РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО ВОЗДУХОВОДА КАРТОФЕЛЕХРАНИЛИЩА Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 631.243.42

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО

ВОЗДУХОВОДА КАРТОФЕЛЕХРАНИЛИЩА

КОЛОШЕИН Дмитрий Владимирович, аспирант Рязанского государственного агротехнологи-ческого университета имени П.А. Костычева, dkoloshein@mail.ru

Представлены основные проблемы хранения картофеля навальным способом в РФ. С целью повышения сохранности картофеля при снижении энергопотребления системой вентиляции картофелехранилищ разработана конструкция воздуховода в виде фронтальной трехгранной призмы с сечением равностороннего треугольника (патент на полезную модель №158787). Объектом исследований является усовершенствованная конструкция воздуховода картофелехранилища. Предметом исследований выбран процесс хранения картофеля и движение вентилируемого воздуха по воздуховоду в картофельной насыпи. В результате теоретических исследований получена математическая зависимость движения вентилируемого воздуха через усовершенствованные воздуховоды в картофельной насыпи. Определено значение величины площади сечения воздуховода, равное 0,42 м2 Исследования затрагивали основной период хранения, когда допустимый диапазон температуры картофельной насыпи менялся в пределах от 2 до 4 °. Лабораторные исследования проводились в хозяйстве Рязанской области с использованием сорта картофеля «Удача» в период с 01.02. по 7.02 2015 г., в результате чего были подтверждены теоретические исследования по рациональному сечению (сходимость с теоретическими исследованиями составляет 95,3%) и параметрам воздуховода в виде фронтальной трехгранной призмы. Определены параметры оригинальной конструктивно-технологической схемы воздуховода (патент на полезную модель №158787) в виде фронтальной трехгранной призмы, боковые поверхности которой изготовлены из деревянных планок, расположенных с зазором между ними в 20 мм. Общее сечение воздуховода - 0,4 м2

Ключевые слова: картофель, картофелехранилище, система вентиляции, сохранность картофеля, воздуховод, сечение, температура и влажность картофельной насыпи.

Введение

Картофелеводство - одна из крупнейших отраслей сельского хозяйства РФ [1]. Емкость единовременного хранения картофеля и овощей в РФ составляет свыше 7 млн. тонн, но этого не хватает для хранения корнеклубнеплодов в России [2]. Расширение мощностей для хранения сельскохозяйственной продукции до 12 млн. тонн позволит снизить дефицит хранилищ и минимизировать сезонные всплески цен на хранимую продукцию. В РФ более 15 % всех потерь картофеля приходится на период хранения. Свойства картофеля меняются в широких пределах в зависимости от почвен-но-климатических условий, сорта и технологии возделывания, что влияет на процесс хранения, и поэтому необходимо расширение и уточнение научных знаний в этой области. Для длительного хранения картофеля в условиях слабоположительных температур очень важно поддерживать микроклимат картофельной насыпи. Распределение температуры в насыпи картофеля и скорость обдува клубней воздушной смесью из воздуховодов происходит неравномерно. Из-за этого создаются очаги самосогревания сельскохозяйствен-

ной продукции и происходит порча картофеля на стадии хранения. Эти взаимосвязанные факторы ведут к снижению сохранности картофеля. Анализ проблемы хранения картофеля является комплексной задачей, когда один фактор влияет на следующий и так далее. На сегодняшний день недостаточно эффективно решена задача движения вентилируемого воздуха через воздуховоды по схеме «снизу-вверх» с учетом микроклимата картофельных пор насыпи и пропуска необходимого вентилируемого воздуха воздуховодом по всей высоте насыпи с целью недопущения очагов самосогревания картофеля. Актуальным остается вопрос разработки усовершенствованного устройства воздуховода, способствующего повышению сохранности картофеля в картофелехранилищах.

Теоретические исследования параметров усовершенствованного воздуховода картофелехранилища При работе картофелехранилища (рис.1) вентилируемый воздух из силовой установки кондиционирования воздуха 19 с помощью вентиляторов 20 и тэнов 21 поступает в магистральные напорные каналы 10, из которых через окна 16 подается

© Колошеин Д. В., 2017г.

Вестник РГАТУ, № 3(35), 2017 Й-

в напольный воздуховод 15, выполненный в виде фронтальной трехгранной призмы, имеющей сечение правильного равностороннего треугольника, боковые поверхности которой изготовлены из деревянных планок 18, причем деревянные план-

ки 18 расположены с зазором 22. Вентилируемый воздух через зазоры 22 между планками 18 подается в насыпь картофеля. Проходя через насыпь картофеля, воздух возвращается в силовую установку 19 кондиционирования воздуха.

СшшЛРРО* .чдяктяялк?

'УуУУУУУУ/^/УУУУ/У/УУУ7УУУ/У/УУУ77^ .у У////Л У У -У//, У/. У У '//////. УУ7У/7; У У "^УУУ У У У///.

да Ъ'

м м

в-"в *в У* " ь!" -

-:-2-:-:—

Гяий! 'А'

—ц: йашгйжи? Лзифли л» лкмАгы *

нагиапраль каалу и к бозЗухоёо&п

2 - арочный свод, 9 - опорная стенка, 10 - магистральный канал, 15 - воздуховоды, 16 - окна, 18 - деревянные планки, 19 - силовая установка кондиционирования воздуха, 20 - вентиляторы, 21 - тэны, 22 - зазоры между деревянными планками Рис. 1 - Общий вид картофелехранилища с усовершенствованным воздуховодом (патент на полезную модель №158787) в виде фронтальной трехгранной призмы

(1)

Повышению производительности обдува картофельной насыпи служит конструкция воздуховода, при этом скорость в межклубневом пространстве не должна превышать 0,5 м/с [3]. Опираясь на известную методику упаковки шаров [2], был найден коэффициент пористости картофельной насыпи, равный 0,4. С учетом местных потерь давления на входе в насыпь (Лр)вх, на выходе из бурта (Лр)вых, на трение в цилиндрических капиллярах (Лр)тр., на прохождение через ячейки усложнённого капилляра с двухзначным переменным сечением (Лр)яч, найдено суммарное значение потери давления (Ар):

(Др) = (Др)вх. + (Др)вых. +

+ (Др)тр. + (Др)

яч. ^ '

где множитель м/а3 учитывает количество последовательных ячеек в капилляре.

Площадь сечения воздуховода должна удовлетворять условию:

(2)

где Эк - площадь поперечного сечения напольного канала, м2;

Sж - площадь живого сечения воздухораз-дающих планок, м2.

Площадь живого сечения воздухораздающих планок:

5Ж= дтдЪ / В 3600, (3)

где 0 - удельный расход воздуха, м3/(т ч); т - масса картофеля, кг;

g - ускорение свободного падения, м /с2; Ь - расстояние между осями соседних каналов воздуховода, м;

В - размер насыпи продукции, перпендикулярный размеру насыпи в плане вдоль канала м;

к1 коэффициент, учитывающий закрытие живого сечения решето с продукцией, к1= 0,5 (картофель);

М1 - средняя скорость воздуха в живом сечении решеток, м/с.

Площадь поперечного сечения напольного канала определялась с учетом выражения (1):

У/-Р ^-(?п-((Ар)вх+(Ар)ВЬ]Х + (Ар)тр+(др)яч. '

(4)

где р - плотность перемещаемого вентилятором воздуха, кг/м3;

N - мощность вентилятора, кВт; ^^ - скорость в вентиляционном канале, м/с; п - коэффициент, зависящий от режима движения воздуха, при ламинарном движении равен 1;

Н с

Я - сопротивление насыпного слоя, 0 - расход воздуха; м3/с. м

Выполнив условие (2), найдем расстояние между вентиляционными каналами, при этом преобразуем полученные выражения (2,3,4):

Ъ > 8571 -273-7-ж-

-т ■((Др)вх.+(Др)вь,х.+(Др)тр.+(Лр)яч.

(5)

где у - интенсивность распределения картофельной насыпи по длине воздуховода картофе-

Трибуна молодых учёных

&

лехранилища, Н/м;

Рбар - барометрическое давление, Па; 8571 - переводной коэффициент в систему СИ; $ - удельный расход воздуха м3/(тч); т - масса картофеля, кг. При расчете сечения воздуховода в виде фронтальной трехгранной призмы учитывалось сечение магистрального канала и расстояние между осями соседних каналов воздуховода, отсюда находим необходимое сечение воздуховода в виде фронтальной трехгранной призмы:

Ообщий 8571 .(V (273+0 ■ В ■у

я =

умагист.кан.

0,35 ■Рбар-Й тп ■ ь■ ((Др)их.+(Др)ИИ.+ (Др)тр.+(Др)яч. ■ А

(6)

где Ь - длина секции хранилища, м.

По полученному выражению (б) была получена математическая зависимость сечения воздуховода от средней температуры в период хранения и высоты насыпи картофеля с использованием программы «MathCad 14.0».

Н,м 1

I. °с

Рис. 2 - Зависимость сечения воздуховода от средней температуры в период хранения и от высоты картофельной насыпи

Анализ математической зависимости показал, что необходимое сечение воздуховода в виде фронтальной трехгранной призмы составляет 0,42 м2 при высоте насыпи картофеля 4 м и температуре 3°С (средняя в период хранения). Исследования затрагивали основной период хранения, когда допустимый диапазон температур картофельной насыпи менялся в пределах от 2 до 4 °С. Для других периодов хранения характерен совершенно иной температурный фон и влажность картофельной насыпи, при одинаковом сечении вентиляционного канала. Таким образом, выполняются основные задачи системы вентиляции в этот период, а именно - в ликвидации градиента температуры по высоте картофельной насыпи (следовательно, и в поддержании равномерной температуры в разных частях насыпи).

Лабораторные исследования усовершенствованного воздуховода картофелехранилища Перед закладкой на хранение были определены механические повреждения клубней картофеля сорта «Удача» и уточнены физико-механические свойства клубней [4,5] в соответствии с ГОСТ 7194-81 «Картофель свежий. Правила приемки и

методы определения качества».

Программа лабораторных исследований при хранении картофеля с использованием воздуховода в виде фронтальной трехгранной призмы (патент на полезную модель №158787) включала два этапа [7]:

Первый этап.

1. На первом этапе был проведен полнофакторный эксперимент по хранению картофеля, включающий в себя использование воздуховодов в виде фронтальной трехгранной призмы, осевых вентиляторов мощностью 7,5 kW, противокон-денсационных вентиляторов с ТЭНомVRE-560ST, вентиляционных заслонок, установленных в магистральном канале (рис.3).

2. Была произведена обработка результатов исследований, их сравнение с теоретическими данными.

Второй этап.

3. Было произведено сравнение серийного и усовершенствованного воздуховодов с целью оценки пропуска вентилируемого воздуха в картофельную насыпь и энергопотребления систем вентиляции картофелехранилища в период лабораторных исследований.

Исследования проводились в период хранения картофеля в соответствии с ГОСТ 28372-93 «Картофель свежий продовольственный. Руководство по хранению, приборы и установки» в хозяйстве Рязанской области (с 01.02.15г. по 7.02.15г.) в секциях «С» и «Д» картофелехранилища, имеющих размер 10,96x18 м, объем заложенного картофеля сорта «Удача» - 156 т, при средней высоте насыпи 1,5 м. Нами были получены уравнения регрессии хранения картофеля:

- сохранность картофеля у-1 = 0,993 - 0,025х-1 - 0Д41х2 - (7)

-0Д28х3 - 0,093х2х3 + 0,09Хх^хд ,

где х1 - температура картофельной насыпи, °С;

х2 - влажность картофельной насыпи, %;

X2 - сечение воздуховода картофелехранилища, м2.

- потребление электроэнергии системами вентиляции картофелехранилища: у2 = 1,67 - 0,035Х! + 0,046х3 + 0,064х3 + (8)

+0,03х?х, + 0,05 хлх?х-> ,

» \. 22

18 - деревянные планки; 22 - зазор между планками

Рис. 3 - Воздуховод в виде фронтальной трехгранной призмы

Вестник РГАТУ, № 3(35), 2017

Результаты лабораторных исследований параметров усовершенствованного воздуховода картофелехранилища подтвердили правильность теоретических выводов о необходимой величине сечения воздуховода в виде фронтальной трехгранной призмы и позволили его уточнить до значения 0,4 м2.

Заключение

В результате теоретических исследований получена математическая зависимость движения вентилируемого воздуха через усовершенствованные воздуховоды в картофельной насыпи. Определено теоретическое значение величины площади сечения воздуховода в виде фронтальной трехгранной призмы [7], равное 0,42 м2 (сходимость с лабораторными исследованиями составляет 95,3%). В соответствии с теоретическими исследованиями воздуховода и уточнением физико-механических свойств картофеля сорта «Удача» установлен зазор между планками воздуховода, равный 20 мм, при толщине и ширине планки 40 мм. Общая длина воздуховода составляет 18 м.

Список литературы

1. Борычев, С.Н. Машинные технологии уборки картофеля с использованием усовершенствованных копателей, копателей-погрузчиков и комбайнов: дисс. докт. техн. наук. [Текст] / С.Н. Борычев - Рязань: РГСХА, 2008. - 29 с.

2. Колошеин, Д.В. Методика расчета систем активной вентиляции на основе проведенного

лабораторного эксперимента при высоте насыпи картофеля 6 метров [Электронный ресурс] / Д.В Колошеин, С.Н. Борычев, И.А. Успенский // Современные проблемы науки и образования. - 2015. -№ 1-1. Режим доступа: https://science-education. m/m/artide/view?id=19246Волкинд И.Л. Промышленная технология хранения картофеля, овощей и плодов. - М.: Агропромиздат, 1989. — 239 С.

3. Бодров В.И., Трошин В.Г. Аналитическое исследование теплового режима в насыпи картофеля и овощей при активной вентиляции// Вентиляция и кондиционирование воздуха: Межвузовский научно-технический сборник №11 —Рига, 1979.-С. 47-53.

4. Бышов Н.В. Сбережение энергозатрат и ресурсов при использовании мобильной техники/ Н.В.Бышов, С.Н. Борычев, И.А. Успенский -Рязань: ФГОУ ВПО РГАТУ, 2010. -186 с

5. Устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей. РФ/ Борычев С.Н., Рембало-вич Г.К., Успенский И.А. Патент № 2245011, 2005ГОСТ 7194-81 «Картофель свежий. Правила приемки и методы определения качества»

6. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статисческой обработки и результатов исследований). - М 1973. - 336 с.

7. Хранилище сельскохозяйственной продукции. РФ/ Бышов Н.В., Борычев С.Н., Липин В.Д., Колошеин Д.В., Савина О.А. Патент №158787, 2015.

STRORAGE HOUSE OF AGRICULTURAL PRODUCTS

Koloshein Dmitry Vladimirovich, Aspirant, Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev, dkoloshein@mail.ru

The main problems of storage of potatoes in bulk in the Russian Federation are presented. In order to increase potato conservation, the design of the air duct in the form of a frontal triangular prism with an equilateral triangle section (utility model patent No. 1578787) has been developed with a reduction in the energy consumption of the ventilation system of potato storage facilities. The object of research is the improved design of the air duct of potato storage. The subject of research is the process of storing potatoes and the movement of vented air through the duct in a potato mound. As a result of theoretical studies, a mathematical dependence of the movement of ventilated air through improved air ducts in the potato mound was obtained. The value of the sectional area of the duct is determined to be 0.42 m2. The studies covered the main storage period when the allowable temperature range of the potato mound varied between 2 and 4 C° . Laboratory studies were conducted in the Ryazan Region farm using the potato "Luck" type from 01.02. to 7.02., as a result of which theoretical studies on the rational cross section were confirmed (the convergence with theoretical studies is 95.3%), and the air duct parameters in the form of a frontal triangular prism. Parameters of the original design and technological scheme of the air duct (patent for utility model No. 158787) in the form of a frontal triangular prism, the lateral surfaces of which are made of a gap between the wooden slats with a 20 mm width and length of 40 mm and a total cross-section of the duct 0.4 m2.

Key words: potato, potato storage, ventilation system, potato safety, air duct, cross section, temperature and humidity of the potato mound.

Literatura

1. Borychev, S.N. Mashinnye tehnologii uborkikartofelja s ispol'zovaniem usovershenstvovannyh kopatelej, kopatelej-pogruzchikov i kombajnov: diss. dokt. tehn. nauk. [Tekst]/S.N. Borychev - Rjazan': RGSHA, 2008. - 29 s.

2. Koloshein, D.V. Metodika rascheta sistem aktivnoj ventiljacii na osnove provedennogo laboratornogo jeksperimenta pri vysote nasypi kartofelja 6 metrov [JElektronnyj resurs] / D.V Koloshein, S.N. Borychev, I.A. Uspenskij // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija. - 2015. - № 1-1. Rezhim dostupa: https://science-education.ru/ru/article/view?id=19246Volkind I.L. Promyshlennaja tehnologija hranenija kartofelja, ovoshhej i plodov. - M.: Agropromizdat, 1989. — 239 S.

3. Bodrov V.I., Troshin V.G. Analiticheskoe issledovanie teplovogo rezhima v nasypi kartofelja i ovoshhej

Трибуна молодых учёных

pri aktivnoj ventiljacii// Ventiljacija i kondicionirovanie vozduha: Mezhvuzovskij nauchno-tehnicheskij sbomik №11 —Riga, 197947-53.

4. Byshov N.V. Sberezhenie jenergozatrat i resursov pri ispol'zovanii mobil'noj tehniki/N.V.Byshov, S.N. Borychev, I.A. Uspenskij -Rjazan': FGOU VPO RGATU, 2010. -186 s

5. Ustrojstvo dlja otdelenija komeklubneplodovotprimesej. RF/BorychevS.N., Rembalovich G.K., Uspenskij I.A. Patent № 2245011, 2005GOST 7194-81 «КаПоШ' svezhij. Pravila priemki i metody opredelenija kachestva»

6. Dostopehov В.А. Metodika ро^одо ору^а ^ osnovami statischeskoj obrabotki irezul'tatov issledovanij). - М 1973. - 336 s.

7. Hranilishhe sel'skohozjajstvennoj produkcii. RF/Byshov N.V., Borychev S.N., ир'т V.D., Koloshein D.V., Savina О.А. Patent №158787, 2015.

УДК 656.11

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ТОПЛИВА

ПУКОВ Роман Владимирович, аспирант кафедры «Техническая эксплуатация транспорта» Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева, ^1350@ rambler.ru

Целью исследований явилось изучение возможности практической реализации устройства для экономии автотракторного топлива. Постепенное истощение запасов нефти, являющейся на сегодняшний день практически единственным сырьём для изготовления моторных топлив, обусловлено ограниченностью геологических запасов. Ввиду исчерпаемости данного ресурса, хозяйства и предприятия вынуждены существовать в условиях постоянного повышения цен на моторное топливо. Повсеместное ухудшение экологической обстановки также диктует новые, более жёсткие требования к качеству выпускаемого моторного топлива, что в свою очередь увеличивает затраты предприятий-производителей и достаточно серьёзно повышает себестоимость моторных топлив как рыночного продукта. Мировой исследовательский опыт показывает, что в настоящее время, при сложившемся потреблении нефтепродуктов и постоянном росте цен на них, одним из направлений устойчивого развития предприятий агропромышленного комплекса является оптимизация расходов на каждой стадии производства сельскохозяйственной продукции. Проблемы снижения затрат на производство сельскохозяйственной продукции, поиск путей их решения выглядят достаточно сложными для современных сельскохозяйственных предприятий. Учитывая, что доля расходов на моторное топливо является достаточно весомой статьёй расходов практически на любом сельскохозяйственном предприятии, вопрос его более рационального и эффективного использования является достаточно актуальным. Таким образом, снижение затрат на моторное топливо является весьма актуальной задачей в современных экономических условиях, так как вносит весомый вклад в каждое конкретное сельскохозяйственное предприятие, помогая выжить в условиях жесткой рыночной конкуренции, построить крепкое и сильное предприятие, которое будет иметь хороший экономический потенциал. При том, что современные двигатели, созданные с учётом последних достижений научно-технического прогресса достаточно эффективны, для повышения их экологических и экономических показателей остаётся возможность воздействия непосредственно на используемое ими топливо. Устройство для энергонасыщения топлива, использующее ультразвуковые колебания, снижает потребление топлива сельскохозяйственной техникой, способствует оптимизации расходов и уменьшает данную затратную часть.

Ключевые слова: снижение расхода, энергонасыщение, кавитация, ультразвуковая обработка топлива.

Введение

В настоящее время основным направлением повышения эффективности работы сельскохозяйственного предприятия является снижение затрат на производство продукции всеми производствен-

ными подразделениями. Получение наибольшего эффекта с наименьшими затратами, экономия трудовых, материальных и финансовых ресурсов зависят от того, как решает предприятие вопросы снижения себестоимости продукции и повышение

© Пуков Р В., 2017г.