамічною проточною частиною ТГА-гідром-лина. Для уніфікованого виробництва нова проточна частина розроблялася максимально наближеною до базової конструкцію ТГА-2.
Основною відмінністю розробленої конструктивної схеми від існуючих аналогів є те, що двофазне робоче середовище засмоктується через патрубок та надходить до робочого колеса. За рахунок 8 лопатей середовище набуває відцентрового руху та надходить до ступені грубого помолу. Дана частина являє собою конічні жорнова з великою кількістю зубців. Зазор між роторним та статорним елементами складає 1-1.5 мм. Частково подрібнене середовище надходить до ступені тонкого помолу. Цей процес реалізується за рахунок лабіринтного зазору, що складає 0.5 мм. На виході розташовані елементи, що надають робочому середовищу вихрового руху та забезпечують певний підігрів рідини.
На рис. 3 зображена просторова модель роторної та статорної частини ТГА-К. Враховуючи складність конструктивної схеми проточної частини (об’єднання відцентрової частини, жорнов та вихрової частини) досить складно провести математичне моделювання робочого процесу та отримати залежність потужності агрегату від обраних конструктивних та режимних параметрів. За таких умов було зроблено спробу розрахункового моделювання робочого процесу в програмному комплексі.
Основні етапи розрахунку:
- створення розрахункової області - просторової моделі об’єму рідини в проточній частині агрегату (рис. 4). Модель будується згідно геометричних розмірів ротора та статора ТГА-К;
- розбиття розрахункової області на окремі елементи тетра-їдної форми та завдання початкових параметрів розрахунку: вхід потоку, вихід потоку, тверді стінки;
- граничні умови - прийняття величини подачі, напору. Визначення стінки, яка обертається на введення її кількості обертів. Вибір робочої рідини та умов при яких вона протікає;
- безпосередній розрахунок програмним комплексом;
- візуалізація потоку рідини, визначення полів швидкостей та розподіл тиску по розрахунковій області. Даний етап розрахунку дає змогу визначити крут-ний момент на роторі та розрахувати потужність.
Рис. 3. Роторна та статорна частини ТГА-К
Рис. 4. Розрахункова область ТГА-К
При моделювання потоку рідини в проточній частині ТГА-К отримали візуалізацію розміщення ліній току (рис. 5-7).
Обчислили крутний момент на роторі та вектори абсолютної швидкості рідини.
Рис. 5. Лінії току рідини в проточній частині ТГА-К
Рис. 6. Лінії току рідини в площині осьових зазорів
Е
Рис. 7. Вектори абсолютної швидкості потоку
Висновки
У наші дні в сільському господарстві широко використовуються агрегати для приготування кормової суміші для тварин. На кафедрі прикладної гідроаеромеханіки Сумського державного університету проведено розрахунки та виготовлено ряд агрегатів для нагріву, подрібнення та перекачування багатофазних рідин. Основна увага приділялася приготуванню соєвої суспензії (молока) та гідропомолу зерна в циклі приготування спирту.
З метою більш активної реалізації процесу подрібнення при приготуванні сухих кормових сумішей створена конструктивно нова проточна частина максимально наближена до базової конструкції ТГА-2. Для розрахунку енергетичних показників агрегату ТГА-К скористалися експериментальними даними,
отриманими в лабораторії кафедри прикладної гідроаеромеханіки Сумського державного університету. Для забезпечення потрібної продуктивності готової суміші задалися такими значеннями характеристики агрегату: напір Н=15 м, подача Ц=10м3/год. Ці показники є вхідними параметрами при розрахунку енергетичних параметрів агрегату моделюванням потоку рідини.
Розрахунок проточної частини ТГА-К за допомогою програмного комплексу дав змогу визначити поля швидкостей та лінії току робочої рідини. Що в свою чергу дозволяє визначити крутний момент на роторі та загальну потужність, необхідну для перекачування, помолу та нагріву двофазної рідини. Дані розрахунки дають змогу орієнтуватися в характеристиках агрегату та подальшого виробництва ТГА-К та впровадження його в сільському господарстві.
Література
1. Волков Н.И. Многофункциональный теплогенерирующий агрегат и его использование для приготовления кормовых смесей в сельскохозяйственных предприятиях [Текст] / Н.И. Волков, А.А.Папченко // Промислова гідравліка і пневматика. - Вінниця. -2004. - № 1 (3). - С. 99-102.
2. Євтушенко А.О. Розробка багатофункціонального теплогенеруючого агрегату-гомогенізатора для приготування біологічних добавок [Текст] / А.О. Євтушенко, С.Ф. Ковальов, М.С. Овчаренко, А.А. Папченко // Вестник национального технического университета Украины «КПИ».- Киев. - 2007.- № 53 .- С. 76-82.
3. Барам А.А. Расчет мощности аппаратов роторно-пульсационного типа [Текст] / А.А. Барам, П.П. Дерко, Б.А. Клоцунг // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1978.- №4.- С. 5-6.
4. Євтушенко А.О. Теплогенеруючі агрегати - подальші шляхи їх розвитку та удосконалення [Текст] / А.О. Євтушенко, С.Ф. Ковальов, А.А. Папченко // Международный научно-технический журнал «Проблемы машиностроения». - Харьков,
- 2007.- № 10. - С. 48 - 52.
