CC BY
27
УДИ 631.363
10.18286/1816-4501 -2015-4-190-194
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ КОНУСНЫМ НАПРАВИТЕЛЕМ ПРЕСС-ЭКСТРУДЕРА,
ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ РЫБНЫХ ОТХОДОВ
Новиков Владимир Васильевич, кандидат технических наук; профессор кафедры «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства»
Успенская Ирина Владимировна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства»
Орсик Илья Леонидович, соискатель кафедры «Сельскохозяйственные машины и механизация животноводства»
ФГБОУ ВО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия».
446442, Самарская обл., п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Спортивная. 8а; тел.: 8(84663) 463-46, e-mail: [email protected]
Ключевые слова; направитель, рыба, отходы, экструзия.
Статья посвящена исследованию процесса экструзионной переработки рыбных отходов в смеси с отрубями. Представлена конструктивно-технологическая схема прессэкструдера для обработки рыбных отходов в смеси с отрубями с усовершенствованной зоной подачи, включающей конусный направитель.
Приведен расчет и обоснованы предельные значения мощности, потребляемой конусным направителем, в зависимости от входных параметров процесса.
Введение
Известно, что наиболее эффективными способами обработки исходной смеси при приготовлении комбикормов являются баротермические. В настоящее время особое место занимает экструзионная переработка мясорыбных отходов в смеси с зерновыми [1 - 8].
Вместе с тем, не полностью исследовано влияние конструктивных и режимных параметров экструдирования на качество готового корма. Установлено, что при экструзии материалов с низкой плотностью невозможна полная загрузка пресс-экструзера по мощности из-за низкого коэффициента заполнения загрузочного устройства и сводообразования при поступлении массы в пресс.
Объекты и методы исследований
В связи с этим предлагается усовершенствовать зону подачи пресс-экструдера путем установки конусного направителя, который способствует стабильности процесса экструдирования кормовой массы путем плавного перехода от этапа подачи к этапу прессования экструдата (рис. 1) [4, 11].
Целью работы является аналитическое
определение мощности, потребляемой конусным направителем.
Результаты исследований При определении мощности, потребляемой направителем, выразим ее скалярным произведением F • V, где F и v - функции от радиуса произвольной точки контакта. Силу F определим как интеграл функции динамического напора по площади поверхности контакта, спроецированной на плоскость, нормальную вектору скорости:
ЛТ spV1 .
N = f-----dSsma,
' 2 (1) где N - мощность, потребляемая направителем, Вт; р - плотность материала в произвольной точке контакта, кг/м3; ^ -скорость элемента смеси в произвольной точке контакта, м/с; S-площадь контактной поверхности винтовой линии, м2; а - угол подъёма винтовой линии, рад.
Так как функциональная зависимость плотности р от радиуса не известна, то можно воспользоваться формулой [9]:
Р ос Р Р оо — РО
ехр(-с. • р).
(2)
9 8 7 i 5 6 2 10
U Jj
Рис. 1 - Конструктивно-технологическая схема пресс-экструдера для обработки рыбных отходов в смеси с отрубями:
1 - конусный направитель; 2 - корпус цилиндра; 3 - вал шнекового пресса; 4 - шнек пресса; 5 - греющая шайба; 6 - изнашиваемое компрессионное кольцо; 7 - коническая головка; 8 - корпус головки; 9 - матрица с регулировочным диском и рукояткой; 10 - шнековый дозатор
где ^,°° - предельное значение плотности спрессованного материала, кг/м3; р -плотность материала при давлении Р, кг/м3;
- начальная плотность материала, кг/м3;
С' - эмпирический коэффициент.
Преобразования с помощью степенных рядов [10] позволяют получить более удобную зависимость между давлением и плотностью:
- =е~°Р => Р„ - Р* (р„ - Pol !-с'Р)-Р+Ро =-c’P(P„ -Ро)^
Р„ -Ро
=> Р-- -
Р-Ро с'(р„ - Ро)
у(Р-Ро)
(3)
где с - новая константа,
2
С ^'(Роо-РоУ
Так как динамический напор с физической точки зрения является давлением, то в точке контакта можно приравнять его к вы-
ражению (3).
Тогда
pv‘ с‘ С2 ,2 2, 2
--- = уР-уРо=-Р(с -Р) = Рос =>Р = Рс
Г = Ро
1
(4)
В этом случае выражение (1) приобретает следующий вид
? А р2
1-
Vе/
T'dV,
(5)
Элемент площади dS можно определить из рисунка 2.
Считая элемент площади dS элементарным прямоугольником с основанием
rd(p
COSСС и высотой dr, элементарную площадь можно представить следующим выражением:
Рис. 2 - Расчётная схема:
rd(p _ элементарНОе приращение дуги; Sn - нормальная площадка; dr - элементарное приращение радиуса; dSn - элементарная площадка
dS-^dr.
cos а (6)
откуда
dSn = dS sin а = Г^ ■ dr sin а = rdrd<p ■ tga. cos a
(7)
В итоге выражение для определения мощности приобретает следующий вид
~$ordrd<ptga
и dv ,
-----dtp =
to iо
Pd get 2
<Р V
JJ
*оЧ»
do •dep,
(8)
где г - текущий радиус произвольной точки витка, м; w - угловая скорость вращения направителя, с-1; vQ - скорость точки на поверхности направителя, м/с; ср0 - начальный угол поворота направителя, рад.; v
- скорость точки на вершине гребня, м/с; ip
- конечный угол поворота направителя, рад.
После соответствующих преобразований получим:
N == ^77Гtga ГО-’ \/(Р ■
1U <Рц
О)
где гш - радиус шнека, м, т.е. расстояние от крайней точки витка до основания направителя; (г - const); b - половинный угол конуса направителя, град.
Решим данный интеграл. Разложение вида
1 - х2 = (1 - х)(1 + х + X2 + х3 + х4)
В
данном случае даёт
>■
1 - (1 - qjtgatgfif = (ptgatg/3X(1 - (ptga ■ tgp)n~' ,
/7=1
(10)
где n — порядковый номер члена в сум-
ме.
X = Yf\-<PtgatgPY 1
Сумму и 1 слож-
но вычислить в связи с изменением угла ф по мере продвижения смеси, но её можно достаточно адекватно оценить. Она представляет сумму членов геометрической прогрессии. Так как двучлен 1 ~(ftgatgP есть относительное изменение разности между радиусом шнека и радиусом конической поверхности (относительной высотой гребня
■ ; -гЛ i: :
, t .
/••Til
Рис. 3 - Зависимость величины х от относительной высоты гребня h
витка h), то, зная эту разность, можно вычислить указанную выше сумму.
Множество значений суммы в уравнении укладывается в интервал от 0 до 1 исключительно. Поэтому с теоретической точки зрения достаточно рассмотреть зависимость этой суммы % при изменении относительной высоты гребня от 0,1 до 0,9. Значение этой суммы представляет собой участок параболы четвёртой степени (рис. 3).
После вынесения параметра х за знак интеграла (9) выражение для мощности приобретает следующий вид
N = \<Р-d<P = —PoO)'tg?'atgPxr‘,<P?' I =
1U <p0 Z{) <Pa
= tg2algPx^ (<p2 - <po ).
(11)
Если начальный угол поворота напра-вителя ср принять равным нулю, то выражение (11) принимает вид
^шах =^PoO>\2atgPZrS<p2.
(12)
Известно, что угол поворота (р равен произведению 2л на число витков направи-теля z. Тогда в окончательном виде выражение для необходимой и достаточной мощности, требуемой для данного процесса, будет иметь следующий вид:
| 2 = _,0P„(>Plg:atgfyr4,T2:: =у pjgPtf^az^'r .
(13)
Следовательно, мощность, потребляемая конусным направителем, зависит от его конструктивно-режимных параметров и физико-механических свойств смеси.
Выводы
Установка предлагаемого конусного направителя и его оптимальная загрузка по мощности, определенной с учетом полученных выражений, обеспечивает стабильность экструдирования кормовой массы путем плавного перехода от этапа подачи к этапу прессования экструдата.
Величина х является функционалом, т.е. зависит от угла <р поворота направителя. А это означает, что для одной и той же конструкции на разных участках направителя величина х будет различной. Очевидно, что максимальная она будет в начале направителя, где относительная высота гребня h будет наибольшей. В этом случае значение X даёт предельное значение мощности, необходимой для надежного осуществления технологического процесса экструдирования смеси рыбных отходов с отрубями.
Библиографический список
1. Итоги деятельности федерального агентства по рыболовству в 2012 году и задачи на 2013 год. [Электронный ресурс].
- Режим доступа к ст.: http: //fish.gov. ш / agency / Documents / Росрыболовство. Итоги 2012 - 18.03.2013.pdf, свободный.
2. Антипова, Л.В. Чешуя прудовых рыб
- источник пищевого продукта [Электронный ресурс] / Л.В. Антипова, ВуТхиЛоан.
- Режим доступа к ст.: http://www.tstu.ru/ education/elib/pdf/st/2009/аntipova.pdf, свободный.
3. Тарзанов, А. Л. Экструдирование мясокосных отходов - современная технология производства кормов / А.Л. Тарзанов, С. В. Капустин // Мясная индустрия. - 2011. -№9.-С. 84-86.
4. Патент № 131948 РФ, МПК7 А23К1/00, В02С13/00, Экструдер для приготовления кормовой массы / В.В. Новиков, В.В. Коновалов, И.Л. Орсик, А.Л. Мишанин; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Самарская ГСХА. - № 2013112063/13; заявл. 18.03.13, Бюл. N° 25. - 5с.
5. Зубкова Татьяна Михайловна. Повышение эффективности работы одношнекового экструдера для производства кормов на основе параметрического синтеза: дисс. ... докт. техн. наук: 05.20.01 /Т.М. Зубкова. -Оренбург, 2006. - 320 с.
6. Кадыров, Д.И. Непищевые отходы - в доходы / Д.И. Кадыров // Мясная индустрия. - 2011. - № 6. - С. 66-69.
7. Кадыров, Д.И. Экструзионная переработка биологических отходов в корма [Электронный ресурс] / Д.И. Кадыров, А. Тарзанов. - Режим доступа к ст.: http://www. almaz-spb.com/news/21/, свободный.
8. Орсик, И.Л. Обоснование рационального состава смеси рыбных отходов с отрубями для экструзионной переработки / И. Л. Орсик//. - 2014 - С. 44 - 46.
9. Коновалов В.В. Определение подачи цилиндрического шнекового пресса / В.В. Коновалов, В.В. Новиков, Д.В. Беляев, Л.В. Иноземцева // Нива Поволжья. - N° 2, 2010. -С. 51-56.
10. Бронштейн, И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. - М.: Наука, 1981.-720 с.
11. Орсик, И.Л. О влиянии конусности направителя на продвижение смеси в пресс-экструдере / И.Л. Орсик // Нива Поволжья. - № 3(32). - Пенза: РИО ФГБОУ ВПО Пензенская ГСХА, 2014. - С. 73-78.
