CC BY
8
для зерносушилки // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 2 (88). С. 106 - 109.
4. Горелов М.В., Бастрон Т.Н. Установка для предпосевной обработки и сушки семян СВЧ-энергией // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 3 (83). С. 195 - 198.
5. Масалимов И.Х. Критерии создания сушильных установок // Проблемы и перспективы развития агропромышленного комплекса регионов России: матер. междунар. науч.-практич. конф. Уфа: Башкирский ГАУ, 2002. С. 259 - 260.
6. Ахметьянов И.Р. Распределение влагосодержания в слое початков кукурузы при сушке в конвейерной сушилке // Проблемы агропромышленного комплекса на Южном Урале и Поволжье: матер. регион. науч.-практич. конф. молодых учёных и специалистов. Уфа: Башкирский ГАУ, 1997. С. 24 - 27.
7. Масалимов И.Х., Бакиев И.Т. О сушке початков кукурузы // Перспективы развития производства про-
довольственных ресурсов и рынка продуктов питания: матер. междунар. науч.-практич. конф. (в рамках VIII междунар. специализир. выст. «ПродУрал-2002»). Уфа: Башкирский ГАУ, 2002. С. 296 - 298.
8. Ахметьянов И.Р. Расчёт сушки зерна в конвейерной сушилке // Инновационные методы преподавания в высшей школе: матер. междунар. науч.-методич. конф. Уфа: Башкирский ГАУ, 2011. С. 26 - 28.
9. Кизуров А.С., Кокошин С.Н. Методика автоматизированного определения введённых коэффициентов при сушке семян пшеницы с дифференциацией подвода тепловой энергии // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 181 - 185.
10. Голик М.Г. Хранение и обработка початков и зерна кукурузы. М.: Колос, 1968. 335 с.
11. Ахметьянов И.Р., Бакиев И.Т. Способы и технические средства сушки кукурузы // Материалы ХЬП научно-технической конференции. Челябинск: Челябинский ГАУ, 2003. С. 30 - 36.
Валерий Николаевич Пермяков, кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет». Россия, 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34, ir.perm@yandex.ru
Филюс Раисович Сафин, кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет». Россия, 450001, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34, fils02@mail.ru
Valery N. Permyakov, Candidate of Technical Sciences. Bashkir State Agrarian University. 34, 50-let October St., Ufa, Republic of Bashkortostan, 450001, Russia, ir.perm@yandex.ru
Filyus R. Safin, Candidate of Technical Sciences. Bashkir State Agrarian University. 34, 50-let October St., Ufa, Republic of Bashkortostan, 450001, Russia, fils02@mail.ru
-Ф-
Научная статья УДК 633.1:631.563.2
Подбор оборудования и режимов работы систем активной вентиляции и электроподогрева барабанной гелиосушилки
Алексей Николаевич Ченин
Брянский государственный аграрный университет
Аннотация. Выполнен подбор оборудования и подобраны режимы работы систем активной вентиляции и электроподогрева барабанной гелиосушилки зерна. Сделан вывод о том, что использование системы электроподогрева при продолжительных неблагоприятных погодных условиях нерационально из-за большого энергопотребления, поэтому для сушки зерна в таких условиях рекомендуется применять только систему активного вентилирования. Систему электроподогрева рекомендуется использовать при непродолжительных неблагоприятных погодных условиях, а также на первой стадии сушки при благоприятных погодных условиях для более быстрого разогрева зерна и интенсификации процесса сушки. Опытным путём установлены необходимая и рекомендуемая скорости сушильного агента в вытяжной трубе.
Ключевые слова: барабанная гелиосушилка, сушка зерна, сушильный агент, активная вентиляция.
Для цитирования: Ченин А.Н. Подбор оборудования и режимов работы систем активной вентиляции и электроподогрева барабанной гелиосушилки // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 6 (92). С. 153 - 158.
Original article
Selection of equipment and operating modes of active ventilation and electric heating systems of the drum solar dryer
Alexey N. Chenin
Bryansk State Agrarian University
Abstract. The selection of equipment was made and the operating modes of the active ventilation and electric heating systems of the drum solar grain dryer were selected. It is concluded that the use of an electric heating system under prolonged adverse weather conditions is irrational due to high energy consumption, therefore, it is
recommended to use only an active ventilation system for drying grain in such conditions. It is recommended to use the electric heating system under short-term adverse weather conditions, as well as at the first stage of drying under favorable weather conditions for faster heating of grain and intensification of the drying process. The required and recommended speeds of the drying agent in the chimney have been established empirically.
Keywords: drum solar dryer, grain drying, drying agent, active ventilation.
For citation: Chenin A.N. Selection of equipment and operating modes of active ventilation and electric heating systems of the drum solar dryer. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 92(6): 153 - 158. (In Russ.).
Повышению продовольственных и кормовых свойств зерновой и овощной продукции путём просушки в настоящее время уделяется большое внимание. Для сушки растениеводческих культур применяются различные установки и методики [1 - 4].
Для снижения энергозатрат при сушке зерна и семян сельскохозяйственных культур предложена барабанная гелиосушилка (рис. 1), которая хорошо себя зарекомендовала и применяется при работе в благоприятных погодных условиях [5 - 8].
В условиях ночного времени суток или длительной пасмурной погоды аккумулятор теплоты разряжается и сушильный агент (атмосферный воздух) в наклонном (горизонтальном) солнечном коллекторе недостаточно подогревается. При этом тяга в вытяжной трубе, выполненной в виде вертикального солнечного коллектора, снижается, а соответственно снижается и скорость движения сушильного агента в сушильной камере, что в свою очередь не обеспечивает необходимого отвода влаги от высушиваемой зерновой или семенной массы [9 - 11].
Для сушки зерна и семян при таких условиях барабанная гелиосушилка дооборудуется системами электроподогрева сушильного агента в виде трубчатого электронагревателя и терморегулятора в сушильной камере и активной вентиляции в виде вентилятора в вытяжной трубе, преобразователя скорости потока воздуха в контрольном канале, заслонки для организации потока воздуха и электропривода. Однако точные характеристики этих систем не определены, а оборудование не подобрано.
Материал и методы. Ранее для подбора вытяжного вентилятора нами был выполнен аэродинамический расчёт воздуховода (вытяжной трубы) [12], которым в данном случае будет являться вертикальный солнечный коллектор прямоугольного сечения. Расчёт производился для опытного образца гелиосушилки с вместимостью барабана 300 кг зерна.
Для подбора вытяжного вентилятора принималась скорость сушильного агента, равная скорости при благоприятных условиях с использованием только солнечных коллекторов и аккумулятора теплоты. Как показывают проведённые исследования, средняя скорость движения сушильного агента при таких условиях и днём (рис. 2), и ночью (рис. 3) находится в пределах от 0,65 до 0,8 м/с.
Получив значения расхода сушильного агента (производительность) и полного давления, по каталогу выбираем осевой вентилятор общетехни-
Рис. 1 - Опытный образец барабанной гелиосушилки
i,i 1
■ 0,9 . 0,8 ' 0,7
0,6 0,5 0,4 0,3
■ 0,2
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 Время суток, ч.
на входе в горизонтальный коллектор > на выходе из вытяжной трубы — средняя скорость на выходе из вытяжной трубы
Рис. 2 - Дневные экспериментальные значения скорости движения сушильного агента
0,9
и
Те 0,8
Î 0,7
S 0,6
о
° 0,5
£ 0,4 о
S 0,3
§ 0,2
21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 Время суток, ч.
на входе в горизонтальный коллектор 9 на выходе из вытяжной трубы
средняя скорость на выходе из вытяжной трубы
Рис. 3 - Ночные экспериментальные значения скорости движения сушильного агента
0,i
0
0,1
0
ческого назначения ВО-4 (рис. 4) со следующими характеристиками: частота вращения - 1500 мин/мин-1, установленная мощность - 0,18 кВт, потребляемая мощность - 0,32 кВт, полное давление - до 100 Па, производительность - до 4500 м3/час.
Рис. 4 - Вид осевого вентилятора
общетехнического назначения
Режим работы вентилятора необходимо регулировать с помощью линейного автотрансформатора, выбирая оптимальную производительность.
Габаритные размеры выбранного вентилятора указаны в табл. 1.
В системе электроподгрева основным элементом является трубчатый электронагреватель. Исходными данными для расчёта его мощности являются температура сушильного агента на входе в сушилку и температура непосредственно в сушильной камере. Как показывают проведённые исследования (рис. 5), горизонтальный коллектор вместе с аккумулятором теплоты повышает тем-
пературу сушильного агента в среднем на 15 °С. Таких параметров необходимо достичь и при работе системы электроподогрева сушильного агента при неблагоприятных условиях.
Ранее для подбора трубчатого электронагревателя был произведён расчёт мощности [12]. Мощность нагревательного элемента должна равняться Р = 7157 Вт.
Результаты исследования. Для окончательного подбора оборудования был проведён ряд опытов для установления оптимальных режимов работы систем активной вентиляции и электроподогрева.
Для организации прохода воздуха через вентилятор была изготовлена и встроена заслонка (рис. 6).
Управление открытием и закрытием заслонки осуществляется с помощью преобразователя скорости потока воздуха SF1/С с диапазоном измерений 0 - 5 м/с и электропривода для воздушных заслонок [11]. Преобразователь скорости потока воздуха исполняет роль датчика и служит для контроля скорости воздуха в вытяжной трубе, а также подаёт сигналы на включение вентилятора и закрытие заслонки.
Как показали результаты эксперимента, наиболее оптимальный режим использования системы активного вентилирования - 1,5 м/с. Такой режим позволяет отводить большее количество влаги с поверхности зерновой массы, при этом практически не охлаждая его (рис. 7).
Исходя из этого, делаем вывод о целесообразности применения системы активного вентилирования и для сушки при благоприятных условиях, и для её интенсификации. Причём
1. Габаритно-присоединительные размеры выбранного вентилятора
Модель вентилятора Размер, мм Количество лопаток
D1 D2 D3 D4 L B d n
ВО-4 396 400 428 450 350 270 8 8 5
и
¡5 40 i 0J
¡5 35
о
о
5 зо
15 10
■ ■
г-1 1 ---- 1—1 N к
■
Ча —< ft A ft 1
N и*
1 Т ^Г^Г^Г^Г 1
5 6
Часы сушки, ч.
10
11
■ Температура окр. среды днём Температура окр. среды ночью
■ Температура в сушильной камере днём
■ Температура в сушильной камере ночью
Рис. 5 - Экспериментальные значения температуры сушильного агента
45
25
20
0
1
2
3
4
7
8
9
систему активного вентилирования целесообразно применять во второй стадии сушки, чтобы увеличением расхода воздуха не снижать температуру в сушильный камере и тем самым не замедлять прогрев зерна.
По рисунку 8 видно, что интенсивное удаление влаги (резкий скачок наблюдается на обеих диаграммах) началось после 3 час. сушки (замер параметров проводился каждый час), чему по-
Рис. 6 - Заслонка для организации потока воздуха
33
32
31
30
29
и
28
ге
р
рут 27
га
р е 26
с
м 25
е
1- 24
23
22
21
20
Е У
//
к
*
Г г*
/
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 Время суток, ч.
способствовало включение вентилятора. Скорость сушки при таком режиме оказалась значительно выше, чем при сушке без использования системы активной вентиляции.
Кроме того, систему активного вентилирования можно использовать при благоприятных погодных условиях и для принудительного охлаждения семенного зерна, когда его температура при сушке близка к 40 °С, превышение которой для такого зерна губительно и приводит к снижению всхожести (рис. 9). В данном случае скорость потока сушильного агента с помощью вентилятора и линейного автотрансформатора устанавливается на уровне 2,5 м/с.
0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
га
0,4 0,8 1,2 1,6 Количество удалённой влаги, %
2,4
о.
40
35
30
25
И
\
>
13
13,5
14 14,5 15 Влажность зерна, %
Рис. 8 - Кривая скорости сушки (А) и температурная кривая (Б) с вентилятором, включённым после разогрева зерна (через 3 час.)
15,5
16
-зерновой массы
-окружающей среды
34,0 33,0 32,0 31,0 и 30,0 и 29,0
рут 28,0 га
ре27,0 § 26,0 £ 25,0 24,0 23,0 22,0 21,0
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00
Время суток, ч. ^^зерновой массы — —окружающей среды
Рис. 7 - Температурные кривые:
А - при скорости сушильного агента 0,8 м/с; Б - 1,5 м/с
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00
Время суток, ч. ^^зерновой массы — —окружающей среды
Рис. 9 - Температурные кривые (в 14:00 включена система активного вентилирования)
0
2
33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17
21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00
Время суток, ч.
■ зерновой массы
■ окружающей среды
Рис. 10 - Температурные кривые (в 01:00 выключена система электроподогрева)
Результаты исследования свидетельствуют, что наибольшая температура окружающей среды достигается в 14:00 - 15:00 час. по местному времени, а температура зерновой массы достигает критической отметки в 39 °С. Однако с включением системы активной вентиляции температура зерновой массы начинает уменьшаться, а значит технологические свойства семенного материала будут сохранены.
Как показали результаты экспериментов, для сушки партии зерна с применением системы электроподогрева с 20%-ной влажности до 14%-ной при неблагоприятных погодных условиях уходит 6,86 час. Установленная мощность ТЭНа равняется 7157 Вт, мощностью привода барабана - 200 Вт. Стационарная барабанная сушилка, работающая на дизельном топливе СЗСБ-8А, расходует на сушку тонны зерна 90 кг топлива и 30 кВт - на привод электрооборудования. Если перевести все значения в условное топливо, то получается, что гелиосушилка будет расходовать 0,058 кг условного топлива на кг высушиваемого зерна, а СЗСБ-8А - 0,017 кг условного топлива. Отсюда делается вывод о нерациональности использования данного режима системы электроподогрева. Однако, как показали эксперименты (рис. 10), если в начале сушки включить систему электроподогрева, зерно быстрее прогревается, и при дальнейшем отключении системы оно практически не охлаждается, а скорость сушки растёт (рис. 11).
Результаты ночного эксперимента показали, что температура зерновой массы с применением системы электроподогрева интенсивно растёт, несмотря на понижение температуры окружающей среды, а при выключении в 01:00 начинает снижаться, но теряет лишь 2,4°С теплоты.
Подогрев зерна на первом этапе сушки (первые 3 часа) увеличивает скорость прогрева зерна, а скорость сушки снижает на 2 часа.
Исходя из расчётов вытяжного вентилятора и трубчатого электронагревателя, можно сделать вывод, что использование системы электроподогрева при продолжительных неблагоприятных погодных условиях нерационально в связи с потреблением большого количества электроэнергии, поэтому для сушки зерна в таких условиях рекомендуется использовать только систему активного вентилирования, чтобы предотвратить самосогревание зерна и увеличить отъём влаги из зерновой массы. Систему электроподогрева рекомендуется использовать при кратковременных неблагоприятных погодных условиях, а также на первой стадии сушки при благоприятных погодных условиях для более быстрого разогрева зерновой массы и интенсификации процесса сушки. Процесс сушки лучше проходит при скорости движения сушильного агента, равной 1,5 м/с, что позволяет более эффективно отводить избыточную влагу с верхних слоев высушиваемого материала, и при этом не охлаждает его. При быстром росте температуры зерна скорость
НИН ТЭН включен на 1-м этапе сушки в ТЭН выключен
Рис. 11 - Изменение времени сушки от
температуры нагрева зерна и наличия электроподогрева сушильного агента
движения сушильного агента рекомендуется увеличивать до 2,5 м/с. Выбранный нами вентилятор также позволяет поддерживать данный режим.
Таким образом, предлагаемая нами методика позволяет произвести подбор оборудования для систем активного вентилирования и электроподогрева и оптимизировать режимы их работы.
Литература
1. Мелякова О.А. Энергоэффективные режимы сушки овощей // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 4 (84). С. 169 - 172.
2. Математическая модель процесса сушки семян амаранта в инфракрасной сушильной установке / А.А. Давыдова, И.Х. Масалимов, Х.Т. Каримов [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2020. № 4 (84). С. 177 - 181.
3. Панова Т.В., Панов М.В. Определение конструктивно-режимных параметров пневмотранспортёра для зерносушилки // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 2 (88). С. 106 - 109.
4. Иванов А.С., Устинов Н.Н. Оценка эффективности применения отходов переработки зерновых культур в качестве биотоплива для сушки зерна // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 6 (80). С. 162 - 165.
5. Разработка барабанной гелиосушилки зерна и обоснование её конструктивно-технологических параметров / Е.М. Байдаков, А.И. Купреенко, Ченин А.Н. [и др.] // Технология колёсных и гусеничных машин. 2014. № 6. С. 10 - 16.
6. Купреенко А.И., Исаев Х.М., Байдаков Е.М. К определению продолжительности процесса сушки зерна в гелиосушилке // Конструирование, использование и надёжность машин сельскохозяйственного назначения: сб. науч. работ. Брянск: Изд. Брянская ГСХА, 2012. С. 59 - 63.
7. Купреенко А.И., Исаев Х.М., Байдаков Е.М. К обоснованию площади коллекторов гелиосушилки // Конструирование, использование и надёжность машин сельскохозяйственного назначения: сб. науч. работ. Брянск: Изд. Брянская ГСХА, 2012. С. 63 - 68.
8. Купреенко А.И., Чащинов В.И., Байдаков Е.М. Возобновляемые источники энергии как основа энергосберегающих технологий // Инновационные технологии и технические средства для АПК: матер. межрегион. науч.-практич. конф. молодых учёных. Воронеж, 2009. Ч. II. С. 181 - 186.
9. Купреенко А.И., Исаев Х.М., Байдаков Е.М. Экономическая эффективность барабанной гелиосушилки зерна // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2012. № 5. С. 41 - 44.
10. Пат. на полезную модель 159524 РФ, МКИ3 F26B 9/06, F26B 3/28. Гелиосушилка / В.И. Чащинов,
A.И. Купреенко, Х.М. Исаев, Е.М. Байдаков, А.Н. Ченин; № 2015132774/06; заявл. 05.08.15; опубл. 10.02.16. Бюл. № 4.
11. Уравнение теплового баланса воздушного гелио-коллектора с аккумулятором теплоты / А.И. Купреенко,
B.Ф. Комогорцев, Х.М. Исаев [и др.] // Тракторы и сельхозмашины. 2016. № 4. С. 33 - 36.
12. Ченин А.Н. Обоснование подбора оборудования системы активной вентиляции барабанной гелиосушил-ки // Инновационная техника и технология. 2021. Т. 8. № 1. С. 42 -48.
Алексей Николаевич Ченин, кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет». Россия, 243365, Брянская область, Выгоничский район, с. Кокино, ул. Советская, 2а, aleksej.chenin@mail.ru
Alexey N. Chenin, Candidate of Technical Sciences. Bryansk State Agrarian University. 2a, Soviet St., Kokino,
Vygonichsky district, Bryansk region, 243365, Russia, aleksej.chenin@mail.ru
-♦-
Научная статья УДК 631.33.024.4
Влияние расстановки стержней в рассеивателе на скорость семян подсолнечника
Николай Павлович Крючин1, Александр Николаевич Андреев1,
Александр Петрович Горбачев1, Михаил Иванович Филатов2
1 Самарский государственный аграрный университет
2 Оренбургский государственный аграрный университет
Аннотация. Цель исследования - повышение равномерности распределения семян вдоль дна борозды за счёт снижения последействия воздушного потока, уменьшения отскока и снижения скорости семян на выходе из формирователя потока семян. Обоснована необходимость исследования влияния рассеивателя на скорость семян, а также влияния расстановки его стержней на величину скорости зёрен на выходе из формирователя потока семян. Представлены общая схема формирователя потока семян, его описание и SD-модель. Описана методика измерения скорости посевного материала. В результате исследования показана зависимость скорости семян подсолнечника от расстояния расстановки стержней, а также скорость зёрен без формирователя потока. Установлено, что по мере увеличения расстояния между осями стержней от 5 до 35 мм скорость семян на выходе из рассеивателя увеличивается, находясь в пределах 2,5 - 3,5 м/с, но при этом значительно меньше скорости семян, чем у семяпровода без формирователя потока семян. Приведены результаты использования формирователя потока семян предлагаемой конструкции на семяпроводе пневматической сеялки Amazone DMC Primera при посеве подсолнечника. В результате
