Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1. Оценка основных физико-механических свойств зерновых материалов и возможности их разделения 9
1.2. Классификация пневмосистем зерноочистительных
машин и пневмосепараторов зерна 15
1.2.1. Способы воздействия воздушного потока на материал и внешние прилагаемые силы 15
1.2.2. Особенности подвода воздушного потока в зону сепарации материала 17
1.2.3. Особенности ввода материала в воздушный поток 23
1.3. Анализ конструкций пневмосистем зерноочистительных машин и пневмосепараторов зерна 25
1.3.1. Конструкции пневмосепарирующих устройств... 25
1.3.2. Выбор генератора воздушного потока 27
1.3.3. Воздухоподводящие и отводящие каналы 31
1.3.4. Конструкции воздухоочистителей 31
1.3.5. Регулирующие и выравнивающие устройства 34
1.4. Анализ технологий послеуборочной обработки
зернового материала 38
1.5. Обзор зерноочистительных машин и сепараторов зерна. 41
1.6. Постановка цели и задачи исследования 51
2. Теоретические предпосылки процесса разделения зернового материала на фракции 54
2.1. Анализ факторов, влияющих на процесс разделения зернового вороха на фракции в замкнутой пневмосистеме сепаратора зерна 54
2.2. Обоснование независимого регулирования скорости воздушного потока в параллельных нагнетательных каналах замкнутой пневмосистемы 59
2.3. Расслоение по скорости витания частиц зерновой смеси на пронизываемой воздушным потоком наклонной перфорированной поверхности 66
2.4. Определение траектории движения частиц зерновой смеси в разделительной камере пневмосепаратора 74
2.4.1. Дифференциальное уравнение движения материальной точки в наклонном воздушном потоке 74
2.4.2. Решение дифференциального уравнения движения материальной точки в наклонном воздушном потоке
2.5. Выводы 77 з
3. Программа и методика экспериментальных иследований 83
3.1. Программа экспериментальных исследований 83
3.2. Методика экспериментальных исследований
3.2.1. Приборы и оборудование 83
3.2.2. Экспериментальные установки 87
3.2.3. Методики проведения лабораторных исследований и обработки экспериментальных данных 92
4. Результаты экспериментальных исследований 100
4.1. Исследование режимов работы диаметрального вен
тилятора с двумя выходными каналами 100
4.1.1. Аэродинамическая характеристика вентилятора.. 100
4.1.2. Определение оптимального расположения делительной стенки 102
4.1.3. Регулирование скорости воздуха в параллельных выходных каналах 107
4.2. Исследования замкнутой пневмосистемы сепаратора зерна 110
4.2.1. Аэродинамика замкнутой пневмосистемы сепаратора зерна 111
4.2.2. Соотношение скорости воздуха в каналах 112
4.2.3. Поле скорости воздуха в разделительной камере.. 113
4.3. Исследование процесса разделения зернового материала 117
4.3.1. Характер распределения зернового материала в разделительной камере сепаратора 117
4.3.2. Влияние конструктивных факторов перфорированной поверхности пневмопитающего устройства на работу сепаратора 121
4.3.3. Исследование плотности распределения зерновой струи в разделительной камере 124
4.4. Определение конструктивных факторов сепаратора зерна 128
4.4.1. Оптимизация конструкции перфорированной поверхности 128
4.4.2. Определение параметров разделительной камеры 130
4.4.3. Определение расположения приемника первой фракции 133
4.4.4. Определение расположения приемника второй фракции 136
4.4.5. Определение расположения приемника третьей фракции 138 4.5. Исследование работы пневмосепаратора зерна в
лабораторных условиях 140
4.5.1. Влияние подачи материала на процесс работы сепаратора 140
4.5.2. Влияние влажности и засоренности материала на процесс работы сепаратора зерна 143
4.6. Выводы 146
5. Результаты исследования пневмосепаратора в производственных условиях и оценка эффективности его работы 147
5.1. Исследование пневмосепаратора зерна в производственных условиях 147
5.2. Энергетическая оценка эффективности работы сепаратора зернового вороха 152
5.3. Расчет экономической эффективности применения пневмосепаратора зернового вороха 154
Общие выводы 156
Литература
- Особенности ввода материала в воздушный поток
- Обоснование независимого регулирования скорости воздушного потока в параллельных нагнетательных каналах замкнутой пневмосистемы
- Методики проведения лабораторных исследований и обработки экспериментальных данных
- Регулирование скорости воздуха в параллельных выходных каналах
Введение к работе
Актуальность темы. Производство зерна является важнейшей іерой сельскохозяйственного производства, так как от него зависит епень обеспечения населения продуктами питания, уровень разви-я кормовой базы для животноводства и сырьевой базы для ряда отелей промышленности. Решение зерновой проблемы в стране во югом зависит от совершенства технологий и машин, обеспечиваю-их уборку и послеуборочную обработку урожая с минимальными >терями полноценного зерна и его травмированием при наименьших тратах труда и средств.
Анализ существующих схем зерноочистительных машин показы-ет, что повышение их пропускной способности достигается за счет сличения габаритов рабочих органов: ширины и длины решетных анов, диаметра триерных цилиндров, площади воздухоподводящих .налов и пневмосепарирующих устройств. В условиях энергетиче-ого кризиса и роста цен на электроэнергию увеличение габаритов ібочих органов нерационально. Поэтому в последние годы в нашей ране и'за рубежом'ведется поиск новых более эффективных техно->гий и технических решений.
Отечественными и зарубежными учеными разработана фракци-шая технология послеуборочной обработки зернового материала, рименение последней на стадии предварительной очистки лозволя- выделять фракцию наиболее полноценных, богатых' питательными :ществами семян, которые при попадании в почву дают быстрые и юномерные всходы. Одновременно уменьшается количество взаи-эдействий семян с рабочими органами зерноочистительных машин, шжается их травмирование и себестоимость полученных семян.
На основании изложенного можно констатировать, что немаловажне значение имеет разработка зерноочистительной машины предвари-:льной очистки, которая может работать в режиме фракционирования ірнового вороха.
Работа выполнена в соответствии с планом научно- исследова-:льских работ Вятской ГСХА (тема 21 "Совершенствование техно-лгического процесса и конструкций машин, установок и оборудовала послеуборочной обработки зерна").
Цель 'исследования. Целью данной работы является интенсифи-щия рабочего процесса зерноочистительной машины путем фрак-зонирования зернового материала за счет предварительного его рас-юения и воздействия двух воздушных потоков.
Объект исследования. Для исследования выбраны физико механические свойства зерновых материалов, на основании которы определяются наилучшие способы и условия их послеуборочной of работки, зерноочистительная машина предварительной очистки зер на, а также диаметральный вентилятор с двумя выходными каналами
Научная новизна. Разработана зерноочистительная машин предварительной очистки зерна (сепаратор), включающая питающе и разгрузочные устройства, цилиндрическое решето и замкнутуї пневмосйстему (патент РФ № 2166385). Аспирациоиная система ее держит диаметральный вентилятор, два воздухоподводящих каналі пылеосадитель, разделительную и осадочную камеры. В раздели тельной камере машины благодаря двум воздушным потокам, гене рируемым одним диаметральным вентилятором, получены оптималь ные поля скорости воздуха, как для режимов очистки, так и фракций нирования зернового вороха.
Разработан диаметральный вентилятор (патент РФ № 2176034) -двумя выходными нагнетательными каналами, в которых осуществ ляется практически независимое регулирование скорости воздуха.
Получены математические зависимости изменения скорости возду ха в одном из каналов при регулировании скорости в другом, определе ны условия, при которых наблюдается наиболее независимые режимі работы параллельно расположенных выходных каналов вентилятора.
Определены математические зависимости, характеризующие со противление зерновой смеси, вводимой в воздушный поток по на клонной перфорированной поверхности, которые позволяют вычис лять оптимальные условия подвода воздуха в зону сепарации и габа ритные размеры перфорированной поверхности. '
Экспериментально уточнено расположение делительной стенки і выходном патрубке диаметрального вентилятора, обеспечивающеі практически независимое регулирование скорости воздуха в одном, и: его выходных каналов, и приемников фракций зерна, размещенных і делительной камере пневмосепаратора.
Предложен способ унификации зерноочистительной машины, позволяющий без существенных затрат переводить машину из режим* фракционирования материала в режим очистки и наоборот.
Практическая ценность и реализация результатов исследования. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований создана зерноочистительная машина, обладающая высокими показателями выполняемого технологическогс
зоцесса при относительно низких удельных затратах электроэнер-іи, позволяющая осуществлять работу машины как в режиме ракционирования материала, так и его очистки. Опытный образец шной машины внедрен и прошел производственные испытания в ПХ ."Пригородное" ГУ ЗНИИСХ Севёро- Востока им. Н.В. Руд-ицкого Кировской области.
Апробация работы. Основные положения работы доложены, обведены и одобрены на научно- практических конференциях профес-эрско; -преподавательского состава и аспирантов Вятской ГСХА, ГУ НИИСХ Северо-Востока им Н.В. Рудницкого (1998- 2001г.) и научно-рактических конференциях в городе Плоцке (Польша, 2000- 2003 г.).
По материалам исследований опубликовано 7 научных статей и
олучено 2 патента РФ на изобретение. .
На защиту выносятся следующие положения:
технологическая схема и конструктивные параметры диаметрального вентилятора с двумя выходными каналами;
технологическая схема зерноочистительной машины, позво-1ЯЮЩСЙ очищать зерновой материал от примесей и делить его на эракции по скорости витания; ,
способ, позволяющий регулировать эпюру распределения скороти воздуха в разделительной камере пневмосистемы и создавать оптимальную структуру воздушного потока в ней;
рациональные конструктивно- технологические параметры разделительной камеры и расположения приемников фракций зерна;
математические модели,, оценивающие эффективность очистки эт примесей и разделения зернового материала на фракции;
результаты производственных испытаний зерноочистительной машины.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Включает в себя 180 страниц, 7 приложений, , 65 рисунков и 14 таблицами. Список использованной литературы содержит 118 наименований.
Особенности ввода материала в воздушный поток
На эффективность функционирования пневмосистемы, и, как результат этого - качество очистки зерна основное влияние оказывает состояние воздушного потока, подводимого в пневмосепарирующее устройство [18, 48, 68]. В процессе развития сельскохозяйственной техники ученые решают вопрос рационального способа подвода и структуры воздушного потока для каждой конкретной пневмосистемы, руководствуясь принципами снижения металлоемкости и энергоемкости разработки, а также повышением качества очистки материала. Поэтому все существующие конструкции зерноочистительных машин, используемых также и для разделения материала на фракции, можно подразделить следующим образом (рис. 1.2).
1. По источнику воздушного потока в пневмосистеме различаются зерноочистительные машины с осевыми, радиальными (центробежными), диа 18 метральными вентиляторами и централизованной воздухораспределительной системой (ЦВС). Наибольшее распространение получили радиальные и диаметральные вентиляторы [19, 101, 104, 107].
В осевых вентиляторах воздушный поток не меняет своего направления движения, поэтому данные вентиляторы создают значительные по величине расхода воздушные потоки, но их малого давления [107].
В радиальных вентиляторах воздушный поток поворачивается на угол 90 за время движения в нем, поэтому воздушному потоку характерны высокие значения развиваемого давления и расхода воздуха. В зависимости от максимального развиваемого давления воздуха и марки они делятся на вентиляторы низкого, среднего и высокого давления [101]. Наибольшее применение в пневмосистемах зерноочистительных машин нашли вентиляторы низкого и среднего давления, значение которого достигают 1000...3000 Па при расходе воздуха 0,4...0,6 м /с. Эти вентиляторы обладают высоким коэффициентом полезного действия - в пределах 0,7... 0,75 и большим диапазоном создаваемой скорости воздуха. Но из -за особенности конструкции радиального вентилятора ограничивается ширина получаемого воздушного потока, что уменьшает возможность применения его в пневмосистемах современных зерноочистительных машин. Также значительная неравномерность распределения скорости воздуха по высоте и ширине выходного патрубка вентилятора приводит к необходимости установки дополнительных выравнивающих устройств. [9, 14, 47, 58].
В последнее время значительное распространение в пневмосистемах зерноуборочных и зерноочистительных машин получили диаметральные вентиляторы, разработчиками которых являются ученые: Б.Г. Турбин, Н.П. Сычугов; А.И. Бурков; А.Г. Коровкин, Б.Г. Плехов. Н.В. Жолобов и др. [2, 3, 37, 107]. В данном вентиляторе воздушный поток дважды проходит через межлопаточные каналы рабочего колеса и дважды изменяет направление движения нагнетаемого воздуха. Как отмечает ряд названных авторов, диаметральные вентиляторы в процессе своей работы создают равномерный плоскопараллельный воздушный поток, что является одним из определяющих факторов, влияющих на эффективность сепарации материала. С помощью данных вентиляторов можно получить воздушный поток большой ширины, что значительно облегчает его установку в пневмосистемы зерноочистительных машин. Недостатком диаметрального вентилятора считается сравнительно низкое значение коэффициента полезного действия, который не превышает 7тах = 0,35...0,45 [64, 107].
Центральные воздухораспределительные системы (ЦВС) применяются на крупных промышленных предприятиях. ЦВС с целью уменьшения габаритов зерноочистительных машин, снижения затрат на создание воздушного потока и его очистку [88]. Генератором воздушного потока в данных системах, как правило, являются также радиальные или диаметральные вентиляторы. К недостаткам ЦВС относится сложность независимого регулирования скорости воздушных потоков в пневмосистемах отдельных машин, так как изменение скоростного режима в одной зерноочистительной машине приводит к изменению скорости воздуха в другой. Также можно отметить необоснованно высокие потери полного давления воздушного потока на преодоление местных сопротивлений фасонных частей воздуховодов и распределительных устройств.
2. По способу движения воздушного потока пневмосистемы можно подразделить на замкнутые, разомкнутые и замкнуто-разомкнутые (комбинированные) [19, 70, 83]. В разомкнутых пневмосистемах воздушный поток участвует в воздействии на материал один цикл, а затем - после очистки выбрасывается в атмосферу. В замкнутых пневмосистемах воздушный поток участвует в обработке материала многократно, в результате чего снижаются удельные энергозатраты на его создание, по сравнению с разомкнутыми пневмосистемами. Для замкнуто-разомкнутых (комбинированных) систем характерно наличие двух или более пневмосепарирующих устройств и генераторов воздушного потока. В данных аспирационных системах выводится наиболее запыленная часть воздушного потока, а оставшаяся часть вновь воздействует на материал. В комбинированных аспирационных системах движение воздушного потока сложное и до конца не изучено, поэтому они реже применяется на практике.
3. В перечисленных выше пневмосистемах в зависимости от расположения источника (генератора) воздушного потока применяется всасывающее, всасывающе- нагнетательное и нагнетательное воздействия на материал в зоне его ввода в пневмосепарирующее устройство. Исследования Б.Г. Турбина, А. Я. Малиса, А. Р. Демидова, А. И. Нелюбова, Е. Ф. Ветрова и других авторов показали, что по эффективности воздействия на материал данные воздушные потоки примерно одинаковы [70, 83, 107]. Основным недостатком нагнетательных воздушных потоков является выброс части воздушного потока через негерметичные соединения, что повышает уровень запыленности вокруг машины. У всасывающих воздушных потоков данный недостаток компенсируется за счет создания разряжения по всей линии пневмосистемы, а недостатком всасывающего потока являются большие энергозатраты на его создание. Всасывающее- нагнетательное воздействие на материал характерно комбинированным и замкнутым пневмосистемам.
4. По направлению движения воздушного потока в зоне очистки материала от примесей пневмосистемы сепараторов можно подразделить на системы с вертикальным и наклонным воздушным потоком. Вертикальный воздушный поток используется в различных конструкциях пневмосепарирую-щих каналов, а наклонный (реже горизонтальный) поток в разделительных камерах.
Обоснование независимого регулирования скорости воздушного потока в параллельных нагнетательных каналах замкнутой пневмосистемы
Исследования ряда авторов [19, 23, 45, 70, 83] показали, что применение воздушной сепарации зернового материала является одним из самых простых и удобных способов очистки и разделения зерна, но в тоже время обладает некоторыми недостатками. Анализируя значения коэффициентов парусности и критических скоростей витания наиболее распространенных возделываемых культур, сорняков и органических примесей, можно заключить, что применением только одного воздушного потока не добиться полного разделения материала. Однако использование воздушного потока на стадии предварительной обработки позволяет выделить более половины примесей из материала.
Процесс сепарации зерна зависит от ряда таких факторов, как конструктивные, технологические и механические (рис. 2.1). К конструктивным факторам относятся особенности устройств для очистки и разделения материала, разнообразие типов их воздушных систем и различие геометрических размеров составных единиц. Технологические факторы, в свою очередь, делятся на свойства обрабатываемого вороха, его влажность, засоренность, скорость витания, и параметры рабочих органов, такие как вид воздушного потока, его равномерность и характер его распределения в зоне сепарации. Механическими факторами являются динамические показатели рабочего органа, на-пример скорость воздушного потока, удельная подача и скорость ввода материала в зону сепарации. Все эти названные факторы влияют на конечный результат обработки.
Для оценки функционирования пневмосистемы используются различные критерии такие как: эффективность разделения (фракционирования), эффективность очистки материала от примесей, потери полноценного зерна в процессе работы и степень его травмирования, удельная энергоемкость, при ходящаяся на единицу массы обработанного материала, уровень шума, вибрации и запыленности воздуха в рабочей зоне пневмосистемы.
Во время изучения процессов, происходящих в зерноочистительной машине при взаимодействии воздушного потока с обрабатываемым материалом, необходимо рассмотреть теоретическую модель функционирования пневмосистемы зерноочистительной машины. На рисунке 2.2 представлена модель функционирования пневмосепаратора зерна на стадии предварительной обработки зернового вороха.
Процесс сепарации материала в разделительной камере растянут во времени, поэтому все факторы, характеризующие его работу, находятся в зависимости от функции времени t. Теоретически рабочий процесс пневмосисте-мы можно представить в виде совокупности взаимодействия входных факторов F(t), характеризуемых подачей G зернового вороха с некоторым качественным показателем Кн, и управляющих D(t) факторов, влияющих на скорости VCM и VB материала и воздушного потока, подводимых в зону сепарации с некоторыми коэффициентами К,, и Ку вариации скорости подводимой зерновой смеси и воздушного потока соответственно. В результате приложения механической энергии Nyd и взаимодействия независимых факторов F и D происходит процесс очистки зерна от примесей и разделение его на фракции по скорости витания, описываемый выходной величиной Y(t), в состав которой входят: масса G\(t) и чистота Ч,(() полученных фракций зерна, а также эффективность Ej(t) их выделения.
В состав массы очищенного зерна Gt входят массы G/, G2, Gs и G, соответственно первой, второй, третьей и і - ой фракций. С качественной и количественной стороны процесс сепарации материала можно оценить чистотой получаемых фракций Чі и эффективностью выделения из общей массы материала Ej зерна и примесей Gomx.
Более наглядно рабочий процесс можно представить в виде структурной схемы процесса функционирования зерноочистительной машины на стадии предварительной обработки зернового материала (рис. 2.3). Зерновой материал подается на вращающееся с частотой пск цилиндрическое решето (скальператор) и дважды просеивается через его отверстия. Крупные и соломистые частицы количеством G 0TX сходом идут с решета и выводятся из машины. В случае неправильного подбора решета или частоты его вращения, возможны незначительные потери ТІ отх полноценного зерна. Далее материал, очищенный от крупных примесей, поступает в разделительную камеру.
Диаметральный вентилятор создает воздушный поток, который нагнетается в разделительную камеру по двум воздухоподводящим каналам. Одна часть воздушного потока со скоростью У"в и коэффициентом неравномерности К у по первому воздухоподводящему каналу нагнетается в пневмопи-тающее устройство, на котором зерновой материал расслаивается по скорости витания и из него выделяется часть легких примесей. Другая часть воздушного потока по второму воздухоподводящему каналу направляется со скоростью V"B В пылеосадитель. В пылеосадителе из воздуха выделяется часть G отх наиболее легких примесей и пыли, не успевшей осесть в осадочной камере. Под воздействием двух воздушных потоков в разделительной камере зерновой материал очищается и разделяется на п зерновых фракций массой G, с соответствующими качественными показателями чистоты фракций Чі и эффективностью выделения этих фракции из исходного материала Еі.
Частицы зернового материала, обладающие скоростью витания меньшей, чем средняя скорость VB воздушного потока в разделительной камере, выносятся в осадочную камеру с некоторой концентрацией частиц К отх, оседают в ней, а затем выводятся из пневмосистемы. Воздух, очищенный от частиц зерновой смеси, захватывается лопатками рабочего колеса диаметрального вентилятора и рабочий процесс повторяется.
На осуществление рабочего процесса необходимо затратить механическую энергию на привод скальператора ИУДск, вентилятора NyAjj, шнеков выгрузки примесей и пыли из осадочной камеры И уд j и пылеотделителя Ыуд . Тогда эффективность работы замкнутой пневмосистемы сепаратора зерна можно записать в следующем виде: Елс=Л0 3 э Гсм а Ув К Ярк МудЛ (2.1) где G - подача материала; со - влажность зернового вороха; 3 -, засоренность материала примесями; йэ - эквивалентный диаметр частиц разделяемого вороха; VCM - скорость ввода материала в разделительную камеру; а - условия ввода материала в поток; VB - скорость воздуха на выходе из подводящего канала; Kv - коэффициент вариации скорости воздуха в подводящем канале; SPK - площадь поперечного сечения разделительной камеры; ЫУд - величина затрачиваемой механической энергии на совершение технологического процесса; t - время процесса сепарации.
Исследованиями ряда авторов [36, 66, 85, 91] установлено, что все представленные факторы в определенной степени взаимосвязаны между собой и оказывают различное влияние на процесс пневмосепарации, а наибольшее влияние на этот процесс оказывают подача вороха, ее равномерность и величина удельной нагрузки на площадь сечения камеры сепарации, а также скорость воздушного потока, воздействующего на материал, его направление воздействия и равномерность.
Методики проведения лабораторных исследований и обработки экспериментальных данных
Исследования рабочего процесса диаметрального вентилятора проводили на лабораторной установке (рис. 3.3), а затем вентилятора, установленного в замкнутую пневмосистему машины для очистки и фракционирования зерна (рис. 3.5). Использовалась стандартная методика исследований (ГОСТ 10921 - 90), однако были сделаны следующие поправки на особенности работы вентилятора с двумя выходными каналами [19,27,28,90]:
При исследовании встречаются особенности в измерении следующих параметров: - полного Pv , статического Psv и динамического PdV давлений в основном выходном (нагнетательном) канале; - полного Pv , статического Psv и динамического P,v давлений в до д д " д полнительном выходном канале; - мощности N3, потребляемой электродвигателем на привод вентилято ра; 2. Параметры, определяющие количественные характеристики измеряли на десяти различных режимах от Q = 0 до Q = max. Изменение расходов воздуха осуществлялось изменением положения регулировочной заслонки и сменой дроссельных заслонок 12 (рис. 3.3) на выходе из нагнетательных каналов вентилятора с различными коэффициентами живого сечения. Значения параметров, необходимых для построения аэродинамической характеристики вентилятора, определяли по формулам, приведенным в ГОСТах 10921 - 90 и 12. 2. 028 - 84.
Особенностью при построении количественной характеристики диаметрального вентилятора с двумя параллельными выходными каналами является то, что кривые давлений, скорости воздуха и гидравлической мощности относятся к расходам в соответствующем канале. А кривые мощности, потребляемой электродвигателем Иэ, коэффициента полезного действия г\ и уровня шума L являются показателям работы, относимые к общему расходу воздуха вентилятора. Однако мы их строим на оси расхода воздуха в канале с наибольшим его значением. Так как значения расхода воздуха в основном канале большие, чем в дополнительном, то характеристики N3, / и L строили на соответствующих режимах работы основного канала, а затем определяли аэродинамические характеристики в дополнительном канале с помощью ключа (рис. 4.1).
Рассмотрим пример определения аэродинамических показателей при і -ом расходе воздуха в одном выходном канале вентилятора. Значение точки і проецируем на кривые динамического Pdv и полного Ру давления в канале и получаем точки 1 и 2 соответственно. Далее продолжаем проекции на кривые коэффициента цв полезного действия и потребляемой мощности N3 дВ вентилятором, определяя расположения точек 3 и 4. При работе вентилятора с двумя параллельными каналами построение характеристики начинаем с канала с большим (основным) значением расхода воздуха. Для данного канала построение проводится аналогично. Для определения показателей воздушного потока в параллельном (дополнительном) канале проецируем точку любой кривой основного канала, полученную при известном коэффициенте р. живого сечения дроссельной заслонки 12, на кривую в дополнительном канале с аналогичным коэффициентом /а. Например, из точки 2 проводим линию до пересечения полного давления в дополнительном канале и получаем точку 5, которую проецируем на кривые динамического давления (точка 6) и расхода ід воздуха в нем.
Значение коэффициента полезного действия определяли по выражению: "= Nd = ТІ ЗЛ э.дв. э.дв. где Nv и Nv - гидравлические мощности воздушного потока в основном и о д дополнительных каналах, Вт; iVa e - мощность, потребляемая на привод вентилятора, Вт; Pv , Ру - значения полного давлений в основном и дополнительном каналах, соответственно, Па; Q0, Qd - значения расходов воздуха в основном и дополнительном каналах, м /с.
Значение мощности, которую потребляет вентилятор из трехфазной сети, определяемой с помощью ваттметра, вычисляли по формуле: Ns.de. =Kv -Kl с-{ + +щ)-г/э -Лпер-ЛпІ1 , (3.2) где Wj- показания ваттметра на каждой фазе, дел; KV И К} - коэффициент трансформации напряжения и тока соответственно; с - цена деления на шкале ваттметров, Вт; г]э- коэффициент полезного действия электродвигателя; Vwp = 0,9...0,95 - коэффициент полезного действия клиноременной передачи; /„ = 0,95...0,98 - коэффициент полезного действия подшипников. Поля скоростей и давлений в воздухоподводящих каналах и разделительной камере замеряли в трех- пяти сечениях (рис. 4.9) в центрах равновеликих прямоугольников согласно РД 10.1022 - 91 и ГОСТ 10921 - 90.
При изучении процессов, протекающих в диаметральном вентиляторе и замкнутой пневмосистеме фракционера зерна, использовались методы науч 95 ного планирования эксперимента, что значительно сократило объем экспериментальных исследований. Применялись поисковые однофакторные эксперименты, с помощью которых определялись направления исследований, а затем проводились многофакторные эксперименты [77]. Последние более подробно описаны в пункте 4.1. Полученные результаты обрабатывали на персональном компьютере при помощи пакета программ по статистической обработке данных "STATGRAPHICS +". При этом модели регрессии оценивали на адекватность реальному процессу с помощью F - критерия Фишера с вероятностью Р = 0,95. Решение компромиссной задачи находили с помощью метода наложения двумерных сечений.
Исследования пневмосепаратора зерна в лабораторных условиях производились на установке, показанной на рисунке 3.4. Для изучения показателей эффективности функционирования сепаратора в производственных условиях лабораторную модель установили в технологическую линию послеуборочной обработки зерна в опытно- производственном хозяйстве ГУ ЗНИИСХ Севе-ро- Востока им. Н. В. Рудницкого "Пригородное" Кирово- Чепецкого района Кировской области.
При исследовании процесса сепарации в лабораторных условиях использовали зерновой ворох пшеницы сорта "Ленинградка", имеющий влажность 14 %. Влажность и засоренность зернового материала изменялись по стандартной методике, используемой при научных исследованиях в лабораторных условиях [37]. Во время работы установки в производственных условиях испытания производились на зерновых культурах озимой ржи сорта "Кировская № 89" и пшеницы сорта "Иргина".
Регулирование скорости воздуха в параллельных выходных каналах
В сечении 4-4 воздушный поток перераспределяется, так как зерновой слой имеет значительное аэродинамическое сопротивление в зоне его попадания на перфорированную поверхность пневмопитающего устройства. По мере движения по поверхности, пронизываемой воздушным потоком, увеличивается порозность частиц смеси и толщина зернового слоя. Это приводит к повышению скорости воздуха в конце перфорированной поверхности и росту коэффициента вариации скорости воздуха до 86 %. В основном воздухоподводящем канале (сечении 3-3) перераспределение скорости менее существенное, так как зерновой материал попадает под действие потока предварительно расслоенным, однако коэффициент вариации увеличивается до 18 %. В сечении 5-5 воздушный поток из дополнительного канала объединяется с основным потоком, при этом коэффициент вариации скорости воздуха достигает значения 39,4 %, а в сечении 6-6 его он уменьшается до 33 %.
После увеличения среднего значения скорости воздуха в дополнительном канале на 20 % (9,5 м/с) коэффициент вариации в сечении 5-5 уменьшается до значения 14,6 %, а в сечении 6 - 6 - до величины 12,3 %. При достижении скорости воздуха в дополнительном канале значения 11,0 м/с коэффициент вариации в сечениях 5-5 и 6-6 снова увеличивается. Таким образом, независимым регулированием скорости воздуха в воздухоподводящих каналах можно добиться необходимой эпюры его распределения по сечениям разделительной камеры.
При движении зернового материала в пространстве разделительной камеры происходит взаимодействие воздушного потока с зерном. В результате воздушным потоком выносятся легкие частицы, увеличивается толщина зернового слоя и его порозность, что приводит к изменению сопротивления зерновой струи потоку воздуха. Поэтому было определено влияние характера распределения поля скорости воздуха в разделительной камере на качество сепарации зернового материала на фракции и очистки его от примесей.
Для создания необходимого характера распределения подводимого воздушного потока в сечении 1-1 основного воздухоподводящего канала, расположенном за 250 мм до кромки перфорированной поверхности, устанавливались воздухораспределительные перегородки. Изменением положения перегородок добивались определенного характера распределения скорости воздуха (рис. 4.11, а).
Влияние характера распределения воздушного потока на эффектив ность работы сепаратора: а - изменение поля скорости воздуха по сечению воз духоподводящего канала; б - влияние коэффициента вариации скорости воздуха на эффективность разделения материала на фракции, их чистоту и количество потерь полноценных зерен, выносимых с легкими примесями в отходы: первая фракция; вторая фракция При увеличении скорости воздуха в зоне ввода материала с перфорированной поверхности происходит снижение чистоты получаемых фракций на 1...2 %, эффективность выделения из зернового вороха первой фракции возрастает на 7 %, а второй фракции - на 12 %. При этом количество выносимого полноценного зерна в отходы уменьшается и достигает допустимого значения [8]. Повышение скорости воздуха в зоне установки делительных перегородок (выгрузного устройства) приводит к увеличению чистоты получаемых фракций зерна на 1...2 %, однако потери зерна вырастают на 5...6 % и снижается эффективность выделения фракций их исходного материала.
Следовательно, перераспределение поля скорости воздуха в основном воз-духоподводящем канале, при котором коэффициент вариации увеличивается на 20 % от начального значения, равного 15 %, оказывает существенное влияние на эффективность разделения материала на фракции и количество полноценного зерна, выносимого в отходы. При 10...20 % над скоростью воздуха у приемников фракций зерна этом качество очистки полученных фракций зерна практически не изменяется. Наилучшим способом подвода потока по основному воздухоподводящему каналу к зоне очистки материала является в нашем случае при преобладании скорости воздуха в зоне вбрасывания зерна (схода с перфорированной поверхности) на.
Таким образом, результаты представленных исследований выявили оптимальные аэродинамические режимы работы диаметрального вентилятора с двумя параллельными выходными каналами в замкнутой пневмосистеме сепаратора зерна. Определены наилучшие условия, при которых обеспечивается почти независимое регулирование скорости воздуха в выходных каналах. Найдено наиболее эффективное распределение поля скорости воздуха в основном подводящем канале и разделительной камере сепаратора для достижения лучшего качества сепарации материала и предложен способ для его получения.
Количество получаемых фракций зерна, как правило, зависит от требований, выдвигаемых технологией последующих операций послеуборочной обработки зерна и качества исходного обрабатываемого материала, а также, особенно в последнее время, состояния материально технической базы хозяйств, в которых осуществляются данные виды работ. Поэтому целью наших исследований было на основе анализа вариационных кривых плотности распределения фракций зернового материала, отобранных по сечениям разделительной камеры, определить характер распределения материала в разделительной камере и оптимальное количество получаемых фракций зерна.
