CC BY
26
УДК 631.362
Н.И. Стрикунов, С.В. Леканов N.I. Strikunov, S.V. Lekanov
ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМО-ЦЕНТРОБЕЖНО-ВИХРЕВОГО СЕПАРАТОРА
THE SUBSTANTIATION OF THE MAIN PARAMETERS OF THE PNEUMO-CENTRIFUGAL-SWIRLING SEPARATOR
Ключевые слова: воздушный поток, легкая фракция, тяжелая фракция, радиус сепарации, сопловая насадка, скорость воздушного потока.
По данным многочисленных исследований воздушных сепарирующих систем установлено, что машины с замкнутым циклом воздуха имеют ряд преимуществ перед машинами с разомкнутым циклом -они не создают воздухообмена в помещении и потребляют меньше энергии. Процесс разделения зерновых смесей по аэродинамическим свойствам осуществляется, как правило, в специальных пневмосе-парирующих устройствах, где в качестве рабочего тела используется воздух. В настоящее время в конструкциях пневмосепараторов имеется значительное разнообразие в форме поперечного сечения каналов. Все большее распространение в сельском хозяйстве получают кольцевые пневмосепарирующие каналы с замкнутым и разомкнутым циклами воздуха. В статье проведено обоснование параметров
пневмо-центробежно-вихревого сепаратора с кольцевым пневмоканалом.
Keywords: air flow, light fraction, heavy fraction, separation radius, nozzle header, air flow velocity.
According to numerous studies of air separation systems, it has been found that the machines with a closed air cycle have several advantages over the machines with open cycle - they do not create air exchange in the room and consume less energy. The process of separating grain mixtures by aerodynamic properties is carried out, as a rule, in special pneumatic separation devices where air is used as a working medium. Currently, in the designs of pneumatic separators there is a significant variety in the form of a cross section of the channels. Ring pneumatic separating channels with closed and open air cycles become more widespread in agriculture. This paper substantiates the parameters of a pneumo-centrifugal-swirling separator with a ring pneumatic channel.
Стрикунов Николай Иванович, к.т.н., доцент, каф. сельскохозяйственной техники и технологий, Алтайский государственный аграрный университет. E-mail: agau@asau.ru.
Леканов Сергей Валерьевич, к.т.н., доцент, зав. каф. растениеводства, переработки и механизации, Алтайский институт повышения квалификации руководителей и специалистов агропромышленного комплекса, г. Барнаул. Тел.: (3852) 52-79-57. E-mail: serrg333@mail.ru.
Strikunov Nikolay Ivanovich, Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Chair of Agricultural Machinery and Technologies, Altai State Agricultural University. E-mail: agau@asau.ru.
Lekanov Sergey Valeryevich, Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Altai Institute of Professional Development of Managers and Specialists of Agricultural Industry Complex, Barnaul. Ph.: (3852) 52-79-57. E-mail: serrg333@mail.ru.
Введение
Разделение компонентов зернового материала по парусности возможно двумя способами. Первый - по принципу «взвешивания» частиц в восходящем воздушном потоке, при котором частицы легкой фракции подхватываются воздушным потоком и выносятся в приемник отходов, а частицы тяжелой фракции идут вниз навстречу воз-
душному потоку и поступают в приемник тяжелой фракции, то есть в приемник очищенного зерна. Технологические возможности этого способа сепарации практически исчерпаны вследствие невозможности существенно увеличить скорость воздушного потока в рабочей зоне, поэтому этот способ нельзя назвать перспективным [1-4].
Второй - по принципу отклонения траекторий, при котором частицы в зависимости от их парусности описывают в зоне сепарации различные по форме траектории полета и могут быть уловлены в приемники тяжелой, промежуточной и легкой фракций [4].
Чтобы исключить возможность взаимодействия частиц в зоне сепарации, подача (ввод) исходного зернового материала в зону сепарации должна осуществляться тонким (элементарным) слоем толщиной в одно зерно с одинаковыми по величине и направлению (по отношению к скорости воздуха) скоростями [5].
Для обеспечения достаточно высокой производительности сепаратора (25-50 т/ч) скорость ввода зерна в зону сепарации должна быть достаточно высокой, соответственно, будет высокой и скорость воздушного потока [5].
Из указанных способов сепарирования второй является наиболее перспективным, поэтому разрабатываемый сепаратор основывается на этом принципе сепарирования [6-10].
Цель работы - разработать воздушный сепаратор с кольцевым пневмосепарирую-щим каналом.
Задачи исследования:
1) обосновать параметры устройства для ввода зерна в пневмоканал;
2) определить конструктивные размеры кольцевого пневмосепарирующего канала.
Основная часть
Скорость ввода зерна с разбрасывателя (в радиальном направлении) Уг можно определить из уравнения расхода зерна, то есть из требуемой производительности [11]:
где йт - рабочий диаметр тарелки (разбрасывателя), м;
Уг - меридиональная скорость схода зерна с тарелки (то есть скорость вдоль образующей тарелки) м/с;
тсл - масса элементарного слоя зерна на 1 м2, кг/м2.
Из формулы (1) определим Уг.:
где = з,бс^ - производительность сепаратора, т/ч.
Представим расчетную схему.
а
Уг
К /\ /1
а
а
Рис. 1. Схема вбрасывания зерна
в воздушный поток: йо - диаметр отражателя зерна
По формуле (2) определим скорость Уг, приняв йт = 0,4 м, тел = 2 кг/м2.
Потребные величины Уг представлены в таблице.
Таблица
Зависимость скорости схода зерна с тарелки от производительности сепаратора
О, т/ч 20 25 30 50 100
Уг, м/с 2,21 2,76 3,31 5,52 11,04
Для сепаратора с производительностью 25 т/ч можно принять Уг = 2,76 м/с.
После схода зерна с тарелки оно попадает в зону сепарации воздушным потоком. Определим радиус сепарации.
Радиус сепарации определяется по формуле Н.Т. Гармаша (относится к случаю радиального сходящего воздушного потока с постоянной скоростью Уп):
Ро +
cos<p± , V0-cosipL V±-cos<p±
In
V'n
(3)
или рс = Ро + Д рсг
где Уъ У01- скорости движения вбрасываемого материала, м/с;
- коэффициент парусности, 1/м; т, с - характерная точка сепарации.
где У1соз(р1 = - радиальная составляющая воздушного потока, м/с.
Формула (3) может быть преобразована, тогда получим величину необходимой зоны сепарации:
Р| А- Я11пН 1
(4)
где Я =
ф1 - угол вбрасывания зерна, град.
Как видно из формулы (4), величина зоны сепарации Ар зависит от соотношения
у
/. = обратно пропорциональна коэффициенту парусности кп и зависит от угла вбрасывания ф1. Анализ выражения (4) показывает, что для частиц легкой и промежуточной фракций, для которых коэффициент парусности кп>0,30 принимает размер зоны
сепарации {Лр- 0,15-0,3 м), достигается при Л = 1,5 ... 2,5. Если угол вбрасывания Ф<75°, то существенного влияния на размер зоны сепарации он не оказывает. В расчетах будем принимать А = 2 и ф1 = 60°.
Радиус сопловой насадки можно определить из выражения
рк = р0+Арс2, (5)
где Дрс2 - радиус сопловой насадки для удаляемости примесей, м.
Принимаем Дрс2 = 0,2 м, тогда при р0 = 0,24 м получим согласно формуле (5)рн = 0,24 +0,2 = 0,44 м.
Однако при таком рн верхняя кромка сопловой насадки будет лежать в плоскости вбрасывания. Есть реальное опасение, что вбрасываемые зерна будут ударяться о кромку. Для исключения этого необходимо, чтобы скорость воздушного потока в канале была не менее максимальной скорости витания зерен (для пшеницы
Увеличим радиус сопловой насадки рн на 10 мм, получим Рн = 0,45 м, сдвинув кромку вдоль линии СВ (рис. 4).
Величина А к = - АЫда,
где ЬК - ширина канала, м.
Рис. 2. Схема к определению радиуса сепарации
Рис. 3. Изменение величины зоны сепарации Лр с в зависимости от коэффициента парусности при различных значениях А и направления вбрасывания <р1
Рис. 4. Схема воздушной части пневмо-центробежно-вихревого сепаратора к определению размеров воздушного канала
Ширину канала определим из соотношения
= СЕ ■ 51ПСГ,
но так как мы приняли, что СЕ= Арсг, то получим
■X = ■ (6)
По данным исследований Н.И. Косилова, угол между вбрасыванием зерна и скоростью воздушного потока должен быть не ме-
нее 180. При меньшем угле вбрасывания в струе образуется уплотненное зерно.
Принимаем угол а=24°, а Д/?с2=0,2 м и получим Ьк = 0,08 м.
Принимаем конструктивный диаметр тарелки 0т=2рт=400 мм, ширину кольца отражателя-выравнивателя - 40 мм. Остальные размеры сепаратора выбираем из конструктивных соображений._
Определим расход воздуха через сопловую насадку по формуле:
= лА,М3/С, (7)
где - скорость потока воздуха, м/с;
где - площадь сопловой насадки м2.
Подставив значение величин в формулу (7), получим 0=1,06 м3/с.
Заключение
Качественное разделение зернового материала воздушным потоком зависит от выполнения следующих условий:
- подача зернового материала должна быть тонкослойной;
- относительная скорость зерновых частиц при встрече с воздушным потоком должна быть высокой;
- все компоненты зерновой смеси перед входом в зону сепарации должны иметь одинаковую скорость;
- путь воздействия воздушного потока на частицы зерновой смеси должен быть по возможности большим.
Этим условиям соответствует разработанный пневмо-центробежно-вихревой сепаратор.
Наиболее эффективной сепарации можно достигнуть при создании равномерного воздушного потока по всему сечению кольцевого пневмосепарирующего канала.
Сепаратор может работать в режиме семенной очистки, как машина окончательной очистки семян, а с применением цилиндрических решет создается реальная возможность разработки высокопроизводительного и компактного ворохоочистителя центробеж-но-решетного.
Библиографический список
1. Леканов, С. В. Техника и технологии для послеуборочной обработки зерна и се-
мян: рекомендации / С. В. Леканов, Н. И. Стрикунов. - Барнаул: Изд-во Алт. ИПК АПК, 2019. - 74 с. - Текст: непосредственный.
2. Леканов, С. В. Зерноочистительные машины: учебное пособие / С. В. Леканов, Н. И. Стрикунов, Б. Т. Тарасов. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2010. - 88 с. - Текст: непосредственный.
3. Стрикунов, Н. И. Классификация аспи-рационных систем центробежно-решетных сепараторов с вертикальной осью вращения / Н. И. Стрикунов, С. В. Леканов. - Текст: непосредственный // Молодой ученый. -2016. - № 26. - С. 90-93.
4. Тищенко, Л. Н. Моделирование процессов зерновых сепараторов: монография / Л. Н. Тищенко, Д. И. Иванович Мазоренко, М. В. Пивень [и др.]; ХНТУСГ им. П. Василенко. - Харюв: Мюькдрук, 2010. -359 с. - Текст: непосредственный.
5. Стрикунов, Н. И. Обоснование параметров кольцевого канала выхода очищенного зерна центробежного воздушного сепаратора / Н. И. Стрикунов, С. В. Леканов, С. А. Черкашин. - Текст: непосредственный // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2018. - № 4 (162). -С. 168-172.
6. Леканов, С. В. К вопросу классификации способов предварительной подготовки зернового материала / С. В. Леканов, Н. И. Стрикунов, С. А. Черкашин // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2014. - № 4 (114). - С. 142-148.
7. Косилов, Н. И. Технологические возможности модернизации и создания перспективных поточных линий для послеуборочной обработки зерна / Н. И. Косилов, В. В. Пивень. - Текст: непосредственный // Вестник Челябинского государственного аг-
роинженерного университета. - 2000. -Т. 31. - С. 28-31.
8. Слипченко, М. В. К производственным испытаниям ворохоочистителя СВС-15 с разработанным пневмосепарирующим устройством / М. В. Слипченко. - Текст: непосредственный // Сучасн напрямки технологи та мехашзацп процеав переробних i харчових виробництв: вюник ХНТУСХ iм. Петра Василенка. - Харюв: ХНТУСГ iм. П. Василенка, 2009. - Вип. 88. - С. 88-95.
9. Швидя, В. О. Пщвищення ефективност пневмовщцентрового сепаратора та обфун-тування параметрiв робочих органiв: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.05.11 «Машини та засоби мехашзацп стьськогосподарського виробництва» / Швидя Вштор Олександрович. - Глеваха, 2012. -18 с. - Текст: непосредственный.
10. Патент России № 2675607 С1 МПК B07B 7/083 (2006.01). Центробежно-воздушный сепаратор / Леканов С. В., Стрикунов Н. И., Черкашин С. А. - № 2017146182; заявл. 26.12.2017; опубл. 20.12.2018, Бюл. № 35. - Текст: непосредственный.
11. Шилин, В. В. Повышение эффективности очистки зерна виброцентробежным сепаратором путем разработки пневмоси-стемы с вертикальным кольцевым аспира-ционным каналом: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук: спец. 05.20.01 / Шилин Владимир Владимирович; [ЗНИИСХ Северо-Востока им. Н. В. Рудницкого]. - Киров, 2004. - 23 с. - Текст: непосредственный.
References
1. Lekanov, S.V. Tekhnika i tekhnologii dlya posleuborochnoy obrabotki zerna i semyan: rekomendatsii / S.V. Lekanov, N.I. Strikunov. -Barnaul: Izd-vo Alt. IPK APK, 2019. - 74 s.
2. Lekanov, S.V. Zernoochistitelnye mash-iny: uchebnoe posobie / S.V. Lekanov, N.I. Strikunov, B.T. Tarasov. - Barnaul: Izd-vo AGAU, 2010. - 88 s.
3. Strikunov, N.I. Klassifikatsiya as-piratsionnykh sistem tsentrobezhno-reshetnykh separatorov s vertikalnoy osyu vrashcheniya / N.I. Strikunov, S.V. Lekanov // Molodoy uchenyy. - 2016. - No. 26. - S. 90-93.
4. Tishchenko L.N. Modelirovanie pro-tsessov zernovykh separatorov: monogr / L.N. Tishchenko i dr. - KhNTUSG im. P. Va-silenko. - Kharkov: Miskdruk, 2010. - 359 s.
5. Strikunov, N.I. Obosnovanie parametrov koltsevogo kanala vykhoda ochishchennogo zerna tsentrobezhnogo vozdushnogo separato-ra / N.I. Strikunov, S.V. Lekanov, S.A. Cher-kashin // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2018. - No. 4 (162). -S. 168-172.
6. Lekanov, S.V. K voprosu klassifikatsii sposobov predvaritelnoy podgotovki zernovogo materiala / S.V. Lekanov, N.I. Strikunov, S.A. Cherkashin // Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta - 2014. -No. 4 (114). - S. 142-148.
7. Kosilov, N.I. Tekhnologicheskie voz-mozhnosti modernizatsii i sozdaniya perspek-tivnykh potochnykh liniy dlya posleuborochnoy obrabotki zerna /N.I. Kosilov, V.V. Piven // Vestnik Chelyabinskogo gosudarstvennogo agroinzhenernogo universiteta. - 2000. - T. 31. - S. 28-31.
8. Slipchenko, M.V. K proizvodstvennym ispytaniyam vorokhoochistitelya SVS-15 s raz-rabotannym pnevmosepariruyushchim ustroystvom / M.V. Slipchenko // Suchasni napryamki tekhnologii ta mekhanizatsii protsesiv pererobnikh i kharchovikh virobnitstv: Visnik KhNTUSKh im. Petra Vasilenka. -Kharkiv: KhNTUSG im. P. Vasilenka, 2009. -Vip. 88. - S. 88-95.
9. Shvidya, V.O. Pidvishchennya efektivnos-ti pnevmovidtsentrovogo separatora ta ob-gruntuvannya parametriv robochikh organiv: avtoref. dis. ... kand. tekhn. nauk: 05.05.11 «Mashini ta zasobi mekhanizatsii silskogospo-darskogo virobnitstva» / Shvidya Viktor Oleksandrovich. - Glevakha, 2012. - 18 s.
10. Patent Rossii No. 2675607 S1 MPK B07B 7/083 (2006.01). Tsentrobezhno-vozdushnyy separator / Lekanov S.V., Strikunov N.I., Cherkashin S.A. 2017146182;
zayavl. 26.12.2017; opubl. 20.12.2018, Byul. No. 35.
11. Shilin, V.V. Povyshenie effektivnosti ochistki zerna vibrotsentrobezhnym separa-torom putem razrabotki pnevmosistemy s vertikalnym koltsevym aspiratsionnym kanalom: avtoref. dis. na soisk. uchen. step. k.t.n.: spets. 05.20.01 / Shilin Vladimir Vladimirovich; [ZNIISKh Severo-Vostoka im. N. V. Rud-nitskogo]. - Kirov, 2004. - 23 s.
^ ^ ^
УДК 621.318
С.К. Шерьязов, Ю.А. Никишин, А.А. Митюнин S.K. Sheryazov, Yu.A. Nikishin, A.A. Mityunin
ИССЛЕДОВАНИЕ СТЕПЕНИ НЕОДНОРОДНОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В МАГНИТНЫХ СЕПАРАТОРАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
THE RESEARCH OF THE DEGREE OF MAGNETIC FIELD INHOMOGENEITY IN AGRICULTURAL MAGNETIC SEPARATORS
Ключевые слова: сельскохозяйственная продукция, электромагнитный сепаратор, постоянный магнит, магнитное поле, магнитная индукция, степень неоднородности, металломагнитная частица.
Обеспечение сохранности качества сельскохозяйственной продукции на всех этапах ее производства является важной задачей. При этом извлечение металломагнитных частиц из продукта возможно железоотделителями разных типов. Наиболее широкое применение находят электромагнитные сепараторы, которые устанавливаются в технологических линиях. Создание сепаратора с определенным параметром неоднородного магнитного поля является актуальной задачей. Для обеспечения требуемой степени очистки продуктов от металлических частиц создается магнитная сила, которая извлекает частицу из продукта и притягивает к полюсу магнитной системы. Сила притяжения в рабочей зоне сепаратора зависит от параметров и степени неоднородности магнитного поля. Более неоднородное магнитное поле создает магнитную силу, которая будет различной в рабочей зоне сепаратора, увеличиваясь по
направлению к полюсу магнитной системы, что обеспечивает быстрое притягивание металлические частицы. Теоретически сложно определить параметры магнитного поля, поэтому их лучше находить экспериментальным путём. Для этого теоретически исследована скорость изменения магнитной индукции в рабочей зоне сепаратора в зависимости от степени неоднородности магнитного поля. В ходе исследования выявлено, что увеличение значения магнитной индукции не влияет на степень неоднородности магнитного поля. Установленная зависимость имеет практическое значение, с ее помощью в разработанной магнитной системе можно определить степень неоднородности. Для этого достаточно измерить магнитную индукцию на заданной расстояний от полюса магнитной системы. Установленная зависимость подтверждена данными экспериментальных исследований. Результаты проведенных исследований показали, как можно предварительно оценить параметры магнитного поля, необходимые при разработке магнитной системы, в частности для электромагнитного сепаратора. Показана возможность оценки степени неоднородности магнитного поля, что важно для магнитных систем, использующих эти
