CC BY
135
УДК 631.365.32 В.И. Анискин, Н.Е. Цыренов, Л.О. Онхонова
РАЗГРУЗКА И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ЗЕРНОВОГО ВОРОХА В ТРЕХКАНАЛЬНОМ АЭРОЖЕЛОБЕ
В статье приводится целесообразность и эффективность использования приемных бункеров, снабженных трехканальным аэрожелобом в процессах активного вентилирования и пневмовыгрузки зерна, конструкция которого защищена патентами РФ. Приводится методика расчета.
Ключевые слова: Активное вентилирование, пневмовыгрузка, трехканальный аэрожелоб, решета, короба, воздушный поток; механизм псевдоожижения; скорость воздуха; давление; порозность.
V. I. Aniskin, N. Ye. Tsirenov, L.O. Onhonova UNLOADING AND TRANSPORTATION OF GRAIN MASSES IN THE THREE-CHANNEL AIR SLIDE
The expediency and effectiveness of receiving bunkers utilization supplied with three-channel air slide in the process of active ventilation and grain pneumo ejection the construction of which is protected by Patent Bureau of the Russian Federation is given in the article. The calculation technique is also given.
Key words: active ventilation, pneumo ejection, three-channel air slide,sieves, boxes, air stream, quasiliquefaction device, air speed, pressure, porosity.
В настоящее время трудно представить работу сельхозпроизводителей зерна без аэрожелобов. Бункера различной вместимости, оснащенные аэрожелобами, все шире и шире внедряются в практику послеуборочной обработки зернового вороха и семян. Перспективным является то, что бункера могут изготавливаться из различных дешевых материалов, и они просты по конструкции, есть возможность дозированной выгрузки зерна. Их можно использовать и для приема влажного вороха, и для хранения зерна.
Долгое время аэрожелоба были одноканальной конструкции. Такой аэрожелоб представляет собой канал прямоугольного сечения, разделенный воздухораспределительным устройством (решетами) на верхнюю транспортирующую и нижнюю воздухораздающие части. Одним из несомненных преимуществ аэрожелобов является возможность использования их в процессах проведения активного вентилирования и последующей разгрузки зернового материала. Аэрожелоба как устройство, приспособленное для активного вентилирования, не только не уступают в раздаче агента обработки специализированным установкам активного вентилирования, но и превосходят их, так как имеют возможность выгружать зерно в псевдоожиженном слое. Тогда как существующие установки активного вентилирования лишены этой возможности. По этой причине аэрожелоба относятся к комбинированным устройствам.
Однако аэрожелоба не лишены недостатков. К числу существенных недостатков одноканальных аэрожелобов относится возможность проницаемости аэрируемого воздуха в зерновую насыпь строго в вертикальном направлении. При таком направлении воздушного потока, необработанными остаются прилегающие к аэрожелобу участки зернового материала, подвергаемые в дальнейшем гниению. Многими исследователями предлагались дополнительно между аэрожелобами установить рассекатели, представляющие собой конструкцию в виде равнобедренного треугольника, в вершине имеющего острый угол. Установка рассекателей, а в дальнейшем и дефлекторов в вершинах их [1] ведет к удорожанию, громоздкости конструкции аэрожелобов, уменьшению вместимости складов и увеличению себестоимости обрабатываемого зерна.
Дальнейшие исследования в области процессов активного вентилирования и пневморазгрузки привели к тому, что конструкция трехканальных аэрожелобов оказалась наиболее предпочтительной. Трехканальный аэрожелоб представляет собой систему из центрального транспортирующего 1 и двух боковых воздухораздающих коробов 2, соответственно снабженных перфорированными решетами 3 и 4, разделяемыми короба на верхнюю и нижнюю части (патенты РФ №2137692, 2144898). Трехканальный аэрожелоб работает в двух режимах: режиме активного вентилирования и режиме пневморазгрузки. В режиме активного вентилирования нагнетаемый воздух подается одновременно во все три короба (направление аэрации воздуха показано стрелками). В режиме пневморазгрузки боковые воздухораздающие короба заглушены, работает только центральный транспортирующий короб. Для процесса разгрузки достаточно работы центрального транспортирующего короба.
Положительным в конструкции трехканального аэрожелоба является то, что в боковых коробах периферийная стенка выше, чем стенка центрального короба, в связи с которым решетка накладывается под углом, превышающим угол естественного откоса зернового материала, а>ат (см.рис.1).
Таким образом, выход воздушного потока осуществляется не только в вертикальном направлении под углом р=90°, но и под углом а+р=135°. Следовательно, с такой раздачей воздуха количество одновременно обрабатываемого вороха увеличивается. Это значит, что сокращаются продолжительность обработки и расход электроэнергии.
Рис. 1. Схема трехканального аэрожелоба в приемном бункере.
1 - центральный транспортирующий короб; 2 - боковые воздухораздающие короба; 3 - решетка
центрального короба; 4 - решетки боковых коробов; .......- зерновая насыпь; ^ направление
воздуха в режиме вентилирования
Работа аэрожелобов особенно значима, если ими укомплектованы бункера, предназначенные и для приема зернового вороха, и для временного и основного хранения материалов. Работа приемного бункера начинается с приема зернового вороха от самосвалов.
Одним из преимуществ аэрожелобов является перемещение сыпучего материала в основном под действием кинетической энергии струй воздуха, выходящих из отверстий решетки, транспортирование материала не только при положительном уклоне воздухораспределительной решетки, но и при горизонтальном расположении и отрицательном уклоне, более высокая надежность работы решет на запыленном воздухе и эффективная аэрация насыпи.
При нагнетании воздуха со скоростью через перфорированные перегородки в зерновую насыпь зерно приобретает способность «течь», т.е. проявляются качества жидкости; аэрированный слой теряет устойчивость и приобретает текучесть при условии, когда давление воздушного потока под поверхностью решетки становится равным или большим удельного давления слоя.
Из бункера разгрузка зерна начинается самотеком с открытия выгрузных заслонок, и материал разгружается до достижения угла естественного откоса. Для разгрузки оставшегося материала включают вентилятор, и разгрузка насыпи начинается с концевой части аэрожелоба и продолжается до его полной очистки. На рисунке 2 представлена примерная схема расположения зерновой насыпи и выделен элементарный параллелепипед объемом с1У=с1хс1ус17, ребра которого ориентированы параллельно осям координат для установления условия сплошности движения на концевой части аэрожелоба.
Зерновой слой характеризуется появлением одновременно псевдоожиженного, взвешенного, движущегося аэрируемого и неподвижного стационарного слоев. Непрерывно увеличиваются длина транспортирующей части решеток, расход воздуха и изменяется давление воздуха.
Заслуживает внимания взаимодействие воздуха с зерновым материалом на перфорированной поверхности аэрожелобов. Метод взаимодействия воздуха с твердыми частицами с образованием взвешенного слоя нашел широкое применение в технике, в том числе в сельском хозяйстве.
Использование аэрожелобов в технологиях послеуборочной обработки предусматривает их работу как в качестве непроточных (малопроточных) систем, так и проточных. Малопроточные системы могут быть использованы при тепло-массообменных процессах и разгрузочных операциях с небольшой производительностью, а проточные - при разгрузке материалов с повышенной производительностью. Рассмотрим особенности механизма псевдоожижения для обоих случаев, потому что в нашем случае могут быть применимы оба варианта.
Движущийся аэрируемый слой Стационарный слой
Рис. 2. Расположение зерновой насыпи:
1 - разгонный участок; 2 - жалюзийное решето; 3 - зерновая насыпь
В случае непроточной системы механизм псевдоожижения следующий.
Как известно, отдельная зерновка имеет неправильную форму, вследствие чего центр приложения силы воздушного потока не совпадает с центром тяжести зерновых частиц. Возникает вращающий момент, зерна начинают хаотично витать, проходит некоторое время, в результате которого зерна поворачиваются, распределяясь в слое, происходит их ориентация в направлении скорости воздушного потока. Слой начинает разрыхляться, увеличиваясь в объеме. Сопротивление слоя в этот период достигает максимального значения. При переходе слоя в псевдоожиженное состояние наблюдается резкое падение сопротивления слоя, вызванное прорывом части воздуха через сквозные каналы. Эта переходная стадия характеризуется неоднородностью структуры слоя и неустойчивостью его псевдоожижения: возникают лишь отдельные фонтаны или каналы (в литературе известных как фонтанирующие слои), большая же часть частиц остается неподвижной, так как воздушный поток уходит через образованные каналы. В таком случае только увеличение скорости воздушного потока способно привести к ликвидации фонтанов и каналов и более равномерному распространению в зерновом слое, следовательно, равномерному псевдоожижению по всему сечению камеры. Сопротивление слоя несколько возрастает и далее остается практически постоянным. Слой взвешивается, сцепление (трение) между частицами исчезает, они приобретают подвижность.
При дальнейшем увеличении скорости воздушного потока наступает стадия вихревого псевдоожижения, характеризующаяся интенсивным хаотическим движением частиц. При увеличении скорости воздушного потока происходит унос зерна из камеры. Скорость воздуха, при которой начинается вынос частиц, часто в технике называют второй критической скоростью Уф.2 или скоростью уноса Уун.
Энергия воздушного потока затрачивается на преодоление трения частиц друг о друга, изменение кинетической энергии газа, расширение слоя и на трение частиц и газа о стенки камеры. Суммарные затраты энергии (Вт) составляют:
где с - площадь поперечного сечения слоя, м2.
Для камер постоянного поперечного сечения, если пренебречь сжимаемостью воздушного потока, получим следующее выражение:
Величину ДР можно достаточно точно определить теоретическим путем. Для этого достаточно воспользоваться условием равенства сил гидродинамического давления и противодействующей псевдоожижению частиц:
Е =
(1)
Е = У5САР
(2)
-5ссіР = дёт,
(3)
откуда
Учитывая, что
Р = ЗРт /о (1 - Оаг.
(5)
(6)
Принимая усредненное по высоте значение е, запишем
(7)
Так как величины h и е в (7) возрастают с увеличением скорости воздушного потока, то произведение (1-е )1п остается неизменным.
Уравнение (7) может быть записано в виде
Л/*= рт(1-¿0Ло = А™5Л|
(8)
где 1п и е - высота и порозность стационарного слоя.
Решая (8) совместно с уравнением зависимости ДР=^Д^, для стационарного слоя можно определить скорость начала псевдоожижения Vкр. Для определения критической скорости начала псевдоожижения предложено много зависимостей. Наибольшее распространение получила универсальная формула О.М. Тодеса [3]:
(9)
где критерий Рейнольдса, по которому определяют режим движения
а критерий Архимеда, связанный с массой, плотностью и вязкостью:
(11)
Особенность этой формулы в том, что в ней отсутствуют порозность слоя и удельная поверхности, которые присутствуют во многих других формулах.
Однако формула (9), как и многие другие, не может достаточно полно описать условия потери устойчивости насыпи, находящейся в приемном отделении или на складе, оснащенном аэрожелобами, в момент начала транспортирования, так как все они характерны для аппаратов, в которых имеется достаточно выравненный воздушный поток, а сам слой (насыпь) ограничен стенками.
Скорость начала псевдоожижения зависит от распределения всех частиц по диаметрам:
Формула (12) верна при 20 ^ф< 1,5х103.
Для полидисперсных систем зерновых материалов значения сопротивления слоя отличаются, что указывает на влияние таких факторов, как размер, форма и состояние поверхности частиц. Экспериментально установлено, что при большой высоте слоя измеренные значения потерь напора больше, чем расчетные. Это объясняется дополнительным расходом энергии воздушного потока на преодоление сил трения между частицами в момент псевдоожижения, причем величина отношения сопротивления воздушного потока к сопротивлению решетки составит [2]:
к,=ДР/ДРр«1,25...1Д (13)
И этот коэффициент принято считать коэффициентом неравномерности воздухораспределения, его величина увеличивается с увеличением влажности зерна.
Верхний предел существования псевдоожиженного слоя связывают с понятием скорости витания частиц, при которой начинается массовый унос частиц определенного размера, формы, плотности и других физических параметров.
Для расчета скорости воздушного потока, соответствующей началу уноса скорости Vун предложено множество формул.
Наибольшее применение в теории псевдоожижения для всех режимов обтекания частиц нашла универсальная формула О.М. Тодеса.
В реальных условиях разгрузки и транспортирования вследствие полидисперсности частиц различной формы, плотности и шероховатости, а также неравномерности распределения потока воздуха по сечению решет и возмущающего действия «пузырей», проходящих через слой, унос начинается при скоростях, ниже рассчитанных по формуле (9). Некоторые частицы материала, выброшенные из псевдоожиженного слоя при Уун, могут быть подхвачены воздушным потоком и вынесены за пределы камеры, поэтому величина Уун согласно формуле (9) должна корректироваться с учетом конкретных условий работы аэрожелоба.
Выводы
В настоящее время послеуборочной обработки зерна, а именно, в процессах активного вентилируемой и пневматической выгрузки зерна из сооружений, как бункерного, так и напольных типов, значительное место нашли аэрожелоба. Особо предпочтительными являются аэрожелоба трехканальной конструкции, отличающиеся более широкой раздачей воздуха в зерновую массу. В статье приводятся схемы трехканального аэрожелоба и зерновой насыпи с характеристикой состояний зернового слоя в процессе пневморазгрузки и расчета критической скорости, при которой начинается выгрузка воздухом.
Литература
1. Онхонова, Л.О. Научные основы создания и применения универсальных аэрожелобов в процессах послеуборочной обработки зерна и семян / под ред. акад. Россельхозакадемии В.И. Анискина. - М.: Изд-во ВИМ, 2000. - С.250.
2. Гинзбург, А.С. Сушка пищевых продуктов в кипящем слое / А.С. Гинзбург, В.А. Резчиков. - М.: Пищевая пром-сть, 1966. - С.196.
3. Тодес, О.М. Аппараты с кипящим зернистым слоем / О.М. Тодес, О.Б. Цитович. - Л.: Химия, 1970. - 296 с.
'-------♦------------
УДК 631.3.072 И.Е. Донцов
ПРОЕКТИРОВАНИЕ НОВЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ МТА (КМТА) С ФРОНТАЛЬНЫМИ И ЗАДНИМИ НАВЕСНЫМИ ОРУДИЯМИ
В статье описаны новые схемы КМТА, обеспечивающие устойчивость движения, уравнение колебаний, методы расчета основных параметров агрегатирования и результаты полевых испытаний. Ключевые слова: трактор, орудия, колебания, устойчивость движения.
I.E. Dontsov DEVELOPMENT OF NEW COMBINED MACHINE-TRACTOR UNIT (CMTU) WITH FRONT AND REAR MOUNTED IMPLEMENTS
The new mechanisms of CMTU which ensure stability of motion, equation of fluctuations, techniques for calculation of the basic parameters of aggregation and field tests results are given in the article.
Key words: tractor, implements, fluctuation, stability of motion.
Основным условием работоспособности КМТА является устойчивое движение машин и орудий. В статье описаны новые схемы КМТА, обеспечивающие устойчивость движения фронтальных и задних навесных орудий, дифференциальное уравнение колебаний орудий, методы расчета основных параметров агрегатирования и результаты полевых испытаний.
Исследованиями [1] установлено, что для фронтальных и задних навесных орудий, по сравнению с жесткой схемой соединения орудий и трактора, предпочтительней шарнирная схема. При этом фронтальное орудие, как правило, неустойчиво, а заднее орудие, практически, всегда устойчиво. На рисунке 1 показаны
