CC BY
17
УДК 621.86.067.2 Аспирант Ю.Р. КАЗАКОВ
(kazakyu75@yandex.ru) Канд. техн. наук В.Т. АНТУФЬЕВ
(Университет ИТМО, antufjew2010@yandex.ru)
ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПИТАТЕЛЕЙ ДЛЯ ВЫСОКОТОЧНОГО ДОЗИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ ЗЕРНОВЫХ ПРОДУКТОВ
Сыпучий продукт, истечение из питателя, ультразвуковое побуждение, стабилизация потока, точность дозы
Каждое большое производство, связанное с переработкой зернопродуктов и других сыпучих материалов, постоянно внедряет инновационные технологии и разработки в сфере дозирования. Особенно важно их внедрение в сельском хозяйстве. Особая популярность принадлежит дозаторам сыпучих материалов, которые помогают точно дозировать продукты, производимые сельскохозяйственными предприятиями. Дозаторы - это достаточно сложные физико-механические системы, контролируемые электронными и микропроцессорными блоками управления. Сейчас существует возможность автоматического дозирования практически любого продукта с высокой точностью. Однако следует отметить, что при расчете производительности считаются постоянными физико-механические свойства дозируемого материала. Только тогда дозаторы соответствуют действующему ГОСТу 10223-97. В действительности же эти свойства могут существенно изменяться, что отрицательно влияет на точность дозирования. При этом большая часть пищевых сыпучих продуктов плохо выгружается из-за статических электрических сил, межатомного сцепления и т.д. [1]. Многие материалы легко впитывают влагу, что обусловливает дополнительные адгезионные силы, существенно влияющие на стабилизацию потока. При этом наблюдаются агломерация частиц, сводо- и воронкообразование в бункерах и питателях, нарушается равномерность подачи продукта в дозатор [2].
Дозатор служит для получения порций (доз) продукта необходимой величины. Важнейшую роль в его конструкции выполняет питатель, который обычно создает упорядоченный поток сыпучего продукта по определенному закону. Это может быть стабилизированный поток продукта, пульсирующий поток или дискретные дозы продукта. Характер процесса дозирования прежде всего зависит от физического состояния дозируемой среды.
Под термином «сыпучие» материалы будем понимать свободно текучие зернистые материалы[4]. Совершенно очевидно, что термин «сыпучий» материал не является достаточно точным, поскольку до настоящего времени отсутствуют общепринятые критерии разделения зернистых материалов на связные и несвязные (свободно текущие). В то же время на практике существует достаточно точное и понятное разделение. Если при движении зернистого материала образуется поток из отдельных частиц, контактирующих друг с другом, и при этом скорость и траектория каждой частицы могут изменяться в достаточно широких пределах, то обычно считают, что это сыпучий материал. Если при движении образуются заметные области, в которых большое количество частиц имеет одинаковые траектории и скорости движения, то материал считается трудно сыпучим или связанным [1]. В этом случае в мировой практике широкое распространение получили вибрационные методы интенсификации технологических процессов дозирования, позволяющие повысить качество и снизить энергоемкость процесса. Повышение точности дозирования происходит при этом за счет того, что вибрации постоянно разрушают свод трудно сыпучих зерновых продуктов, обеспечивают его раздробление и облегчение прохождения через дозирующее устройство, что предотвращает как излишний пропуск дозы материала, так и его уменьшение по величине [3]. Недостатками вибрационных методов являются повышенная металлоемкость и сложность устройств, частота обслуживания, пыльность и шумность процесса (до 80дБ) [2]. Ультразвуковые аппараты компактны, легко экранируются или могут помещаться внутрь питателей, не требуют демпфирующих развязок.
Среда, в которой распространяется ультразвук, вступает во взаимодействие с проходящей через него энергией и часть ее поглощает. Преобладающая часть поглощенной энергии преобразуется в механические перемещения частиц и тепло. Поглощение является результатом трения частиц друг об друга, в различных средах оно различно. Поглощение зависит также от частоты ультразвуковых колебаний.
Под действием ультразвука изменяются основные физико-химические свойства сыпучих продуктов: температура, сыпучесть. Приобретается свойство псевдожидкости и интенсивной диффузии (взаимопроникновения) пристенных слоев в центральные, идет дополнительная электризация частиц и прилипание к ним мелкой пыли, уменьшается трение между частицами крупы и их истирание, падает зависимость от влажности продукта. Такие новые свойства положительно сказываются на равномерности истечения зернистого материала из питателя и качество работы любого дозатора.
Ультразвук существенно интенсифицирует тепло и массообменные процессы частиц сыпучего продукта с воздухом помещения и ускоряет испарение конденсата, нередко образующегося на крупе. Физическая сущность влияния ультразвука на теплообмен заключается в проникновении акустических потоков в пограничный и ламинарный подслой выдавленного воздуха, что приводит к деформации этих слоев, их турбулизации и перемешиванию. В результате этого в несколько раз увеличивается коэффициент теплопередачи и скорость теплообмена воздуха с зерном, исключая образование конденсата из воздуха на холодном продукте.
Основными параметрами волны являются длина волны и период. Число циклов, совершенных за одну секунду, называется частотой и измеряется в Герцах (Гц). Время, требуемое чтобы совершить полный цикл, называется периодом и измеряется в секундах. Взаимосвязь между частотой и периодом волны определяется по формуле:
/ = 1 , (1)
где f - частота, Гц;
Т- период, с.
Скорость звука в идеальном упругом материале при заданной температуре и давлении является постоянной. Связь между скоростью ультразвука и длиной волны следующая:
Я = ^ , (2)
где А - длина волны, м; с - скорость звука, м/с.
В твердых веществах для продольных волн скорость звука:
С( = II ,
( У!р (1 + Ц)(1-2Ц)
где с - скорость звука для продольных волн, м/с; Е - модуль упругости, Па;
коэффициент Пуассона; р- плотность, кг/м3.
Для поперечных волн она определяется по формуле
"=I (4)
где - скорость звука для поперечных волн, м/с; О - модуль сдвига, Па.
Настоящая работа направлена на изучение процесса дозирования трудно сыпучих зерновых продуктов путем подбора параметров ультразвука, которые улучшают равномерность истечения их из питателя при увеличении производительности и надежности дозатора [7].
При дозировании сыпучих сред выполняются следующие основные операции: перемещение зерновых продуктов от входа питателя к его выходу, формирование равномерного потока и предварительное дозирование в пределах производительности дозатора [7]. Все эти процессы в значительной степени улучшаются. Уменьшается коэффициент внешнего трения между стенками питателя и дозируемым материалом (&т), как и коэффициент внутреннего трения дозируемого материала ^в), который должен быть 1Мв.
В результате теоретических исследований нами обоснованы основные параметры ультразвукового питателя сыпучих продуктов. Для оценки эффектов влияния УЗВ на зерновой материал в состоянии насыпной плотности была разработана и изготовлена специализированная ультразвуковая оснастка для соединения излучателя ультразвука с выпускным окном питателя. Обработка материала ультразвуком осуществлялась четырьмя уровнями амплитуды (10, 20, 30, 40 мкм.), задаваемыми по программе через компьютер. Заполнение питателя сыпучим материалом производилось непрерывно, а затем и периодически с соблюдением условия, что высота слоя должна быть более диаметра бункера [3]. Истечение сыпучего материала из бункера происходит при величине эквивалентного диаметра выгрузного отверстия dэкв=10, наклоне стенок днища питателя к вертикали 35 градусов и влажности зерна 13%.
При включении ультразвукового генератора излучатель колебаний передает колебательные движения питателю с зерновым продуктом. При открытии заслонки выпускного отверстия происходит истечение продукта, количество которого замерялось за определенный промежуток времени. Эксперименты показали, что ультразвук эффективно поглощается в сыпучем материале, и диссипация звуковой энергии приводит к разрушению зерновых агломератов, повышению дисперсности поступающего на дозирование продукта с изменением морфологии частиц и с их механоактивацией. Этому также способствует массоперенос частиц, происходящий благодаря возникновению акустических течений.
Даже при воздействии ультразвука малой интенсивности (амплитуда 10-20 мкм), когда акустические течения отсутствуют, происходит практически равномерная взаимная укладка частиц, что наблюдалось визуально через прозрачную стенку питателя. По сравнению с истечением без ультразвука производительность питателя из-за снижения межчастичного и пристенного трения повысилась на 3-7% (рис. 2).
к Зависимость производительности питателя £ от амплитуды ультразвукового излучателя.
Амплитуда УЗВ А, мкм
Рис.2. Зависимость производительности питателя от амплитуды ультразвукового излучателя
При увеличении амплитуды до 30-40 мкм темп прироста производительности снизился, несмотря на удвоение величины амплитуды, и не превысил 8-9%, так как все каверны и пульсации в потоке исчезли. Процесс удовлетворительно описывается зависимостью, полученной из экспериментальных данных в программе ЕХL:
G = 8E-05A + 0,0334.
Ранее предварительные опыты показали, что подача УЗВ в осевом направлении является менее эффективной, чем в направлении, перпендикулярном вертикальной оси питателя.
Таким образом, ультразвуковое воздействие в исследованных режимах позволяет в бункере питателя ингибировать образование каверн и агломератов, повысить равномерность плотности зернового материала в потоке, подаваемом в дозатор. Этот факт свидетельствует о формировании гомогенной структуры зернового материала.
Дальнейшее выявление закономерностей и зависимостей, характеризующих вышеуказанные процессы, позволит обосновать параметры технологических процессов и машин, обеспечивающих существенное повышение точности дозирования трудно сыпучих зерновых продуктов и значительно снизить энергоемкость производства.
Л и т е р а т у р а
1. Гортинский В.В., А.Б. Демской, Борискин М.А. Процессы сепарирования на перерабатывающих предприятиях.- М.,1980. -300с.
2. Варсанофьев В.Д., Варсанофьев В.Д., Кальман-Иванов Э.Э. Вибрационная техника в химической промышленности. - М.: Химия.- 1985.- 240 с.
3. Рогинский Г. А. Дозирование сыпучих материалов - М.: Химия. - 2008. -176 с.
4. Макевнин М.П. и др. Свойства сыпучих материалов и термины. // Механика сыпучих материалов: Тез. докл. IV Всесоюз. конф. - Одесса, 2007. - С. 6-7.
5. Патент на изобретение № 2351520.
6. Патент на изобретение № 2433939.
7. Воронкин П.А., Тарасов В.П. Методика исследований ультразвукового воздействия на процесс пневмотранспортирования// Современные проблемы техники и технологии пищевых производств: Мат.12 междунар.науч.-практ.конф. (17 ноября 2009 г.) / Под общей ред. О. Н. Тереховой; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. - Барнаул, 2009. - С. 76 - 81.
8. Сорокин С.А., Гнездилов А.А., Пехтерев К.А. Изменение эффективной вязкости дисперсных сыпучих материалов под воздействием вибрации дозатора // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2006. -№ 4. - С. 24-29.
УДК 631.331 Доктор техн. наук М.А. НОВИКОВ
(СПбГАУ, mihanov25@rambler.ru) Канд. техн. наук П.В. ДЕМКО (СПбГАУ) Аспирант В.И. ВЕТУШКО (СПбГАУ, masterkms@mail.ru)
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ГИБРИДНЫХ СЕМЯН ПОДСОЛНЕЧНИКА ПУТЁМ МОДЕРНИЗАЦИИ КОНСТРУКЦИИ СЕЯЛОК ОТЕЧЕСТВЕННОГО И ЗАРУБЕЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Гибридные семена, подсолнечник, сеялка
Подсолнечник, имея свое американское происхождение, как масличная культура в образе сортовой популяции родилась в России, которая подарила всему миру самое качественное из всех растительных масел, доступных широкому потребителю.
В 1912 г. академик В.С. Пустовойт организовал опытное поле, в 1924 г. реорганизованное в опытно-селекционную станцию и в 1932 г. - преобразованную во Всесоюзный научно-исследовательский институт масличных культур. Величайшим достижением российских селекционеров этого периода явилось, прежде всего, перерождение солнечного цветка из «дикаря» в культуру производственного значения, а также повышение ее масличности и продуктивности [1, 2].
Среди многих масличных культур, возделываемых в РФ, подсолнечник - основная. На его долю приходится 75% площади посева всех масличных культур и до 80% производимого
