Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и задачи исследования 15
1.1 Проблемы повышения эффективности сушки зерна 15
1.2 Анализ способов и средств для поддержания заданного режима выпуска просушенного зерна из шахтных зерносушилок и последующего его транспортирования на дальнейшую обработку 25
1.3 Способы охлаждения зерна после сушки и их влияние на процесс влагоотдачи 42
1.3.1 Анализ существующих конструкций охладительных устройств зерносушилок и пути интенсификации процесса охлаждения зерна после сушки 43
1.3.1.1 Охладительные устройства с плотным слоем зерна 44
1.3.1.2 Охладительные устройства с разрыхленным (подвижным) зерновым слоем 49
1.3.2 Современное состояние проблемы изучения основных закономерностей процесса охлаждения зерновой массы после её сушки 56
1.4 Выводы по главе 69
1.5 Цель и задачи исследований 71
2. Теоретические предпосылки к обоснованию конструктивно-технологических параметров аэродинамического выгрузного рабочего органа - охладителя зерна после сушки 72
2.1 Разработка математической модели определения конструктивно-технологических параметров выгрузного рабочего органа - охладителя зерна аэродинамического типа 72
2.2 Аэродинамическое сопротивление воздухоподводящих каналов выгрузного рабочего органа-охладителя зерна аэродинамического типа 77
2.2.1 Аэродинамическое сопротивление нагнетательного канала 77
2.2.2 Аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети обратного трубопровода 82
2.3 Аэродинамическое сопротивление газораспределительной решетки аэродинамического выгрузного рабочего органа - охладителя зерна после сушки 84
2.4 Общее аэродинамическое сопротивление выгрузного рабочего органа - охладителя зерна аэродинамического типа 89
2.5 Обоснование процесса охлаждения перемещаемого зернового слоя 91
2.6 Выводы по главе 95
3.Программа и методика экспериментальных исследований 97
3.1 Программа исследований 97
3.2 Методика лабораторного и производственного исследований 98
3.2.1 Описание конструкции экспериментальной установки 98
3.2.2 Работа экспериментальной установки 103
3.2.3 Порядок проведения экспериментальных исследований 105
3.3 Измерительные приборы 108
3.4 Определение аэродинамического сопротивления выгрузного рабочего органа - охладителя зерна аэродинамического типа 111
3.4.1 Определение аэродинамического сопротивления воздухоподводящих каналов 111
3.4.2 Определение аэродинамического сопротивления газораспределительной решетки 115
3.5 Определение температурного перепада в зерновой массе при ее ох
лаждении в процессе транспортирования 117
4.Результаты экспериментальных исследований 120
4.1 Определение влияния углов поворота заслонки всасывающего окна вентилятора, жалюзийных пластин выхлопной камеры и всасывающего короба на:
4.1.1 Потери давления в вентиляционной системе выгрузного рабочего органа - охладителя зерна аэродинамического типа 120
4.1.2 Расход воздуха в аэродинамическом выгрузном рабочем органе -охладителе зерна после сушки 123
4.1.3 Динамическое давление и скорость воздуха в щели газораспределительной решетки 126
4.1.4 Эффективность процесса охлаждения зерна после сушки 129
4.2 Результаты исследования зависимости пропускной способности установки по выгрузке зернового материала от углов поворота заслонки всасывающего окна вентилятора, жалюзи иных пластин выхлопной камеры и всасывающего короба 134
4.3 Результаты исследования дополнительного съема влаги с зерновок при их охлаждении в процессе транспортирования 138'
4.4 Определение влияния углов поворота заслонки всасывающего окна вентилятора, жалюзийных пластин выхлопной камеры и всасывающего короба на качественные показатели семян 141
4.5 Выводы по главе 144
5.Экономическая эффективность 145
Общие выводы 153
Список использованных источников 155
Приложения 168
- Охладительные устройства с разрыхленным (подвижным) зерновым слоем
- Аэродинамическое сопротивление газораспределительной решетки аэродинамического выгрузного рабочего органа - охладителя зерна после сушки
- Определение аэродинамического сопротивления воздухоподводящих каналов
- Динамическое давление и скорость воздуха в щели газораспределительной решетки
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из важнейших условий высокоэффективного использования зерносушилок в сельском хозяйстве является обеспечение увеличения качественного зерна при сушке и пропускной способности агрегатов, а также снижение энергозатрат на сушку зерна. Основой для повышения эффективности существующих в сельскохозяйственном производстве зерносушилок является создание достаточного и стабильного съема влаги с одного кубического метра камер зерносушилок. Одной из причин, препятствующих этому является то, что охладительные устройства, встроенные в шахту зерносушилки, не создавая оптимальных условий для полного охлаждения зерна, снижают полезный объем сушильной шахты и влагосъем с одного кубического метра камеры.
Анализ динамики производства и ресурсов зерна в Российской Федерации за период с 1991 по 2000г. показывает, что во время проведения реформ в АПК, в зерновом производстве большинства регионов страны произошло значительное сокращение посевных площадей зерновых культур, снижение их урожайности и валовых сборов. Принимая во внимание сложившуюся ситуацию в зерновом производстве России, в соответствии с поручением Правительства Российской Федерации, Минсельхоз России подготовил программу обеспечения устойчивого производства и развития рынка зерна в Российской Федерации на 2001-2005 годы и на период до 2010 года (программа "Зерно"). Цель данной программы — создать благоприятные условия для эффективного производства зерна, развития зернового рынка и на этой основе обеспечить в полном объеме внутренние потребности нашей страны в семенном, продовольственном и фуражном зерне, выйти на внешний рынок с конкурентоспособной продукцией.
Анализ накопленной многими производственными предприятиями практики по послеуборочной обработке зерна убедительно доказывает, что
10 основным средством обеспечения сохранности и улучшения качества
свежеубранных семян, является их сушка. Значимость и ответственность сушки
зерна возрастает в увлажненной зоне, где задержка с ее проведением или
проведение данной операции не в полном объеме, с нарушением технологических
режимов, неизбежно связаны с потерями урожая. Согласно исследованиям при
влажности вороха 25...28%, всхожесть семян уже за три дня снижается на 20%, а
потери сухого вещества при влажности зернового вороха 37% составляют 0,7-1%
за сутки /43, с.34/.
Если брать в масштабах страны, то сушке необходимо подвергать 40-45% собранного урожая зерна, а на Северо-Западе России необходимо высушивать практически все убранное с полей зерно /93, с.1; 135; 100/.
Одним из наиболее важных агротехнических требований, предъявляемых к агрегатам для сушки зерна, является строгое соблюдение температуры и влажности зернового вороха по окончании сушки зерна. Из сушильного агрегата зерно выходит с температурой 45-б0С. Снижение температуры зерна в охладительных устройствах до значения, не превышающего температуру атмосферного воздуха более чем на 5... 10"С, является необходимым условием для обеспечения сохранности зерна, предупреждения его порчи и уменьшения внутренних напряжений, возникающих в зерновках в процессе сушки /26; 127; 125; 38; 4/. Следует также отметить еще одну положительную особенность, проявляющуюся при проведении охлаждения зерна и заключающуюся в сочетании на данной операции процессов теплообмена и массообмена, что способствует дополнительному съему влаги (от 0,5 до 1%) с зерновок /135/.
Авторы Е.И. Никулин, В.А.Резчиков, А.Е.Баум, Л.Д. Комышник и др. /89; 12; 65/ отмечают, что охладительные устройства, применяемые в зерносушилках, не обеспечивают должного эффекта охлаждения зерна после сушки. Ученые объясняют это несовершенством конструктивных схем охладительных устройств, а также недостаточной изученностью процесса охлаждения зерна после сушки. На
этот фон накладывается также высокий технический и моральный износ оборудования для охлаждения зерна, являющегося неотъемлемой частью сушильного оборудования* зернотоков. Экспертная оценка показывает, что большая часть сушильного оборудования эксплуатируется хозяйствами'уже 25 лет и более. Поэтому важным аспектом' в создании прочной материально-технической базы сушильного оборудования села является приложение максимальных усилий к восстановлению и модернизации уже существующих в хозяйствах установок и агрегатов, что является актуальной проблемой в. настоящее время.
Принимая во внимание зерносушильные агрегаты шахтного типа, следует заметить, что одним из перспективных направлений повышения в них эффективности процесса сушки является разработка и внедрение в производство способов, направленных на увеличение пропускной способности шахтных зерносушилок с одновременным применением в их конструкции агрегатов, способных оказывать комбинированное воздействие на зерновой ворох после сушки, совмещая при этом сразу несколько технологических операций (транспортирование (выгрузку), охлаждение, подсушку зерна и т.д.) на одном рабочем органе. Положительный опыт применения подобного рода установок в, зерносушении подтвержден работами: И.М.Федорова, В.А.Резчикова, Е.М.Зимина, М.С.Волхонова и др.
На основании изложенного можно отметить, что применение прогрессивных способов и конструкторских решений по увеличению пропускной способности сушильных агрегатов совместно с разработкой рациональной и эффективной технологии выгрузки зерна после сушки является актуальной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы Великолукской государственной сельскохозяйственной академии 2001-2005 гг.. по теме: "Повышение эффективности обработки высоко влажного зерна
12 на очистительно-сушильных комплексах путем совершенствования
технологических процессов и основных рабочих органов", а также в соответствии
с целевой комплексной программой фундаментальных и приоритетных
исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса
Северо-Запада Российской Федерации на 2001-2005 гг.
Целью исследования является повышение эффективности процесса сушки зернового вороха в зерносушилках шахтного типа путем совершенствования конструктивных и технологических параметров системы выгрузки данных агрегатов.
Объект исследования. В качестве объекта исследования были выбраны технологический процесс работы шахтных зерносушилок, экспериментальные и опытные образцы охладительных устройств, системы и устройства ввода высушиваемого материала в охладительные камеры.
Методика исследования. В диссертационной работе использованы стандартные, а также вновь разработанные методики постановки опытов и обработки данных проводимых исследований с использованием персонального компьютера.
Научная новизна состоит из:
теоретического обоснования выбора способа охлаждения зернового материала;
теоретического обоснования гидравлического сопротивления системы подвода воздушного потока в зоны охлаждения материала;
разработки нового устройства для охлаждения зернового материала и экспериментального исследования аэродинамического выгрузного рабочего органа - охладителя зерна после сушки при его работе во всем диапазоне подсушки и охлаждения, а также способа их экономичного регулирования.
Достоверность теоретических заключений подтверждена результатами экспериментальных исследований.
13 Практическая ценность и реализация результатов исследовании.
Проведенные исследования.позволили определить пути увеличения пропускной
способности шахтных зерносушилок путем увеличения съема влаги с одного
кубического метра объема камер зерносушилки за счет замены встроенного
охладителя выносным.
Уточнена методика расчета охладительного устройства, которая может быть
использована, как в практике, так и в учебном процессе кафедры "Автомобили,
тракторы и сельхозмашины" Великолукской государственной
сельскохозяйственной академии.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных и научно — практических конференциях в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете в 2002 году; в Костромской государственной сельскохозяйственной академии в 2002.И 2004 г.; а также на Международных научно-практических конференциях, состоявшихся в Ярославской государственной сельскохозяйственной академии в 2003 г. и Чувашской государственной сельскохозяйственной академии в 2003 г.
Основное содержание работы изложено в 9 научных статьях и полученном положительном решении о выдаче патента на изобретение.
На защиту выносятся следующие положения:
рациональные способы повышения пропускной способности зерносушилок шахтного типа и охлаждения семян после сушки;
разработка математической модели определения конструктивно-технологических параметров выгрузного рабочего органа - охладителя зерна аэродинамического типа;
теоретические предпосылки к обоснованию методики расчета аэродинамического сопротивления аэродинамического выгрузного рабочего органа - охладителя зерна после сушки;
14 - технологическая схема замкнутого контура аэродинамического
выгрузного рабочего органа - охладителя зерна после сушки, имеющая двойную
систему подвода охлаждающего воздушного потока, создаваемого центробежным
вентилятором.
Автор пользуется возможностью выразить глубокую признательность за оказанную помощь и содействие, при выполнении научной работы, следующим лицам: научному руководителю, д.т.н., профессору Морозову В.В.; научному консультанту, д.т.н., профессору, заслуженному деятелю науки и техники РФ, заслуженному изобретателю Костромской области Зимину Е.М.; главному инженеру предприятия ОАО "Псковоблгаз" Панову В.И.; директору филиала "Великолукский" ОАО "Псковоблгаз" Захарову В.И.; бывшему председателю СПК колхоза "Красная поляна" Головневу А.Н.
Охладительные устройства с разрыхленным (подвижным) зерновым слоем
Наряду с охладительными устройствами зерносушилок, работающими с плотным слоем зерна и семян, в практике зерносушения применяются охладительные устройства с разрыхленным (подвижным) зерновым слоем. Интерес к изучению и применению установок подобного рода объясняется повышенной интенсивностью теплообмена в данных агрегатах, что особенно важно при изыскании путей интенсификации процесса охлаждения зерна.
В работе /75/ Д.Я.Мазуров отмечает, что интенсивность теплообмена в вышеуказанных устройствах в 4 раза больше, чем при прохождении газов через неподвижный слой и в 13 раз выше, чем при внешнем омывании неподвижного слоя газами. Исследователи А.С.Телеген, В.С.ШвыдкиЙ и Ю.Г.Ярошенко /122,с.269/ приходят к выводу, что коэффициент теплоотдачи в. установках с подвижным (псевдоожиженным) слоем в 20-30 раз выше по сравнению с установками, работающими с плотным слоем материала.
В охладительных устройствах, работающих с разрыхленным (подвижным) зерновым слоем, для приведения слоя зерна в подвижное состояние используются вращающиеся барабаны, шнеки, воздух, вибрация и т.д. В барабанных охладительных устройствах охлаждение зерна и семян происходит, как правило, в отдельном барабане. Пересыпание зерновой массы в барабане осуществляется подъемно-лопастной системой (насадками). В процессе пересыпания зерно взаимодействует с атмосферным воздухом, который подается способом "прямотока" или "противотока". У нас в стране по рассматриваемому принципу работает передвижная барабанная зерносушилка СЗПБ-2,5А, оборудованная колесным ходом и вращающимся выносным охладительным барабаном /135,с.58/. Положительной стороной охладительных устройств барабанного типа является возможность перемешивания зерна и семян, и, как следствие, интенсификация теплообмена между охлаждающим воздухом и зерновками.. К недостаткам барабанных охладительных устройств можно отнести: - сложность конструкции и регулировки их пропускной способности; - малый коэффициент заполнения: барабана зерном и семенами, который при увеличении пропускной способности может привести к значительному увеличению габаритов охладительного барабана; - недостаточная эффективность охлаждения зерна и семян. Наряду с охладительными устройствами барабанного типа в нашей стране и за рубежом разработаны агрегаты, в которых с целью интенсификации процесса охлаждения зерна, при помощи воздуха или вибрации осуществляется разрыхление зернового слоя, его перемешивание и транспортирование. При транспортировании зерна в охладительных устройствах при помощи воздушного потока зерновой слой в своей структуре претерпевает определенные изменения, которых достаточно для приобретения им некоторых свойств, присущих жидкостям, а именно свойства текучести. Поэтому, как; отмечается, в работе /124,с.408/, такой перемещающийся слой зерна носит название псевдоожиженного. В зерносушилках с псевдоожиженным слоем охладительные камеры по своей конструкции, как правило, аналогичны сушильным и представляют собой решетчатый неподвижный или вибрирующий лоток, на котором находится слой охлаждаемого зерна и семян. По аэродинамическим режимам воздушного потока охладительные устройства с псевдоожиженным слоем зерна можно разделить на установки со взвешенным, кипящим и виброожиженным слоем. У нас в стране встроенные охладительные устройства с псевдоожиженным слоем зерна нашли применение лишь на отдельных опытных конструкциях зерносушилок. И в этом плане представляют интерес ранее рассмотренные разработки, проведенные в Казахском филиале ВНИИЗ /10,с.40; 38,с.95; 1/, в результате которых исследователями был создан выгрузной рабочий орган аэрогравитационного типа для шахтных зерносушилок, позволяющий при транспортировании дополнительно охлаждать просушенное зерно. Исследователями также отмечается 7б4,с.98/, что продолжительность охлаждения зерна с использованием установок подобного рода сокращается в 10 раз, а интенсивность испарения влаги из зерна возрастает в 1,5 раза. Наряду с этим, П.В.Блохин в своей работе /14/ замечает, что процесс охлаждения зерна в охладителях с псевдоожиженным слоем, можно значительно интенсифицировать путем использования теплообмена не только между зерновым материалом и воздухом, но и между стенками охладителя и зерновым слоем. Охладительные устройства, работающие с псевдоожиженным слоем зерна, нашли применение в ряде установок иностранных фирм. Примером в этом плане может служить сушилка ТВН (Швейцария), в которой обрабатываемый зерновой слой находится во взвешенном состоянии за счет воздействия на него воздушного потока. Нижняя секция рассматриваемой зерносушилки является охладительной камерой /110; 91/. С целью стабилизации процесса охлаждения зерна и семян, а также для создания условий активного перемешивания и транспортирования зерна по грузоне-сущему органу, наряду с установками работающими с применением воздушного потока, был разработан ряд охладительных устройств для зерносушилок вибрационного типа, представляющих собой многоярусные или одноярусные установки. В многоярусных зерносушилках обычно нижний ярус является охладительной камерой, а в одноярусных - охладительное устройство расположено в конце гру зонесущего органа. В качестве примера многоярусной вибрационной зерносушилки можно отметить отечественную зерносушилку СЗПВ-2,0 /126/, а одноярусной - иностранную зерносушилку "Gascoigne" (Великобритания) /112/. Применение вибрации при охлаждении зерна и семян после сушки является важным резервом интенсификации теплообмена между обрабатываемым материалом и воздухом. Однако применение данных установок наиболее эффективно при выносном варианте охладительного устройства. Это обусловлено прежде всего вредным воздействием вибрации на крепежные элементы конструкции зерносушилок. Наиболее перспективным направлением в использовании вибрационной техники, по мнению П.В.Блохина /14/, является совместное воздействие вибрации и воздушного потока на зерновой слой. Хотя при этом автор отмечает повышенную сложность устройства виброаэротранспортеров. В дополнение к этому следует также заметить повышенную энергоемкость процесса виброаэротранспор-стирования зерна, обусловленную дополнительным расходом мощности на привод вибрирующих органов.
В результате рассмотренного анализа охладительных устройств зерносушилок можно сделать вывод о том, что значительной интенсификации процесса охлаждения зерна после сушки можно достигнуть в охладительных устройствах с подвижным зерновым слоем, перспективным направлением в использовании которых являются установки базирующиеся на проведении процесса охлаждения зерна в псевдоожиженном состоянии. Подтверждение этому находит также отражение в работах/84,с,23; 111,с.17; 133,с.7;.13б; 137/, посвященных использованию псевдоожиженного зернового слоя для повышения интенсивности охлаждения сыпучих материалов как в сельском хозяйстве, так ив различных отраслях промышленности.
Аэродинамическое сопротивление газораспределительной решетки аэродинамического выгрузного рабочего органа - охладителя зерна после сушки
На основании принятой программы исследований для проведения эксперимента, совместными усилиями кафедр "Автомобили, тракторы и сельхозмашины" Великолукской ГСХА и "Сельхозмашины" Костромской ГСХА была разработана и сконструирована лабораторная установка. Она представляет собой аэродинамический транспортер длиной б метров и состоит из следующих основных конструкционных элементов (см. рис.ЗД); конфузора 1, выхлопной камеры 2 с жалю-зийной перегородкой 3, загрузочной горловины 4, обратного трубопровода 5, вентилятора 7, нагнетательного канала 10, газораспределительной решетки 11, всасывающего короба 13 с жалюзийной перегородкой 14, бункера резерва 15, выпускного желоба 16 с заслонкой 17.
Нагнетательный канал (клиновидной формы) и всасывающий короб изготовлены из листового железа толщиной 2 мм и имеют ширину 400 мм. Внутри всасывающего короба, для регулирования количества поступающего в установку наружного воздуха предусмотрена жалюзийная перегородка, состоящая из стальных пластин толщиной 1,2 мм. Механизм регулировки жалюзийной перегородки 14 выполнен в виде гребенки (на рис. 3.1 место расположения гребенки обозначено значком " "). Верхней границей нагнетательного канала и всасывающего короба является газораспределительная жалюзийная решетка, набранная из стальных пластин толщиной 2 мм. Пластины газораспределительной решетки разделяют пространство между конфузором, нагнетательным каналом и всасывающим коробом с образованием двух зон: нагнетательной А и всасывающей Б. Вся конструкция газораспределительной решетки может быть наклонена под различными углами к горизонту, с помощью винтовых механизмов, расположенных в конце нагнетательного канала и всасывающего короба (на рис.3.1 обозначены значком).
Сверху на конструкцию нагнетательного канала и всасывающего короба аэродинамического транспортера опирается верхняя часть экспериментальной установки, состоящая из конфузора и выхлопной камеры, Конфузор, выполненный из железа толщиной 0,5 мм, соединяется посредством обратного трубопровода 5 и переходника 6 со всасывающим окном вентилятора. Внутри обратного трубопровода, в месте его крепления к переходнику, расположена поворотная заслонка (на рис.3.1 место установки заслонки и механизма ручного управления ею показано значком "), предназначенная для регулирования подачи отработавшего в установке воздушного потока (агента охлаждения) при повторном его использовании совместно с наружным воздухом.
Выхлопная камера 2 установки, имеет жалюзийную перегородку 3, толщина стальных пластин которой аналогична толщине жалюзийных пластин перегородки всасывающего короба. Назначение данной перегородки, состоит в регулировании соотношения смеси поступающего в установку наружного воздуха и предварительно подогретого от зерна, отработавшего в установке воздушного потока. Регулирование положения пластин жалюзийнои перегородки осуществляется при помощи гребенки (место ее расположения обозначено на рис.3.1 значком ). Оградительные стенки выхлопной камеры изготовлены из листового железа толщиной 2 мм.
Со стороны нагнетания воздушного потока экспериментальная установка монтируется посредством переходного патрубка 9 с вентилятором 7. Вся конструкция экспериментальной установки опирается на металлические стойки 12. Рабочий процесс рассматриваемого нами выгрузного рабочего органа и охладителя зерна аэродинамического типа осуществляется следующим образом. Нагретый (до t = 43-45 С) и высушенный до влажности близкой к кондиционной (w =15±3 %) зерновой ворох подается через загрузочную горловину 4 (см. рис. 3.1) на газораспределительную решетку 11 экспериментальной установки. Одновременно с поступлением зерна вентилятор 7 осуществляет забор наружного воздуха через всасывающий короб 13 и систему обратного трубопровода 5 и направляет воздушный поток в нагнетательный канал 10. В нагнетательном канале воздушный поток при помощи размещенной вверху канала газораспределительной решетки 11 рассекается на ряд струй и, выходя из щелей, образованных жалюзийными пластинами решетки 11, воздействует на зерновую массу, размещенную на начальном участке решетки. При этом происходит разрыхление зернового слоя и смещение его по поверхности жалюзийных пластин в сторону выгрузки зерна на дальнейшую обработку. Параллельно с основной операцией - транспортирования зернового вороха протекают сопутствующие транспортированию операции (охлаждение зерна, выравнивание по влажности отдельных зерновок в объеме слоя, удаление из зерновой массы части легких примесей), среди которых, при сопоставлении, в большей степени проявляется операция - охлаждение зерна. Особенностью данной операции является также то, что, благодаря конструктивным особенностям экспериментальной установки, появляется возможность рационального ее обеспечения путем проведения охлаждения зерна в две стадии: "мягкой" и "жесткой". Границы отмеченных стадий охлаждения можно условно определить, мысленно разбив длину газораспределительной решетки И на два участка: а) участок, расположенный над нагнетательным каналом 10 установки; б) участок, расположенный над всасывающим-коробом 13 установки. На первом участке высота слоя охлаждаемого материала, удельная нагрузка на газораспределительную решетку и количество агента охлаждения выбираются таким образом, что образуют воздушную смесь (с t = 25 -30 С) подогретого от зерна воздушного потока и наружного атмосферного воздуха. Данная воздушная смесь непрерывно циркулируя по схеме: система обратного трубопровода — вентилятор — нагнетательный канал —газораспределительная решетка, постоянно воздействует на зерновой ворох, обеспечивая: а) выравнивание по влажности отдельных зерновок в объеме слоя; б) досушку зерна до влажности w =14±2,5 %; в) снятие внутренних (температурных) напряжений, возникших ранее в зерновках в процессе их сушки.
Определение аэродинамического сопротивления воздухоподводящих каналов
Измерение аэродинамического сопротивления газораспределительной решетки заключалось в определении динамического (скоростного) и полного давлений воздушного потока в щели газораспределительной решетки. Экспериментальные исследования проводились на незаполненной зерном газораспределительной решетке. При этом непосредственно перед проведением эксперимента на параметрах воздушного потока, которые впоследствии предполагалось измерять, через экспериментальную установку с определенной пропускной способностью транспортировался зерновой материал.
Для замеров давления воздушного потока использовалась пневмометриче-ская трубка с Г-образным насадком, оттарированная в соответствии с эталонным образцом. При работе вентилятора в щель газораспределительной решетки навстречу направлению действия воздушного потока помещался носик Г-образного насадка пневмометрической трубки (см. рис, 3.6). Штуцера "+" и "-".расположенные на другом конце пневмометрической трубки и воспринимающие параметры полного и статического давления от носика насадка, были соединены с помощью резиновых трубок с одноименными штуцерами многопредельного чашечного микроманометра с наклонной трубкой ММН - 240 (5) 11. При измерении полного давления резиновая трубка(соединяющая штуцера"-" микроманометра и пневмометрической трубки, была отсоединена от обоих штуцеров. Регистрация показаний микроманометра и их пересчет с учетом воздействия внешних факторов, проводились аналогично методике, изложенной в разделе 3.4.1.
Определение температурного перепада в зерновой массе, на этапе производственных исследований не представляет собой особых трудностей вследствие того, что забор нагретого после сушки зернового материала предполагается осуществлять непосредственно на выходе из зерносушильного агрегата. Таким образом, начальная температура зерна (до его пропуска через экспериментальную установку) будет равна температуре зернового вороха после его сушки. Однако на этапе лабораторных исследований вследствие того, что начальная температура зернового вороха равна температуре воздуха в помещении лаборатории, определение температурного перепада является возможным только при повышении искусственным путем начальной температуры зерна до значения (до t = 43-45 С), определяемого сохранением качественных показателей семенного зерна по окончании его сушки в реальных условиях производства.
На основании вышеизложенного обеспечение предварительного подогрева зерна до требуемой температуры осуществлялось в следующем порядке (см. рис. 3.7). Зерновой материал изначально засыпался в выполненные из оцинкованной стали металлические корыта (5) с размерами 440 930x160. Толщина слоя зерна находилась в пределах 120 — 130 мм. Сверху металлические корыта накрывались стальными листами и помещались на кирпичные опоры (6). Между опорами был установлен источник тепловой энергии - газовая инфракрасная горелка ТГИИБ-3,65 (7). Предпочтение отмеченному нами источнику тепла было отдано вследствие того, что этот тип вышеуказанных горелочных устройств, используя эффект инфракрасного излучения работает по принципу короткопламенного сжигания сжиженного газа /123, 105/, что при нагреве зерна исключает выделение углерода на металлической поверхности корыт наполненных зерном. Для предотвращения подгорания греющегося в металлических корытах зернового вороха, поверхность нагрева — металлическая сетка газовой инфракрасной горелки, находилась от днища корыта на расстоянии 300 мм. Наряду с этим, через каждые 2 - 2,5 мин. зерновой ворох перемешивался в двухкратной повторности - металлическим скребком и вручную. Данными действиями одновременно достигалось выравнивание температуры между отдельными зерновками в объеме слоя до значения t = 44±1,0 С. Общее время нагрева зерна до требуемой температуры составляло 70 — 90 мин., что объясняется низкой теплопроводностью зерновой массы.
По завершении предварительного нагрева зерна дальнейшие действия, в отношении пропуска зерновой массы через экспериментальную установку и регистрации необходимых параметров производились в порядке, отмеченном нами ранее в п. 3,2.3. При этом после регистрации показаний приборов по конечной температуре охлаждаемого зерна определялся температурный перепад - dt, представляющий собой разницу между начальной Тзн. (перед пропуском зерна через установку) и конечной Тэ.к (после пропуска зерна через установку) температурой зернового вороха.
Динамическое давление и скорость воздуха в щели газораспределительной решетки
Это объясняется тем, что факторы Ы и ЬЗ оказывают существенное влияние на количество (расход) подаваемого в установку воздушного потока (агента охлаждения). В тоже время фактор Ь2 оказывает непосредственное влияние не на регулирование расхода агента охлаждения, а на его качественные показатели, определяемые в первую очередь различным соотношением в нем наружного (атмосферного) воздуха и предварительно подогретого от охлаждаемого зерна отработавшего в установке воздушного потока. На основании этого взаимодействие факторов Ы и ЬЗ с фактором Ь2 способствует повышению подсушивающей способности агента охлаждения, что благоприятно сказывается на увеличении дополнительного съема влаги с зерновок, при их охлаждении в процессе транспортирования.
Наряду с вышеизложенным, представляет интерес объяснение факта относительно меньшей величины (0,2-0,4%) влагосъема с зерновок при их охлаждении по сравнению с предшествующей операцией сушки. Данное явление объясняется тем, что в зерновках, поступающих на охлаждение после сушки, преобладает доля, так называемо связной влаги, которая в процессе влагооб-мена при охлаждении ведет себя совершенно по иному, чем свободная влага, основная часть которой удаляется еще на этапе сушки зерна. Специфика связной влаги - как объекта массообменных процессов при охлаждении зерна состоит в том, что она, являясь по своей сути биологически синтезированным в процессе жизнедеятельности зерновок водным раствором, обладает прочной энергией связи с тканями зерна, что затрудняет перемещение данной влага из внутренних областей- к поверхности зерновки.
Принимая во внимание вышеизложенное, отметим, что совпадение потоков влагопроводности и термовлагопроводности в процессе охлаждения зерна, увеличение активной поверхности перемещаемых зерновок (при их контакте с агентом охлаждения), воздействие на начальной стадии охлаждения подогретого и рециркулирующего по вентиляционной системе воздушного потока, явились теми важными предпосылками, которые способствовали дополнительному съему влаги и выравниванию по влажности транспортируемых зерновок в объеме слоя, что является важным резервом в повышении пропускной способности зерносушильных агрегатов.
На этапе производственных исследований нами были проведены дополнительные исследования, направленные на изучение влияния режимных параметров экспериментальной установки на качественные показатели семян: всхожесть и энергию прорастания. Результаты, полученные после проведения анализов по определению качественных показателей семян и засвидетельствованные в П.20, представлены в таблице 4.1.
Приведенные в таблице 4.1 показатели были сгруппированы на основании матрицы планирования П. 1.4. таким образом, чтобы можно было нагляднее проследить изменение качественных показателей семян по мере постоянного увеличения технологических параметров работы установки, что также согласуется с порядком проведения исследований,; отмеченном в На основании анализа результатов, отмеченных в таблице 4.1, были сделаны следующие выводы: большая часть технологических режимов, определяемых различными сочетаниями параметров в работе установки и характеризуемых в таблице 4.1 строками №1, 3,.4, 6, 8, 10, 13, оказывает благотворное влияние на качественные показатели семенного зерна. Так например, всхожесть семян после пропуска их через экспериментальную установку, увеличилась на 1%, а энергия прорастания на 1. ..2%; результаты анализов, полученные в строках №2, 7, 9 , таблицы 4.1, не принимались во внимание, так как за относительно короткий промежуток времени пребывания зерновок в экспериментальной установке, сочетаемый с допустимыми технологическими режимами, качественные показатели семян не могут претерпеть столь значительных изменений ни в сторону увеличения, ни в сторону уменьшения. Поэтому изменение качественных показателей семян, в отмеченных строках таблицы 4.1, носит случайный характер, который объясняется тем, что отбираемые на анализы после зерносушильного агрегата образцы семенного материала в зависимости от условий их сушки, имели разнородные показатели по всхожести и энергии прорастания. Так, например, у семян находившихся в процессе сушки вблизи мест входа сушильного агента в зерновой слой, по нашим наблюдениям) отмечалось значительное превышение температуры зерновок (до 55-58С) в сопоставлении с допустимыми пределами, а это в свою очередь оказывает непосредственное влияние на качественные показатели семян /108/. Наряду с этим, в процессе выгрузки перегретые после операции сушки отдельные партии зерна, смешиваются с зерновой массой, имеющей температурные показатели, соответствующие необходимым требованиям на сушку зерна, что могло отразиться в последствии на результатах анализов по определению качественных показателей семян. 1. Проведенный регрессионный анализ результатов лабораторных и производственных исследований показал, что увеличение значений рассматриваемых в эксперименте факторов, приводит к возрастанию таких показателей технологического процесса, как: потери давления: в вентиляционной системе установки и расход воздуха в ней, пропускная способность по выгрузке зерновой массы, а также динамическое давление и скорость воздуха в щели газораспределительной решетки. 2. Определены рациональные параметры работы.выгрузного рабочего органа — охладителя зерна после сушки: а) при лабораторных исследованиях: расход воздуха Q-1,347-1,398 м3/с, пропускная способность GK0 5924 - 6034 кг/ч.; б) при производственных исследованиях: расход воздуха Q-2,173-2,611м3/с, пропускная способность GKCL—4392-5972 кг/ч. 3. При исследованиях процесса охлаждения зерна установлено, что эффективность снижения температуры зерновой массы после сушки: охладителем зерна аэродинамического типа составляет 41,5-48,6%. Однако неравномерность распределения температуры между отдельными зерновками после: охлаждения снизилась с ±6,0 до ±2,3 С. При обеспечении более равномерного распределения температуры по зерновой массе дальнейшее снижение температуры зерновок до значений, определяемых агротребованиями, может быть достигнуто путем последующего пропуска зерновой массы через бункера активного вентилирования, а также машины первичной и вторичной очистки зерна. 4. Проведенные исследования показали, что процесс охлаждения зерновок при их транспортировании в рассматриваемом агрегате сопровождается дополнительным съемом влаги с зерновок (эффектом подсушки зерна) на 0,2-0,4% и выравниванием по влажности отдельных зерновок в объеме слоя.
