CC BY
1Л.О. Онхонова, д-р техн. наук, проф., e-mail: onkhonova47@mail.ru И.Ю. Скрябина, аспирант Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г. Улан-Удэ
УДК 631.365.32
УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ И ПНЕВМОВЫГРУЗКИ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА
Производству зерна государство уделяет самое пристальное внимание. Из всех этапов по производству зерна наиболее узким является его послеуборочная обработка. Если в целом в послеуборочной обработке операции очистки и сушки разрешены положительно, то операции активного вентилирования и последующего временного и долгосрочного хранения требуют дальнейшей разработки. Существующие установки для послеуборочной обработки зерна активным вентилированием морально устарели и физически износились. Все известные стационарные и переносные вентиляционные устройства в виде канальных, панельных и телескопических конструкций обладают существенным недостатком -невозможностью транспортировать зерновой материал. В данной статье приведена новая конструкция трехканального аэрожелоба, позволяющая более эффективно осуществлять операции активного вентилирования и пневматической выгрузки зерна.
Ключевые слова: зерно, трехканальные аэрожелоба, активное вентилирование, пневматическая выгрузка.
L.O. Onkhonova, Dr. Sc. Engineering, Prof.
I.Yu. Skryabina, P.G.
A DEVICE FOR FORCED VENTILATION AND PNEUMATIC DISCHARGE
OF THE BULK MATERIAL
Careful attention is paid to the production of grain. Of all the stages of the grain production, the most restricted is its post-harvest processing. If in general, in the post-harvest processing the cleaning and drying operations are solved positively, the operations offorced ventilation and subsequent temporary and long-term storage require further development.
The existing plants for the post-harvest grain processing with forced ventilation are morally obsolete and physically worn out. All known stationary and portable ventilation devices in the form of channel, panel and telescopic structures have a significant disadvantage, such as the inability to transport grain material.
This article presents a new design of a three-channel air-slide, enabling more efficient operations of forced ventilation and pneumatic grain discharge.
Key words: Grain, three-channel air-slides, active aeration, pneumatic discharge.
Введение
Зерно является стратегическим сырьем для любого государства. В связи с этим производству зерна и методам его обработки и последующему сохранению уделяется самое пристальное внимание.
Ежегодно урожайность зерна возрастает, только в 2016 г. она составила более 120 млн. т. Несмотря на высокую урожайность зерновых, до сих пор не найдены технические решения, обеспечивающие сохранность зерна во время его временного и длительного хранения. Сохранность зерна могут обеспечивать устройства, обладающие способностью аэрировать и вентилировать зерновой материал.
К таким устройствам относятся стационарные и переносные установки в виде канальных, панельных и телескопических конструкций. Если названные устройства положительно проявили себя во время процесса активного вентилирования, то они совершенно непригодны для использования их в режиме транспортирования. Устройствами, зарекомендовавшими себя для применения их в двух режимах - активного вентилирования и пневматической выгрузки,
60
являются аэрожелоба. На сегодня известны аэрожелоба одноканальной и трехканальной конструкции.
Однако этим аэрожелобам присущи недостатки.
Одноканальные аэрожелоба требуют переделки пола зернохранилищ при их установке; остаются большие непродуваемые зоны между ними; наблюдается частая поломка деталей, есть необходимость применения другой механизированной техники и ручного труда, происходит большой расход воздуха и электроэнергии.
Трехканальные аэрожелоба обладают рядом достоинств - коэффициент неравномерности воздухораспределения кУ незначителен, высока способность эффективно транспортировать зерновой материал в псевдоожиженном слое. Но трехканальные аэрожелоба так же, как и одноканальные, расходуют значительное количество электроэнергии, особенно в режиме пневмотранспортирования. Несмотря на отмеченные недостатки, трехканальные аэрожелоба являются перспективным видом устройства для выполнения операций активного вентилирования и пневмовыгрузки.
Цель исследования - разработка более совершенной конструкции трехканального аэрожелоба.
Существующие до настоящего времени устройства по обеспечению сохранности зерна методом активного вентилирования используются в эксплуатируемых до сего времени зернохранилищах горизонтального типа, дополнительно оборудованных рассекателями, устанавливаемыми между одноканальными аэрожелобами. В зернохранилищах вертикального типа, представленных бункерами различной вместимости, положительно зарекомендовали себя трехканальные аэрожелоба.
Трехканальный аэрожелоб представляет собой устройство, состоящее из трех каналов -одного центрального магистрального и двух боковых, оснащенных перфорированными перегородками [1-3]. Эти устройства позволяют в комбинации осуществить операции активного вентилирования и пневмотранспортирования без использования ручного труда. В этом их большое достоинство.
Однако трехканальным аэрожелобам все же присущи недостатки, главным из которых является большой расход электроэнергии. Этот недостаток вызван несовершенством конструктивных особенностей.
Материалы, методы и исследования
Материалом для исследования послужила новая конструкция трехканального аэрожелоба.
В данной статье предложена конструкция трехканального аэрожелоба с новым техническим решением [4].
На рисунке 1 приведена принципиальная схема установки. Установка содержит бункер 1, транспортирующий основной 2 и боковые воздухораспределительные 3 каналы. Каналы 2 и 3 снабжены перфорированными решетками 4 и 5 соответственно. Перфорированные решетки основного 4 и боковых 5 воздухораспределительных каналов закреплены на раме 6. Под рамой 6 установлено устройство для регулирования воздушного потока, выполненное в виде размещенных друг за другом нескольких горизонтальных жалюзи 7. Каждое жалюзи 7 содержит набор поперечных пластинок 8, расположенных перпендикулярно движению сыпучего материала. Пластины 8 каждого жалюзи соединены с механизмом 9 поворота пластин, блок управления которого соединен с датчиком 10 движения сыпучего материала, закрепленного под решеткой 4 основного канала 2. Таким образом, количество датчиков 10 соответствует количеству жалюзи 7. Механизм 9 расположен в конце каждого жалюзи. Пластины 8 установлены с возможностью поворота до 90°. Аэрожелоб снабжен вентилятором 11 и выгрузным люком 12.
Трехканальный аэрожелоб для активного вентилирования и транспортирования сыпучего материала работает следующим образом.
Исходный сыпучий материал загружают в бункер 1. От вентилятора 11 воздушный поток поступает в основной транспортирующий воздухораспределительный канал 2 и воздухораспределительные боковые каналы 3.
. А А-А
Рисунок 1 - Трехканальный аэрожелоб для активного вентилирования и транспортирования сыпучего материала: 1 - бункер; 2, 3 - основной и боковые воздухораспределительные каналы;
4, 5 - перфорированные решетки; 6 - рама; 7 - горизонтальное жалюзи; 8 - поперечные пластины;
9 - механизм поворота; 10 - датчик движения сыпучего материала; 11 - вентилятор;
12 - выгрузной люк
Нагнетаемый вентилятором воздух, проходя через перфорированные решетки 4 и 5, активно вентилирует и приводит к транспортированию материала в псевдоожиженном состоянии. При загрузке сыпучего материала на решетку 4 срабатывают датчики 10 движения материала. Первое жалюзи 7 в начале аэрожелоба (установленное со стороны вентилятора) находится в рабочем (открытом) положении. Пластины 8 повернуты на 90°, а следующие жалюзи находятся в горизонтальном положении (закрытом). Далее сыпучий материал под действием угла естественного откоса скатывается по перфорированным решеткам 4 и 5 в сторону выгрузного люка. Скатыванию и перемещению сыпучего материала также способствуют воздушные потоки, подаваемые в воздухораспределительные каналы. При поступлении сыпучего материала на перфорированные решетки, под которыми расположено следующее жалюзи, срабатывает датчик движения 10, который передает сигнал на блок управления механизма 9. Пластины 8 плавно открываются от начала жалюзи, и воздушный поток проходит через перфорированные решетки 4 и 5, обдувая сыпучий материал.
Процесс повторяется на последующих жалюзи.
При полном заполнении аэрожелоба все жалюзи открыты, и происходит процесс активного вентилирования, по окончании которого в режиме пневмотранспортирования сыпучий материал продвигается к выгрузному люку 12. Разгрузка материала проходит в два этапа. Сначала при выключенном вентиляторе под действием гравитационных сил самостоятельно разгружается большая часть материала через выгрузной люк 12. Разгрузка продолжается до достижения угла естественного откоса. Большая часть неразгруженного материала сосредоточивается в торцевой части аэрожелоба.
В аэрожелобе срабатывают датчики движения, сигнализирующие о том, что отсутствует движение сыпучего материала, в этот момент блок управления регулирует механизмом поворота 9 и закрывает пластины, вследствие чего электродвигатель выключается и воздух не имеет возможности проходить через перфорации.
Таким образом, устраняется непроизводительный расход воздуха, а следовательно, уменьшается расход электроэнергии.
При включении вентилятора зерновой материал, находящийся в начале аэрожелоба, перемещается на середину бункера, реагирует ближайший датчик движения, и блок управления
62
механизмом поворота пластин 9 открывает соответствующие пластины 8, давая возможность дальнейшему транспортированию сыпучего материала.
Во многих исследованиях доказано, что аэрожелобам присущ такой большой недостаток, как нерегулируемая производительность. Производительность разгрузки в начале процесса максимальная, составляет она около 50 т/ч, в конце она минимальная - около 5-7 т/ч [3].
Проведенными экспериментальными данными выявлена работоспособность трехканаль-ного аэрожелоба данной конструкции в бункере в двух режимах.
После заполнения бункера зерновым материалом открыты все воздушные заслонки, которыми снабжены три воздухораспределительных канала. Воздух, нагнетаемый вентилятором, проходит вдоль всех каналов и поднимается через перфорированные отверстия снизу вверх, аэрируя обрабатываемый материал.
В режиме активного вентилирования отмечено равномерное воздухораспределение, застойных невентилируемых зон не выявлено. Снижение влажности зерна происходит плавно, только в начале процесса наблюдается небольшой скачок в сторону снижения (рис. 2). Это объясняется интенсивной миграцией влаги в межзерновом пространстве из-за подачи нагнетаемого воздуха.
А
10 _
8 _
2
0 '-1-1-1-1-1-1-► т' мин
6
4
10 20 30 40 50 60
Рисунок 2 - Зависимость влажности от времени вентилирования
Из графика видно, что в течение 60 мин съем влаги составил 2-2,15% при толщине зернового слоя 0,8 м. При дальнейшем вентилировании снижения влаги не наблюдается или оно незначительно. Опыты проводились в течение 1 ч.
В режиме пневматической выгрузки работал основной транспортирующий канал. Боковые каналы были заглушены, и воздух нагнетался только в основной транспортирующий канал. Необходимости функционирования боковых воздухораспределительных каналов не было. Зерновой слой и отдельные зерна могли самостоятельно перемещаться вниз по наклонной поверхности канала. Угол наклона боковых каналов превышал угол естественного откоса зерна.
Проведенными опытами выявлена работоспособность аэрожелоба предложенной конструкции с новыми техническими решениями. Производительность разгрузки равномерная: в начале процесса - максимальная, в конце - с небольшим снижением (рис. 3).
При проведении опытов пользовались стандартной методикой и стандартными приборами.
С,кг/с 4 1,5
1,25 -
1,0 -
0,75 -
0,5 0
"1-1-1-1-Г
т, мин
10 20 30 40 50 60
Рисунок 3 - Зависимость разгрузки аэрожелоба от времени работы аэрожелоба
Из графика видно, что уже в начальный момент разгрузки производительность была самой высокой и составляла 1,5 кг/с. Затем она несколько снизилась и в конце разгрузки составила 1, 25 кг/с.
Выводы
Предложенная конструкция трехканального аэрожелоба позволяет значительно сократить непроизводительный расход воздуха, тем самым сокращая расход электроэнергии. При установке устройства для регулирования воздушного потока, выполненное в виде установленных друг за другом нескольких горизонтальных жалюзи, состоящих из набора поперечных пластин, механизмом поворота пластин, датчиков движения сыпучего материала, достигается равномерная разгрузка сыпучего материала, следовательно, осуществляется равномерная производительность.
Библиография
1. Блохин П.В. Аэрожелоба для транспортирования зерна. - М.: Колос, 1981. - 111 с.
2. Мельник Б.Е. Вентилирование зерна. - М.: Колос, 1970. - 183 с.
3. Онхонова Л.О. Научные основы создания и применения универсальных аэрожелобов в процессах послеуборочной обработки зерна и семян / под науч. рук. и ред. В.И. Анискина. - М.: Изд-во ВИМ, 2000 - 250 с.
4. Заявка на предполагаемую полезную модель от 23 февраля 2017.
Bibliography
1. Blokhin P.V. Air-slides for the grain transportation. - M.: Kolos, 1981 - 111 p.
2.MelnikB^. Aeration of grain. - M.: Kolos, 1970. - 183 p.
3. Оnkhonova L. О. Scientific principles of the creation and application of universal air-slides in the processes of post-harvest processing of grain and seeds. - M.: VIM, 2000 - 250 p.
4. Application for the proposed utility model of February 23, 2017.
