Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1 Анализ процесса послеуборочной переработки хранения зерна 10
1.2 Анализ процесса пневматического перемещения материальной частицы 40
1.2.1 Анализ процесса пневматического перемещения материальной частицы в аэрожелобе 40
1.2.2 Анализ процесса пневматического перемещения материальной частицы в трубе 42
1.3 Пути повышения эффективности работы пневматических установок для выгрузки зерна 45
1.4 Цель и задачи исследований 48
2. Теоретическое обоснование параметров нагнетательной пневмотранспортнои установки для выгрузки зерна из хранилища при его напольном хранении 49
2.1 Анализ условий движения материала в желобе установки 50
2.1.1 Характеристика воздушного потока 50
2.1.2 Определение минимальной скорости несущей среды 59
2.1.3 Влияние параметров сопла и расстояния между соседними соплами на характер движения воздушного потока в желобе 60
2.2 Изучение условий движения частицы в нагнетательной пневмотранспортнои установке 65
2.2.1 Анализ движения частицы в затопленной струе (участок 1) 66
2.2.2 Анализ величины подъемной силы действующей на материал...73
2.2.3 Определение скорости частицы 80
2.3 Энергетическая оценка пневмотранспортнои установки 86
2.4 Выводы 91
3. Программа и методика экспериментальных исследований 93
3.1 Программа экспериментальных исследований 93
3.2 Определение повторности опытов 93
3.3 Определение минимальной скорости воздуха 94
3.4 Определение параметров сопла и его расположения на воздуховоде ...97
3.5 Определение параметров желоба 103
3.6 Определение параметров воздуховода 105
3.7 Определение скорости движения зерна 106
3.8 Определение степени влияния наиболее значимых факторов на процесс транспортирования зерна 108
3.9 Определение технико-эксплутационных показателей при выгрузке зерна экспериментальной установкой НО
4. Результаты экспериментальных исследований 113
4.1 Определение минимальной скорости воздушного потока необходимой для начала движения зерна различных культур 113
4.2 Обоснование параметров сопла нагнетательной пневмотранспортной установки 114
4.2.1 Обоснование параметров сопла при транспортировании зерна ... 114
4.2.2 Обоснование параметров сопла при вентилировании зерна 118
4.2.3 Определение угла наклона сопла 118
4.2.4 Определение расстояния между соплом и днищем желоба 120
4.2.5 Определение расстояния между соплами 123
4.3 Определение параметров желоба 127
4.3.1 Определение ширины днища желоба 127
4.3.2 Определение высоты желоба 128
4.4 Анализ результатов многофакторного эксперимента 130
4.5 Определение скорости движения зерна 135
4.6 Методика инженерного расчета нагнетательной пневмотранспортной установки 141
4 4.6.1 Определение размеров установки для вентилирования и выгрузки
4.7 Определение технико-эксплуатационных показателей при выгрузке зерна экспериментальной установкой 146
4.7.1 Оценка процесса вентилирования сыпучих материалов экспериментальной установкой 147
4.7.2 Оценка процесса выгрузки сыпучих материалов экспериментальной установкой 151
4.7.3 Определение удельных энергозатрат на транспортирование 151
5. Экономическая эффективность разработанной нагнетательной пневмотранспортной установки 153
Выводы и предложения 160
Литература 163
Приложения 171
- Анализ процесса послеуборочной переработки хранения зерна
- Влияние параметров сопла и расстояния между соседними соплами на характер движения воздушного потока в желобе
- Определение параметров сопла и его расположения на воздуховоде
- Обоснование параметров сопла при транспортировании зерна
Введение к работе
Обработка и хранение свежеубранной зерновой массы являются важным заключительным этапом при производстве зерна. Своевременное проведение мероприятий, связанных с послеуборочной обработкой зерна, позволяет не только сохранить выращенный урожай, но и обеспечить получение максимальной прибыли от его реализации.
Процесс подготовки зерновой массы к хранению связан с процессом ее уборки. Сроки уборки, её продолжительность, настройки уборочной техники определяют характеристику зернового вороха по влажности, засоренности, дроблению зерна и другим показателям, от которых зависит технология обработки и хранения зерна.
Зачастую, строго контролируется проведение уборки и послеуборочной обработки зерна, но мало внимания уделяется его хранению, что приводит к снижению качества зерна и следовательно, его повышенным потерям.
До настоящего времени вопросами хранения зерна занимались хлебоприемные предприятия (элеваторы). Это приводило к тому, что хозяйства основных зернопроизводящих регионов России (Северный Кавказ, Поволжье и др.) оснащались только высокопроизводительным оборудованием для очистки зерна (агрегаты типа ЗАВ) и простейшими средствами для его временного хранения (крытые тока). Специализированным сушильным оборудованием укомплектовывались лишь хозяйства, расположенные в зонах повышенного увлажнения. Оснащать таким же оборудованием (сушилками) хозяйства южных регионов целесообразно лишь для сушки зерна поздних культур, таких как кукуруза, сорго, подсолнечник и др. Но объёмы производства зерна этих культур на юге значительно меньше, чем зерновых колосовых и сушилки не будут загружены /95/.
Поэтому уборку зерна в хозяйствах южных регионов России начинают при кондиционной влажности зерна, когда в поле наступают биологиче- ские потери зерна от самоосыпания и каждый последующий день увеличивает эти потери в среднем на 1,0 % /36/.
Снижение биологических потерь зерна возможно за счет раннего начала уборочных работ, при неизменном агросроке уборки. Возможность использования этого приема подтверждается и анализом биологического процесса роста и развития злаковых культур. Агробиологами установлено, что уборку зерновых колосовых можно начинать в момент прекращения поступления пластичных веществ в созревающее зерно, а это соответствует фазе начала полной спелости зерна, когда его влажность составляет 20 - 22 %. Чтобы полностью исключить биологические потери зерна, его обмолот необходимо завершить до наступления кондиционной влажности равной 14 — 15 %.
Активное вентилирование — один из наиболее распространенных способов послеуборочной обработки зерна. Применение его позволяет предотвращать самосогревание, а также охлаждать зерно до температуры, обеспечивающей его длительную сохранность. Вентилирование теплым воздухом с низкой влажностью позволяет подсушить зерно, ускоряет процесс его дозревания, повышает энергию прорастания и всхожесть, улучшает хлебопекарные свойства.
В большинстве случаев, зернохранилища оборудуются аэрожелобами, которые обеспечивают активное вентилирование зерна в насыпи с последующей выгрузкой /12/.
Аэрожелоба обеспечивают качественное вентилирование зерна, но при этом ряд недостатков осложняет процесс выгрузки, особенно на конечном этапе. Кроме этого, необходимо создать большое давление воздуха под воздухораспределительной решеткой (более 2500 Па), затрачиваемое на преодоление сопротивления решетки и массы зерна, что приводит к большим затратам энергии.
Анализ существующего оборудования показывает, что оно требует совершенствования с целью снижения затрат энергии на транспортирование.
7 Поэтому целью исследований является обоснование параметров и режимов работы нагнетательной пневмотранспортной установки, обеспечивающих снижение энергоемкости процесса выгрузки зерна из хранилища.
В качестве объекта исследований выбран технологический процесс транспортирования зерна в полузакрытом пространстве по поверхности желоба разрабатываемой установки.
Предметом исследований являются закономерности процесса транспортирования зерна в желобе воздушным потоком, технологические параметры и режимы работы установки для механизированной выгрузки зерна.
Методы исследования включали теорию движения зернового материала в затопленной струе, основные положения теоретической механики, механики сыпучих тел, методов математической статистики, планирования экспериментов.
Научная новизна работы состоит в получении аналитических зависимостей для определения: подъемной силы, действующей на частицу при движении от сопла к соплу; скорости движения частицы в желобе установки; энергии, необходимой для перемещения частицы; в определении параметров и режимов работы нагнетательной пневмотранспортной установки для выгрузки зерна из хранилища.
Практическую ценность представляют: разработанная нагнетательная пневмотранспортная установка, обеспечивающая активное вентилирование зерна атмосферным воздухом и его механизированную выгрузку из хранилища; методика инженерного расчета нагнетательной пневмотранспортной установки;
На защиту выносятся следующие основные положения:
Аналитическая зависимость для определения подъемной силы, действующей на частицу при движении от сопла к соплу;
Аналитическая зависимость для определения скорости движения частицы в желобе установки;
Аналитическая зависимость для определения энергии, необходимой для перемещения частицы.
Параметры и режимы работы нагнетательной пневмотранспортной установки для выгрузки зерна из хранилища при его напольном хранении.
Методика выбора оптимальных параметров разработанного оборудования.
Реализация результатов исследований. Разработанная нагнетательная пневмотранспортная установка применяется для активного вентилирования и механизированной выгрузки из склада зерна и семян подсолнечника в учебно-опытном фермерском хозяйстве АЧГАА и в ЗАО «Приазовье».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях и семинарах АЧГАА и ВНИПТИМЭСХ.
Содержание работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложения.
В главе 1 проведен анализ процесса послеуборочной обработки и хранения зерна. Рассмотрены способы и технические средства, обеспечивающие выгрузку зерна из хранилища, показаны их недостатки и преимущества.
В главе 2 проведены теоретические исследования процесса транспортирования зерна воздушным потоком. Определены предварительные параметры сопла. Проведена энергетическая оценка процесса транспортирования материала.
В главе 3 установлены задачи экспериментальных исследований, показана методика выбора оптимальных параметров установки.
В главе 4 приведены результаты экспериментальных исследований и их сравнение с полученными ранее аналитическими зависимостями. Определены технико-эксплутационные показатели при выгрузке зерна разработанной установкой. Разработана методика инженерного расчета оборудования.
В главе 5 определена технико-экономическая эффективность применения нагнетательной пневмотранспортной установки.
Публикация результатов исследований. Результаты проведенных исследований отражены в 8 печатных работах.
Работа выполнена на кафедре сопротивления материалов и деталей машин Азово-Черноморской Государственной Агроинженерной Академии (г. Зерноград, Ростовской обл.) по плану НИР академии.
Анализ процесса послеуборочной переработки хранения зерна
Свежеубранную зерновую массу можно рассматривать как совокупность живых организмов с примерно одинаковыми условиями жизни. К живым компонентам зерновой массы относят: зерно основной культуры, семена сорняков, микроорганизмы, насекомых и клещей. В результате жизнедеятельности перечисленных живых компонентов происходит изменение физиологического состояния насыпи. К физиологическим процессам, происходящим в зерновой массе, относят: дыхание, послеуборочное дозревание зерна и его прорастание /51/.
При прорастании происходит потеря массы сухих веществ, выделение теплоты и повышение температуры зерновой массы, усиление процессов ее жизнедеятельности и ухудшение качества (снижение и даже полная потеря семенных, мукомольных и хлебопекарных свойств). В этот период происходят сложные биохимические превращения и изменение химического состава. Для исключения прорастания зерна необходимо предотвращать образование или попадание в зерновую массу капельножидкой влаги.
В результате дыхания зерновой массы происходит процесс преобразования и распада органических веществ. Дыхание сопровождается выделением влаги и энергии в виде теплоты. В процессе дыхания изменяются влажность и температура самого зерна, состав и состояние воздуха межзерновых пространств. При интенсивном дыхании зерновой массы в благоприятных условиях потери сухих веществ могут быть значительными и невосполнимыми. Такие потери массы при хранении называют естественной убылью зерна 151.
Интенсивное дыхание зерновой массы — крайне нежелательное явление. Оно сопровождается значительным выделением теплоты и влаги. Влага поглощается зернами и увеличивает относительную влажность воздуха межзерновых пространств. Выделяемая теплота повышает температуру зерновой массы. Все это еще больше усиливает интенсивность дыхания и может привести к самосогреванию зерновой массы, ухудшению ее качества и порче. При дыхании зерновой массы потребляется кислород и выделяется диоксид углерода. В результате этого в насыпи уменьшается количество кислорода, что приводит к изменению условий хранения зерна. В хранящихся партиях создаются анаэробные условия хранения, сопровождающиеся выделением этилового спирта, который угнетает жизнедеятельность зерна и приводит к потере его всхожести. Для обеспечения количественной и качественной сохранности зерна необходимо, чтобы его интенсивность дыхания была незначительной. Это обеспечивается снижением влажности зерновой массы, ее охлаждением. Интенсивность дыхания устанавливают количественным учетом потерь массы сухого вещества зерна, выделения теплоты, поглощения кислорода и выделения диоксида углерода зерновой массой при определенных значениях ее температуры, влажности и доступа воздуха /47/.
Основными условиями для нормального послеуборочного дозревания свежеубранных зерна и семян являются положительная температура в пределах 15...30С и доступ кислорода. Охлаждение тормозит и может полностью приостановить послеуборочное дозревание свежеубранного зерна. Обычно период послеуборочного дозревания большинства злаковых культур при благоприятных условиях продолжается 1,5...2,0 месяца 191.
Таким образом, свежеубранную зерновую массу следует сначала обработать, т.е. создать наилучшие условия для нормального послеуборочного дозревания. Одними из главных условий являются контролирование температуры зерна и снабжение его кислородом. Эти условия обеспечиваются при активном вентилировании, когда воздух, проходящий через зерновую массу, обеспечивает ее кислородом и одновременно понижает температуру, т.е. уменьшает вероятность самосогревания.
Активное вентилирование зерна осуществляется атмосферным или искусственно охлажденным воздухом. При этом активное вентилирование зерна атмосферным воздухом проводят преимущественно при помощи напольных установок в зерноскладах, а охлажденным воздухом - стационарными установками в силосах элеваторов.
Для хранения зерна используют два типа зернохранилищ - механизированные и немеханизированные. К числу первых относят элеваторы и механизированные склады со стационарно установленным оборудованием, где все операции с зерном осуществляют без применения ручного труда (комплексно-механизированные), и зернохранилища, зерносклады, где частично применяют ручной труд (частично механизированные). Комплексно-механизированные склады строят вместе с сушильно-очистительными (СОБ), молотильно-очистительными (МОБ) и рабоче-очистительными (РОБ) башнями, предназначенными для тех же целей, что и башни элеваторов. К зернохранилищам второго типа (немеханизированные) относят склады и навесы, где все операции с зерном выполняют при помощи передвижных или самоходных средств механизации, а также вручную /98/.
К механизированным складам для зерна относят склады вместимостью 2500, 3000, 3200 и 5500 т, оборудованные, как правило, верхними и нижними транспортерами. Для 4...8 типовых складов устанавливают СОБ, МОБ, РОБ с соответствующими машинами. В этих башнях, в соответствии с установленным в них оборудованием, выполняют все операции по приемке, обработке, отпуску зерна и направлению его на хранение. Многие башни связаны транспортерами с силосными корпусами элеватора. Для выгрузки зерна, остающегося на полах, в складах с плоскими полами применяют самоходные погрузчики, самоподаватели или аэрожелоба, при помощи которых зерно с пола передают через загрузочные воронки на нижний транспортер склада. Помимо этого, аэрожелоба выполняют функцию установок для активного вентилирования зерна /99/.
Металлические зернохранилища позволяют быстро ликвидировать дефицит зернохранилищ, обладают меньшей материалоемкостью и стоимостью, могут быть построены в более короткий срок по сравнению с железобетонными силосами. Строительство металлических зернохранилищ осуществляется двумя способами: рулонированием и навивкой. Их комплектуют из трех силосов общей вместимостью 4950 и 7650 т (метод рулонирования), 6180 и 9000 т (метод навивки) или из большего числа силосов. Для загрузки силосов зерном применяют цепной транспортер производительностью 175 т/ч, установленный на верхней галерее. Зерно в металлических хранилищах вентилируют аэрожелобами различного типа. Силос на 80 % разгружают через центральное отверстие на ленточный транспортер производительностью 175 т/ч, установленный в тоннеле. Остатки зерна удаляют из силоса при помощи аэрожелобов на тот же ленточный транспортер. Воздух в каналы подают вентиляционными агрегатами из нижней галереи.
Влияние параметров сопла и расстояния между соседними соплами на характер движения воздушного потока в желобе
Параметрами сопла, влияющими на характер движения воздушного потока в желобе, являются: высота сопла, ширина сопла, угол наклона сопла, расстояние между соплами.
При изучении влияния параметров сопла на создаваемый воздушный поток следует учесть, что так как сопла в разрабатываемой установке устанавливаются последовательно друг за другом, то они могут создавать препятствия для перемещаемого материала. Поэтому, необходимо учесть влияние зазора между соплом и днищем желоба, при котором зерновой поток может беспрепятственно транспортироваться. Поисковые исследования позволили установить, что для устойчивой работы разрабатываемой установки расстояние между соплом и днищем желоба должно быть не менее 30 мм. При дальнейшем увеличении промежутка между соплом и днищем возрастает требуемая для перемещения материала скорость воздушного потока, увеличивается расход воздуха, его напор, а значит и энергоемкость процесса, что не желательно.
На основании принятого значения величины зазора между соплом и днищем желоба необходимо определить наилучшие условия для транспортирования материала. Аналитические исследования позволили предположить, что наиболее оптимальным условием является конструкция, при которой конец начального участка струи будет касаться днища желоба. При этом, вследствие того, что на начальном участке скорость воздушного потока имеет максимальное значение, то зерновой материал находящийся в желобе приобретет достаточную скорость для того чтобы переместится от одного сопла к другому.
Но как показывает анализ рис. 2.3, условие при котором конец начального участка касается днища желоба, будет выполняться при определенном наклоне сопла к плоскости днища, высоте сопла и скорости воздуха на выходе из сопла. Поэтому длина начального участка не является основным критерием, по которому определяются оптимальные параметры установки. Одним из важных параметров является угол наклона сопла, который в свою очередь влияет на геометрические размеры желоба. Теоретический анализ работы разрабатываемой установки позволил предположить, что для ее устойчивой работы необходимо создать условия, близкие к условиям при которых происходит перемещение материала в трубе, но при этом учитывать, что загрузка материала должна происходить по всей длине желоба, и следовательно, потери воздуха будут также по всей длине желоба. Как известно, воздушный поток в трубе движется параллельно оси трубы. Для достижения выполнения этого условия, угол наклона сопла должен быть малым и стремиться к нулю (рис. 2.4).
Но в этом случае, воздействие воздушного потока на зерновой материал, находящийся на дне желоба уменьшится, что потребует уменьшить зазор между днищем и соплом. Если же зазор не уменьшать, то верхняя часть пограничного слоя окажется направленной почти горизонтально, поэтому часть воздушного потока будет просто перемещаться в надзерновом пространстве, не транспортируя зерновую массу (см. рис. 2.4). Поэтому, угол наклона сопла должен выбираться в зависимости от высоты сопла h и скорости воздушного потока на выходе из сопла. Кроме этого, аналитические исследования позволили предположить, что угол наклона сопла зависит от угла раскрытия струи, который равен 25 ( см. рис. 2.2). Например, при высоте сопла h = 15 мм и наклоне его к плоскости транспортирования на а.\ = 25 длина «рабочего» участка (участок, ограниченный верхней частью пограничного слоя, в зоне которого струя воздуха захватывает зерновой материал и транспортирует его) между точкой, в которую упирается верхний пограничный слой и точкой, находящейся под соплом составляет l\ = 150 мм. При наклоне сопла к плоскости транспортирования на «2 = 20, длина «рабочего» участка увеличивается до h = 200 мм (рис. 2.5). Дальнейшее уменьшение угла наклона сопла приводит к еще большему увеличению длины рабочего участка. При наклоне сопла на угол менее 20, длина «рабочего» участка уменьшается, что может привести к снижению эффективности работы установки. Длина «рабочего» участка регулируется не только с помощью угла наклона, но и высотой сопла h (рис. 2.6). Но при этом с учетом конструктивных особенностей установки увеличивается ее высота, что не желательно. Поэтому, выбор оптимальной высоты сопла зависит от его угла наклона. Схема влияния высоты сопла на распределение струи воздуха Согласно аналитическим исследованиям, приведенным выше, рациональное значение угла наклона сопла должно быть в пределах а = 20...25. В этом диапазоне угла наклона, максимальная длинна «рабочего» участка при высоте сопла h - 20 мм составляет / з = 250 мм. Это предельное расстояние, так как далее придется увеличивать скорость воздуха, а мощности имеющегося воздушного потока для перемещения зернового материала уже будет не хватать, вследствие того, что при большом удалении от сопла скорость струи уменьшается. Поэтому, при наклоне сопла к плоскости транспортирования на a = 20...25 и расстоянии между соплом и днищем желоба к — 30 мм высота сопла должна быть не более h = 20 мм (рис. 2.7). Расстояние /з= 250 мм есть промежуток, на котором возможность захвата зернового материала и транспортирования его струей воздуха наиболее вероятна. Поэтому, можно предположить, что на этом удалении необходимо устанавливать следующее сопло. Но это максимальное расстояние между соседними соплами, так как при увеличении его существует опасность того, что мощности воздушной струи не хватит для транспортирования зерна к каждому последующему соплу.
Определение параметров сопла и его расположения на воздуховоде
Определение ширины сопла. Аналитическими исследованиями было установлено, что ширина сопла является одним из основных параметров, влияющих на величину скорости движения материала по горизонтальной поверхности под действием воздушного потока. Для определения этого параметра провели эксперимент, заключающийся в измерении скорости воздуха в желобе на разном расстоянии от сопла с помощью микроманометра ММН -240 (рис. 3.4). Сопла имели одинаковую площадь сечения S = 400 мм", но разные геометрические размеры, в частности ширину: Ъ\ = 30 мм, Ь2=13,3 мм, Ьз = 10 мм, 64 = 8 мм, 65 - 6,7 мм. Скорость воздуха на выходе из сопел была одинакова и равна 40 м/с.
При определении параметров сопла производились замеры скорости воздуха в точках удаленных от сопла через каждые 50 мм (рис. 3.5). Наиболее оптимальным будет сопло, обеспечивающее максимальную скорость воздуха на удалении 200...250 мм. Определение угла наклона сопла. Аналитические исследования показали, что от величины угла наклона сопла зависит распределение воздушного потока в желобе и его скорость. Эксперимент будет проводиться с соплом, показавшим наилучший результат при определении его ширины. Наилучший угол наклона определяется следующим образом (рис. 3.5). Устанавливается сопло, при разных углах начиная от а = 20 и до а = 40, с интервалом 5, включается воздуходувная машина и измеряется скорость воздуха. Определение расстояния между соплом и днищем желоба. Ввиду конструктивных особенностей установки зазор между соплом и днищем должен обеспечивать беспрепятственное перемещение зерна от сопла к соплу. Определение расстояния между соплом и днищем желоба к осуществляется по схеме, аналогичной определению угла наклона сопла (рис. 3.5). Замеры скорости воздушного потока проводились при удалении сопла от днища на 20...40 мм, с интервалом 5 мм. Угол наклона сопла, при котором проводился эксперимент, был определен с помощью предыдущего опыта. Полученные значения скорости воздушного потока будут приближенными, поэтому для окончательного выбора оптимального расстояния между соплом и днищем желоба необходимо провести эксперимент непосредственно с материалом, т.е. измерить производительность при разных значениях величины к. Для проведения опытов необходимо изготовить лабораторную пнев-мотранспортную установку (рис. 3.6). Работа установки должна проходить следующим образом. В начале засыпают в бункер перемещаемый материал, затем включают воздуходувное устройство и открывают задвижку, после чего измеряют производительность экспериментальной установки за промежуток времени равный 10 с, изменяя расстояние между соплом и днищем. Аналитические исследования позволяют предположить, что при полностью открытой заслонке произойдет засыпание желоба перемещаемым материалом и имеющегося напора воздуха будет недостаточно для перемещения большого количества зерна. Для устранения этого недостатка необходимо увеличить скорость воздуха, что может привести к травмированию зерна в процессе транспортирования с высокой скоростью. Помимо этого, получение большой скорости воздуха возможно при использовании вентиляторов высокого давления, для работы которых затрачивается большое количество электроэнергии, что увеличивает энергоемкость установки. Для решения этой проблемы необходимо добавить в конструкцию предлагаемой установки новый элемент - козырек (показан пунктиром на рис. 3.6), позволяющий регулировать подачу транспортируемого материала и одновременно препятствующий забиванию зерном желоба. Результаты эксперимента по определению интервала между соплом и днищем, которые будут получены, являются приближенными так как эксперимент проводится с одним соплом. Для точного определения этого параметра необходимо установить в экспериментальную установку второе сопло и провести опыты. Определение параметров козырька. Определение параметров козырька (рис. 3.7) осуществлялось следующим образом. Аналитические исследования позволили предположить, что сопло не должно засыпаться зерном. Если сопло будет погружено в зерновую массу, то для перемещения ее необходимо в начале разрушить слой зерна, закрывающий сопло. Для этого необходимо создать большое давление воздуха, что требует установки мощной воздуходувной машины, при этом увеличиваются энергозатраты на транспортирование. Следовательно, параметры козырька должны быть аналогичны параметрам сопла: высота боковой грани с = 20 мм, ширина а = 35 мм.
Обоснование параметров сопла при транспортировании зерна
Определение ширины днища желоба Так как первоначальная ширина днища желоба принималась в зависимости от ширины сопла с учетом того, что между боковой гранью сопла и боковой стенкой желоба должен быть зазор, необходимый для беспрепятственного попадания зерна в желоб по всей его длине, то принимаем ширину днища равную 45 мм.
Согласно результатам экспериментальных исследований было выявлено, что ширина днища на скорость воздуха, измеряемую вдоль центральной оси у его поверхности, ни оказывает большого влияния.
Следовательно, необходимо определить производительность установки при разной ширине Н. Визуальное наблюдение за процессом транспортирования показало, что перемещение зернового потока происходит только в центральной части желоба. Часть материала, находящаяся у стенок, не перемещается, создавая помехи для движения в центральной части желоба. Для устранения этого недостатка предположили, что профиль днища не должен быть плоским, так как это может уменьшить производительность, поэтому его видоизменили и провели эксперимент. Результаты эксперимента представлены на рис. 4.12.
Анализируя полученную зависимость, приходим к выводу, что при ширине днища от 30 до 50 мм, производительность установки практически одинакова. После увеличения ширины до 55...65 мм производительность резко уменьшается, а при ширине 75 мм установка вообще не транспортирует зерно /72/. Такой характер изменения производительности объясняется тем, что при ширине днища от 30 до 50 мм, мощности воздушного потока достаточно для перемещения поступающего зерна. При увеличении ширины до 65 мм, количество зернового материала поступающего в желоб увеличивается и вследствие этого, мощности воздушной струи не хватает для транспортирования возросшего количества зерна. Увеличение ширины днища до 75 мм привело к засыпанию желоба и прекращению транспортирования зерна. Анализируя полученные данные, видно, что увеличение ширины днища желоба требует пропорционального увеличения размеров сопла, или увеличения скорости струи воздуха, исходящей из сопла. Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что оптимальная ширина днища находится в пределах 30...45 мм. Но из-за того, что при ширине 30 мм боковые грани сопла будут соприкасаться со стенками желоба и в этих местах, зерно не будет поступать в желоб, то принимаем ширину днища Н = 50 мм. Определение высоты желоба Желоб, при монтировании установки, устанавливаться в специально подготовленные каналы в полу. Глубина каналов не должна превышать 100 мм, так как изготовление более глубоких каналов требует больших материальных затрат. Общая высота желоба включает в себя расстояние между соплом и днищем желоба к и высоту козырька с, следовательно, минимальная высота желоба должна находится в пределах 45...50 мм. Поэтому, конструктивно принимаем высоту желоба S = 60 мм. Угол изгиба днища желоба относительно горизонтальной плоскости /? выбирался в зависимости от угла естественного откоса транспортируемого материала. Так как установка разрабатывается для культур, угол естественного откоса которых близок к 30, то с учетом того, что транспортируемый материал будет постоянно находится под воздействием воздушного потока, принимаем угол/? = 20 (рис. 4.13). Схема установки В результате теоретических и экспериментальных исследований получен рациональный диапазон параметров макетного образца нагнетательной пневмотранспортной установки. Эта установка доказала свою работоспособность в ходе экспериментов по измерению производительности при определении оптимальных размеров оборудования. Для производственной эксплуатации, параметры макетной установки слишком малы и не обеспечат достаточной производительности. Поэтому, с целью повышения эксплуатационных возможностей установки, позволяющих выйти на производственный уровень и получить максимальную производительность, необходимо увеличить параметры разрабатываемого оборудования в два раза. Увеличение габаритных размеров желоба, сопла и козырька создает ряд проблем. Первая заключается в том, что для большого желоба необходимо проделывать глубокие каналы в полу зернохранилища, а это требует больших материальных затрат. Вторая проблема возникает вследствие увеличения размеров сопла, так как для обеспечения стабильного транспортирования зерна, необходимо устанавливать мощную воздуходувную машину, что приводит к увеличению энергозатрат на транспортирование. Поэтому, увеличение параметров установки надо провести таким образом, чтобы производительность была максимальной, а металлоемкость конструкции минимальной. Для достижения этих целей увеличили только ширину установки, а именно: ширину сопла и козырька в два раза, а ширину желоба в два с половиной раза /72/. На основе полученных значений ширины сопла и ширины желоба можно сделать вывод, что ширина сопла составляет 0,48 от ширины желоба. На основании этого окончательно принимаем следующие размеры установки: сопло — высота h = 15 мм, ширина b = 60 мм; желоб — высота S = 60 мм, ширина Н= 125 мм; козырек - высота с = 20 мм, ширина а = 70 мм.
