автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов работы газораспределительной системы шахтных зерносушилок с коробами открытого исполнения

8 ОД

1 Ч ДПР «ГГ'?

На правах рукописи

ЖУКОВ Михаил Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ШАХТНЫХ ЗЕРНОСУШИЛОК С КОРОБАМИ ОТКРЫТОГО ИСПОЛНЕНИЯ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного

производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1998

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственного машиностроения имени В. П.Горяч-кина - АО "ВИСХОМ".

Научный руководитель - доктор технических наук Авдеев A.B.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ Резчиков В. к.

Ведущее предприятие - Кировская машно-исштательная станция

(MC), п.Оричи Кировской области

Защита состоится 22 апреля 1998 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д169. 06.01. Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственного машиностроения им.В.П.Горячкина - ОАО "ВИСХОМ": 127247, Москва, Дмитровское шоссе, д. 107, диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО "ВИСХОМ".

кандидат технических наук Фрегер Ю. Л.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

А. А. Сорокин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Производство высококачественного и кондиционного зерна в значительной степени зависит от комплексной механизации всех процессов уборки и послеуборочной обработки, в том числе и сушки. При необходимости подвергать сушке почти 100% валового сбора в нашей стране в последние годы почти прекращен выпуск зерносушльной техники. В результате основные зернопроизводящие регионы России: Центральный. Поволжский, ЦЧЗ, Северо-Кавказский. Уральский и Западно-Сибирский, производящие до 8555 зерна, практически остались без зерносушльной техники промышленного производства, а их оснащенность зерноочистительными агрегатами на 01.01.91 г. составляла около 70%.

Все это привело к тому, что 2/3 потерь урожая приходится на послеуборочную обработку, из которых 45% связано с отсутствием в хозяйствах зерносушльной техники. Дефицит в зерносушилках из . года в год составлял 62-68%.

В настоящее время сушилки колонкового и бункерного типов в незначительных количествах выпускает АО "Брянсксельмаш". Однако выпускаемые сушилки имеют повышенные энергетические показатели и не отвечают требованиям экологии и пожаробезопасности. Всем этим требованиям более полно отвечают шахтные зерносушилки с коробами.

Сушка является одной из сложных и энергоемких операций в производстве зерна, на нее приходится до 60% всех затрат. Основой удешевления процесса сушки является его интенсификация, которую следует проводить с учетом биологических и физико-химических свойств зерна как объекта сушки. В этом случае критерием рациональности способа сушки будут, не только технико-экономические показатели, но и полнота сохранности и улучшение качества подвергнутого сушке материала.

Сказанное свидетельствует о том, что создание отечественной технологически новой и конкурентноспособной шахтной зерносушилки является важной и актуальной задачей в общей проблеме послеуборочной обработки убранного урожая.

Работа выполнена в соответствии с приказом министра сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации К 551 от 24.06.1991 г. "Об организации производства зерносушилок С-20 в

Кировской области" и госконтрактом N 80 от 24.11.1993 г. с Минсельхозпродом РФ на создание зерносушилки С-10. а также тематическими планами и производственными программами ОА "Кировагроп-ромтехника" на 1994-2000 гг. по созданию семейства зерносушилок типа С.

Целью работы является теоретическое и экспериментальное обоснование аэродинамических режимов работы газораспределительной системы и параметров шахтной зерносушилки с коробами открытого исполнения.

Объекты исследований - зерновой ворох, зерно, процесс сушки, опытные образцы зерносушилок, зерноочистительно-сушильных линий и комплексов.

Методика исследований. В теоретических исследованиях применены основы теоретической механики, аэродинамики, тепло-массопе-реноса, теплотехники, высшей математики с использованием математического моделирования процессов на ЭВМ. При проведении экспериментальных исследований за основу были взяты государственные и отраслевые стандарты, методики "ВИСХОМ". Для обработки результатов экспериментальных исследований были использованы методы математической статистики.

Научную новизну составляют математические модели: аэродинамической системы шахтной зерносушилки с коробами открытого исполнения с выносным диффузором и температурного режима газораспределительной системы шахты. Новизна технических решений конструкции зерносушилки подтверждена положительным решением ВНИИГПЭ на выдачу патента России.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, результатами государственных испытаний разработанных зерносушилок.

Практическая ценность работы заключается в разработке методики инженерного расчета конструктивно-кинематических параметров газораспределительной системы и ее режимов, которая позволила рассчитать и спроектировать семейство зерносушилок с коробами открытого исполнения с выносным диффузором.

Реализация результатов исследований. По результатам государственных испытаний семейство зерносушилок поставлено на производство в объединении "Кировагропромтехника".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены и одобрены:

- научно-технической секцией ОАО "ВИСХОМ" (1994-1997 гг.);

- областным управлением сельского хозяйства и продовольствия Кировской области (1991-1996 гг.);

- на ежегодной конференции преподавательско-профессорского состава Кировского сельскохозяйственного университета (г. Киров, 1992-1996 гг.);

- межведомственной экспертной комиссией Минсельхозпрода РФ в августе 1994 и мае 1996 гг.;

- на научно-практических конференциях в Москве (ВИМ) в октябре 1995 и 199? гг.

- образцы зерносушилок демонстрировались на международной выставке "Сельхозтехника-95" и "Сельхозтехника-96", где были отмечены дипломами, на выставке в Уфе (Башкортостан) в 1994 году, на выставке ВВЦ в 1995...1997 гг. (г.Москва).

По результатам исследований опубликовано 3 печатных работ и получено от ВНИИГПЭ положительное решение на патент.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 97 наименований, в т.ч. 7 на иностранном языке, изложена на 138 стр. машинописного текста, содержит И таблиц. 43 рисунка и 4 приложения.

На защиту выносятся:

- методика по обоснованию параметров и режимов работы газораспределительной системы шахтных зерносушилок с коробами и выносным диффузором открытого исполнения;

- анализ теоретических и экспериментальных исследований по кинетике сушки толстого слоя зерна с исходной влажностью более 22%, равномерности сушки и нагрева зерна, распределению аэродинамических потерь в газораспределительной системе и качеству охлаждения зерна во встроенном охладителе;

- результаты государственных испытаний зерносушилок.

Содержание работы.

Во введении дается краткое обоснование актуальности работы, цель, основные положения, выносимые на защиту и задачи исследования.

В первой главе приведен анализ современного состояния сушки зерна и зерносушильной техники.

В настоящее время в мире получила широкое распространение конвективная сушка зерна. Ее исследованием и усовершенствованием конструкций зерносушльных установок и технологических линий по обработке зерна занимаются как в нашей стране, так и за рубежом. Вопросами теории, расчета технологических процессов сушки, проектирования сушильной техники и поточных линий, снижения энергетических затрат на сушу зерна, определения качественных показателей в зависимости от назначения зерна посвящены работы В.П.Го-рячкина, С.Д.Птицына, В.И.Анискина, Б.А.Кубышева, В.Г.Антипина, Ф.Н.Эрка, А.С.Гинзбурга, П.Д.Лебедева, Н.Н.Ульриха, И.Н.Федорова, Я.М.Брука, А.П.Гержоя. В. Ф. Самочетова, В. П.Елезарова, Г. С.Окуня, А.Г.Чижикова, А.Г.Громова, В. С.Уколова, В.А.Резчико-ва, В.И.Алейникова, Ю.Л.Фрегера, Г. А. Ровного, А.И.Келюбова, Н.Г.Гладкова, Е.П.Шолудякова, Р.И. Волика, В.Д.Олейникова, Г.И.Гозмана, И.В.Захарченко, А.В.Авдеева, и др.. Среди зарубежных ученых эти проблемы изучали Auzelins А., Becker Н., Sallans Н.. Brown Н.,Escombe F., Bungartz Н., Cleve Н..Hoffman Н..Culpln С., Dohler Н., Farig D., Lock H., Greig D., Boyce D., Hall С., Komnerlying Н., Koferd S., Lallog M., Ifazuh P., Wenrer H. и др.

Анализ работ перечисленных специалистов показывает, что одним из условий получения устойчивых высоких урожаев зерна является всемерное развитие семеноводства. Однако в технологии обработки семенного зерна одним из самых слабых мест является его сушка, особенно вороха повышенной влажности, ввиду недостаточной приспособленности выпускаемого промышленностью сушильного оборудования для этих целей. В связи с этим, для сушки высоковлакных семян на местах широко применяются различные самодельные установки, которые имеют значительные затраты труда, с высокими расходами топлива и энергии при эксплуатации.

Другой проблемой сдерживающей увеличение зерна в стране является неопределенность связи объема убираемого урожая и исходной влажности зерна. Такая зависимость позволяет прогнозировать необходимый зерносушильный парк машин и ориентировать заводы-изготовители на спрос АПК зерносушилок, формируя тем самым рынок такой техники. До недавнего времени в соответствии с данными НИМ сельского хозяйства СССР объемы убираемого урожая в зависимости

от исходной влажности зерна распределялись согласно таблицы 1. Проведенный нами анализ статистической отчетности по производству зерна в СССР и средней уборочной влажности по регионам позволил экспертным путем установить аналогичную зависимость для России. При этом получено, что доля зерна убираемого в стране влажностью более 18% составляет в общем валовом объеме 81%. Климатические условия уборки последних лет показали, что остальные 19% урожая, влажность которого менее 18%,не являются постоянной величиной. Так, в Поволжском и Северо-Кавказском регионах один год из семи является неблагоприятным для уборки, однако в этот год обычно наблюдается наибольший урожай зерновых. В Сибири 3-4 года из десяти являются неблагоприятными и только один год в этот период позволяет убирать кондиционный по влажности урожай. Аналогичная ситуация складывается и других зернопроизводяищх районах России.

Таблица 1.

ЗАВИСИМОСТЬ ВАЛОВОГО СБОРА УРОЖАЯ ОТ ВЛАЖНОСТИ ЗЕРНА

1 1 |Ш| Уборочная 1 1 Валовой сбор урожая. г --■ 1 Валовой сбор урожая,1

1пп1 влажность | % для СССР % для России • 1

1 1 зерна, % 1 (по данным специа- (экспертная оценка |

1 1 1 листов АПК) автора) 1

1 |

1 1 1

11 1 I | 2 1 3 4 1

< 1 11-1 ДО 14 ! 32 6 1

|2.| ОТ 15 ДО 18 1 23 13 1

13. 1 ОТ 18 ДО 20 1 23 24 I

14.1 ОТ 21 до 26 1 14 43 1

15. | 1 | свыше 27 1 8 14 1

1 1 ! 1 1.....1 ИТОГО: 1 100 1 100 1 ] 1

Известно, что сушка зерна с влажностью до 20%, которого в общем объеме 37% без учета кондиционного (до 14%), на известных промышленных отечественных и зарубежных зерносушилках не представляет особой сложности и обуславливается только технологичес-

ними приемами сушки, конструктивными особенностями зерносушилки и назначением зерна. Для более высокой влажности (от 21%) зерна, на которое от валового сбора приходится 51%, процесс сушки усложняется из-за плохой сыпучести зерна, снижения производительности транспортных средств, технологической ограниченности поточных линий и т.д. В этом случае у большинства известных поточных зерносушилок возникает необходимость в двойном или тройном пропуске зерна через них (отсюда сложилось мнение российских специалистов об ограниченных возможностях шахтных зерносушилок), что фактически соответствует такому же увеличению объема обработки собранного зерна, а это снижает производительность зерносушилки и нарушает поточность ее работы. Вследствие этого затягиваются агротехнологические сроки обработки убранного урожая, повышаются потери и снижается качество зерна, а также увеличивается его себестоимость.

Анализ технологических приемов сушки зерна на промышленных зерносушилках предназначенных для сельского хозяйства и системы хлебопродуктов показывает, что одноступенчатый подвод тепла к зерну на всем протяжении процесса сушки не способствует интенсификации самого процесса и не является экономичным.

Обзор и анализ конструкций отечественных и зарубежных зерносушилок позволил сделать вывод о том, что для обеспечения качественной и экономичной сушки зерна, особенно семенного назначения, зерносушильная техника должна отвечать следующим основным требованиям:

- механическое и термическое повреждение семян не допускается;

- качественные показатели семян (всхожесть, энергия прорастания и т.д.) после сушки не должны ухудшаться;

- обеспечение полной и быстрой очистки рабочих камер и оборудования сушилки с переходом на другую культуру;

- равномерное распределение теплоносителя по объему обрабатываемого материала;

- возможность пропуска семян любой исходной влажности за один проход;

- необходимость точного контроля и регулирования основных параметров процесса сушки;

- возможность использования в поточных технологических ли-

ниях по послеуборочной обработке зерна;

- обеспечение максимальной защиты по пожарной безопасности;

- выполнение норм выброса в атмосферу обработанного агента сушки по экологии и обеспечение комфортного труда на рабочем месте.

Сопоставление результатов испытаний отечественных и зарубежных зерносушилок на машино-испытательных станциях показали, что шахтные зерносушилки с коробами Т-662 и Т-663 (ГДР), "Campbell" и "Aeroglide" (США). "Law" (Франция), М-819 и М-839 (Польша) не могут являться конкурентами зерносушилки "Seting" (Хорватия), которая практически отвечает перечисленным требованиям и за счет несложной системы заслонок, установленных внутри диффузора и конфузора, может сушить зерно по трем технологическим схемам:

- с рециркуляцией отработанного в зоне охлаждения воздуха в поток теплоносителя;

- с одновременным выбросом отработанного агента сушки и воздуха в атмосферу через циклон;

- с увеличением зоны сушки за счет зоны охлаждения.

Такая гибкость переналадки газораспределительной системы позволяет за один проход высушивать зерно исходной влажностью 35% до кондиции.

Таким образом, сложившееся у российских специалистов мнение, что на шахтных зерносушилках с коробами невозможно за один проход просушить высоковлажное зерно до кондиции необъективно. Пример этому зерносушилки фирмы "Setlng" (Хорватия), которые проходили испытания на Кировской МИС ж с 1992 года эксплуатируются в колхозах "Прогресс" Советского и "Красная звезда" Яранс-кого районов Кировской области, обрабатывая за один проход зерно любой исходной влажности.

Изучение конструктивных особенностей газораспределительных систем шахтных зерносушилок с коробами позволило сгруппировать их в шесть типов. Каждый тип характеризуется режимом работы аэродинамической системы (нагнетание или разряжение), соотношением сушильной и охладительной зон в шахте, расположением топочного (нагревательного) устройства и количеством вентиляторов обслуживающих газораспределительную систему зерносушилки. При этом установлено, что в зерносушилках относительно шахт диффузоры вы-

полнены выносными или ветрорешетнкми. К первым относятся, например, зерносушилки "Law" (Франция) и "Seting" (Хорватия), вторым - ЗСШ-16А (Россия) и М-819 (Польша).

Сочетание диффузоров и конфузоров с коробами (рис.1), установленными в шахте зерносушилок для распределения теплоносителя (воздуха) в зерновом обьеме, позволяют количественно и качественно определить теплотехнические возможности той или иной конструкции зерносушилки. При этом выявлено, что наличие в шахте зерносушилки фирмы "Seting" над коробами вертикальных перегородок способствует равномерному нагрезу и сушки зерна. Этот вывод подтвердили и испытания данной зерносушилки на Кировской МИС (неравномерность нагрева +1,5% и сушки +0,8—1,1%, что ниже регламентируемых условий ATT-2/S).

Графо-аналитическая обработка результатов лабораторных испытаний охладителей зерна отечественных и зарубежных зерносушилок, сгруппированных по отношениям объемов зоны охлаждения к шахте в целом показала (рис.2), что практически все охладители выполняют регламентируемые условия АТТ по качеству охлаждения зерна после сушки. Исключением является зерносушилка М-819 (Польша) с соотношением объемов 1:3,5.

На основании изложенного сформулированы следующие основные задачи исследований:

1. Анализ современного состояния теории сушки зерна и зер-носушильной техники.

2. Анализ газораспределительных систем шахтных зерносушилок с коробами.

3. Аналитические и экспериментальные исследования работы газораспределительной системы с целью получения зависимостей для расчета газораспределителей и элементов этой системы.

4. Разработка и изготовление шахтной зерносушилки с коробами и выносным диффузором.

5. Анализ результатов ведомственных и государственных испытаний образцов новых зерносушилок.

6. Разработка рекомендаций по конструкции и усовершенствованию эксплуатируемых в аграрном секторе зерноочистительно-су-шильных линий и комплексов.

7. Разработка инженерной методики расчета газораспределительных систем шахтных зерносушилок с коробами и выносным диффу-

зором.

Во второй главе изложены результаты изучения газораспределительных систем наиболее известных в России шахтных зерносушилок с коробами сельскохозяйственного назначения и обоснование конструкции шахты.

Исследования по изучению работы газораспределительной системы зерносушилки М-819 (Польша) показали, что распределения по высоте и ширине шахты теплоносителя (сушильная секция) и воздуха (охладительная секция) очень неравномерное. Так, поступление теплоносителя к верхним секциям коробов почти в 3 раза меньше, чем к нижним, а в охладительной секции основное количество воздуха (70%) проходит через средние короба. Такое распределение отражается на выносе зерна из коробов и, как следствие, не выполняются условия АТТ по охлаждению зерна после сушки. Результаты этих исследований позволили сопоставить потери давлений в аэродинамических системах с встроенным диффузором отечественных зерносушилок СЗШ-16 и СЗШ-16А с польской М-819 (таблица 2). При этом получено, что газораспределительные системы, снабженные топочными установками с теплообменником (СЗШ-16А и М-819) по отношению к системам без теплообменника (СЗШ-16) имеют в 2 раза большие аэродинамические потери. Кроме этого, большее общее сопротивление газораспределительной системы зерносушилки М-819 вызвано наличием в ней встроенного охладителя и мультициклонов для очистки отработанных теплоносителя и воздуха. В зерносушилках СЗШ-16 и СЗШ-16А они отсутствуют.

С целью обоснования рациональной конструкции газораспределительной системы зерносушилки с коробами по методике А.В.Авдеева была разработана конструктивно-технологическая схема шахты для расчета траектории движения теплоносителя (воздуха) в слое зерна (рис.3). Основой этой схемы являлась шахта зерносушилки фирмы "Seting" (Хорватия), как наиболее оптимальная в сравнении с известными и испытанными в различных регионах страны зерносушилками. При этом получены формулы расчета средних траекторий

Таблица 2.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЙ В АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ШАХТНЫХ ЗЕРНОСУШИЛОК С КОРОБАМИ

1 INN Место i 1 Статистическое давление. i 10 Па — 1 Примечание |

|пп измерений i i i

1 СЗШ-16 | i i СЗШ-16Ф | 1 М-819

п. За топочным I 1 1 1 1 1 В зерносу- |

устройством 1 37 | 93 | 86 шилке М-8191

1 1 1 в общие по-|

12. Диффузор подвода 1 1 1 тери входят |

теплоносителя 1 45 | 105 1 105 потери от |

1 1 1 охладитель-1

13. Конфузор отвода 1 1 1 ной зоны и |

теплоносителя и 1 66 | 134 | 124 мультицик- |

воздуха 1 1 1 i 1 1 лонов. |

14. Патрубок перед ! 1 1 1 1 I

i вентилятором 1 128 | i i 209 1 i 247 1

тока (обозначения на рис.3):

для верхней lí(180-/) а

траектории 1т.в= h + b+------- (dnp.+------) .

360 2 cos¿

(1)

для нижней ____________________ 3f(180-¿) а

траектории 1х.„= /"(h±b-a sin/) (а±с) * +-------- (d+----),

360 2cos¿

где h, ь и Cj - геометрические значения (см.рис.3);

с( - угол истечения зернового материала под коробом,

подающим агент сушки.

Расчетами определено, что в шахте зерносушилки фирмы "Se-tlng" (Хорватия) верхняя траектория 1Т.В.= 282 мм. а нижняя -

1„.в.= 256 мм. Данные результаты свидетельствуют о почти рациональном расположении коробов в шахте, т.к. длина верхней траектории превышает нижнюю не более 10%. Это означает, что распределение теплоносителя (воздуха) по шахте, должно быть практически равномерное. В отечественных зерносушилках разница между траекториями составляет от 25 до 32%. В этой связи при обосновании газораспределительной системы шахтной зерносушилки с коробами автором были заимствованы положительные конструктивные элементы зерносушилки "Беивд".

На основании графоаналитического метода, разработанного Ю. Л.Фрегером, были определены расчетные значения основных параметров сушки зерна в семенном и продовольственном режимах (рис.4) при относительной толщине продуваемого слоя зерна й = 1. Графическая зависимость = ГСТ) построена из условия снижения в зоне сушки влажности зерна с 25 до 15%, когда атмосферный воздух имеет параметры 10=5°С и¿/=75%. Зона безопасных режимов сушки на номограмме представлена зависимостью 03 ДОп.= Г (у), которая построена по формуле С.Д.Птицина:

2350

6з лоя.=-----------------+ 20-10 1вг. (2)

О,37(100-¥н) + Ин

где Ш - средняя начальная влажность зерна, £ - экспозиция сушки.

Зависимость &3 = получена для принятых начальных условий при различной температуре агента сушки Ц.

В результате аналитических исследований были получены расчетные зависимости конструктивных элементов шахты зерносушилки:

- расстояние между коробами в каждом горизонтальном ряду:

В1 = (1,9 : 2,1) в; (3)

- расстояние между коробами по высоте шахты:

Вз = (1,85 : 2,05) в; (4)

- высота верхней части короба в форме треугольника:

в4 = (1.5 : 1,6) в; (5)

- высота нижней части короба в форме трапеции:

в5 = (0,45 : 0,48) в; (6)

- максимальная ширина короба в месте сопряжения треугольника с трапецией:

в2 = (1.6 : 1,7) в; (7)

- длина шахты (короба):

в6 < 13 в (8)

Изложенный подход к обоснованию технологических и конструктивных параметров позволил автору совместно со специалистами ОАО "ВИСХОМ" разработать типоразмерный ряд зерносушилок газораспределительными коробами. На модуль шахты данного типа зерносушилки получено от ВНИИГПЭ положительное решение от 30.09.94 N 93-046166/06(046603) о выдаче патента на изобретение.

В третьей главе приведены аналитические и экспериментальные исследования газораспределительной системы шахтных зерносушилок с коробами и выносным диффузором.

Качество проектирования зерносушилок непосредственно зависит от изученности и обоснованности как технологических, так и конструктивных параметров, которые характеризуют технические, эксплуатационные и экономические возможности сушильной техники.

На базе методологического подхода к расчету газораспределительных систем шахтных зерносушилок с коробами, разработанного Авдеевым A.B., в работе приведена методика инженерного расчета зерносушилок с выносным диффузором (рис.5). При этом приняты следующие допущения:

- газораспределительная система относительно ввода агента сушки симметрична и конструкции сушильных шахт идентичны;

- производительность, пропускная способность и расход агента сушки через шахты приняты равными;

- температурные и аэродинамические режимы в газораспределительных системах шахт одинаковы;

- потери сопротивления от топочного устройства St пропорциональны сопротивлению S всей газораспределительной системы зерносушилки:

ST = KTS ; (9)

- максимальное отклонение неравномерного от равномерного распределения агента сушки по ширине (zj и высоте (zB) газораспределителей второй группы, согласно рекомендациям В. НЛалие-ва, соответствуют:

2гпах . ш.= 100 (УНЭИб. И. - 1)

или _ (10)

2щах.и.= 100 (1 - Унаим.ш.)

2щах . в .= Ю0 (УнаИб.В. - 1)

ИЛИ _ (11)

2щах. в .= Ю0 (1 ~ УнаИМ.В. ),

где Унаиб.ш., Унаим.ш., Унаиб.в. и Унаим.в. - относительные скорости газа по ширине и высоте газораспределителей. Общие потери давления в двухиахтной зерносушилке с газораспределительными коробами и выносным диффузором представляют собой сумму потерь по отдельным участкам:

Роб = Б = Бт + Бз + + + Зг + +84+ Бз, (12) здесь Б! + Бг = лР - потери от газораспределителей первой группы, которые согласно исследованиям Авдеева А. В. определяются из зависимости:

/г , №5 ЧА

Р = ^(К4 — чк + 1,27----- —-- Уср. 1т) (13)

2g К2 йпр.

где коэффициент местного сопротивления газораспределителя первой группы;

К4 - поправочный коэффициент, при нагнетании равен 1,0; разряжении - 2,34;

^Г - объемная масса газа;

g - ускорение силы тяжести;

- скорость газа в месте соединения газораспределителя первой группы с диффузором;

К! - коэффициент состава зернового вороха (материалы);

Кг - коэффициент формы единичного зерна, для шара 0,324, отличной от шара - 0,353;

К3 - коэффициент агрегатного состояния зернового слоя;

К5 - коэффициент пропорциональности коэффициентов местных сопротивлений;

с - коэффициент сопротивления; ^ - коэффициент абсолютной вязкости газа; с!пр. - приведенный диаметр единичного зерна; УСр.- средняя скорость фильтращга газа через слой; п - показатель степени;

1т - средняя траектория тока газа в слое зерна. Второй член суммы в скобках в зависимости (13) - это сопротивление зернового слоя Бг, а первый - Б!.

Сопротивление отводящих (коробов) газораспределителей первой группы Бь подводящего канала Б3. подводящего (диффузора) Б4 и отводящего (конфузора) Б4 газораспределителей второй группы и

отводящих каналов Бз можно определить из зависимостей:

/

б", - к4 ¿--р; 4;: (14)

2g

Б3 = К4----(15)

2ё

. ...

2g

$4. - к4—(16)

б^ = к4----£ %>3: (17)

2g

X* , *

Б4 = К4----с . (18)

28

где - коэффициенты местных сопротивлений газо-

распределителей со стороны подвода агента сушки (воздуха);

5 з: - коэффициенты местных сопротивлений газораспределителей со стороны отвода отработанного агента сушки (воздуха);

; ^ - скорость газа со стороны подвода агента сушки (воздуха) в газораспределители; Ин,' ; ^Ч ~ СКОРОСТЬ газа 00 стороны подвода отработанных агента сушки (воздуха) в газораспределители;

- объемная масса отработанного агента сушки.

Из практики эксплуатации сельскохозяйственных шахтных зерносушилок с коробами известно, что < 4-6 м/с.

Тогда, из равенства (12), с учетом зависимостей (13) - (18) общие потери давления равны:

Роб - К4 Щз^з и'1 +

2g

(1 - К,)

у?

+ ?1(К4---*Н1 + 1.27

С 2§

К,К3К5 суг

— ^р. Йпр.

(19)

К

2

1

Изложенный инженерный прием расчета отдельных аэродинамических систем двухшахтной зерносушилки с коробами и выносным диффузором позволяет определить конструктивные параметры газораспределителей, входящих в общую газораспределительную систему такой зерносушилки. Если принять, согласно наших допущений, что 31 = Б!,- бз = Бз; = б!, то из зависимостей (13) - (18), с учетом уравнения неразрывности потоков, можно получить равенство:

Рз^нз = Г4«и« = = Р^Пг^н'! = = т'з^нз. (20)

где Рк, Рк, Р3. Рз. Р4 и Р4 - соответственно площади подвозящего и отводящего единичного короба шахты, диффузора, конфу-зора, подводящего и отводящего канала;

П1 и п2 - соответственно количество подводящих и отво-шнщх коробов.

Площади аэродинамических элементов газораспределительной системы двухшахтной зерносушилки с коробами и выносным диффузором связаны между, собой равенством:

Ркп2 Уз ^ --

---------- - =

Р^П! Гз р4 1 -— (21)

Ь

Исследования и эксплуатация отдельных зерносушилок из разработанного типоразмерного ряда подтвердили основные положения предложенной инженерной методики расчета газораспределительных систем шахтных зерносушилок с коробами и выносным диффузором. В работе приведены результаты экспериментальных исследований по кинетике сушки толстого слоя зерна с исходной влажностью более 22%, равномерности сушки и нагрева зерна в опытном образце зерносушилки С-20,- распределению аэродинамических потерь в газораспределительной системе и качеству охлаждения зерна во встроенном охладителе.

В работе отмечается, что на эффективность охлаждения зерна после сушки существенное влияние оказывает относительная влажность атмосферного воздуха. При высокой относительной влажности после охлаждения имело место насыщение зерна влагой. Это позволило автору сделать вывод о целесообразности использования, во время высокой относительной влажности (более 70%) воздуха, охладительной зоны в качестве сушильной, а охлаждение зерна осуществлять в бункерах активного вентилирования типа БВ (изготовитель АО "Брянсксельмаш") с расходом воздуха 60-100 м3/ч на тонну зерна.

В главе четвертой представлены материалы практической реализации результатов исследований, которые позволили автору разработать рекомендации по ' использованию шахтных зерносушилок с коробами и выносным диффузором семейства типа "С" при реконструкции эксплуатируемых и внедрении новых в сельском хозяйстве зернообрабатьюающих линий и комплексов. Такие технологические схемы смонтированы и эксплуатируются в Казахстане, Башкортостане, Татарстане. Кировской, Челябинской и других областях и регионах России. При непосредственном участии автора были созданы и испытаны зерносушилки типа "С" производительностью 5, 10 и 20 тонн в час. Объединение "Кировагропромтехника" приступила к из-

готовлению зерносушилок производительностью 2,5 и 40 тонн в час. Технические показатели зерносушилок типа"С" приведены в таблицеЗ.

Таблица 3.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЗЕРНОСУШИЛОК ТИПА - С

1 1 Показатели, 1 I размерность 1 Типы 1

1 I С-5 С-10 1 I С-20 С-40 |

1 1 Производительность, пл.т/ч I 5-6 10-12 1 120-25 40-50 |

¡Установ. мощность, кВт I 30 65 I НО 220 |

1 Расход топлива (шах), кг/ч | 50 100 1 200 400 1

1 Масса, т 1 ю 25 I 38 60 |

1 Габариты, м 1

1 длина 1 3,5 10,4 ! 10,4 19,0 |

! ширина 1 3,5 3,8 1 6,7 6.7 |

1 высота (по нории) 1 1 6,6 ! „. 17,2 1 19,2 ,1 19,2 | <

Испытания зерносушилок на Кировской МИС и КубНИИТИМе подтвердили их теплотехнические и эксплуатационные возможности. При этом получено, что за один проход сушилка может обеспечить в хозяйственных условиях съем влаги 13,1% (Кировская МИС), всхожесть семян и количество сырой клейковины возрастает (Кировская МИС и КубНИИТИЮ. Расход топлива и тепла на единицу зерна несколько ниже технического задания. Анализ хозяйственной деятельности сельскохозяйственных предприятий, которые приобрели зерносушилки типа "С" показывает, что они окупаются в тот же сезон, когда начинают эксплуатироваться.

Заключение и общие выводы.

В диссертации изложены материалы исследований по обоснованию параметров и режимов работы газораспределительной системы шахтных зерносушилок с коробами и выносным диффузором открытого исполнения. На базе аналитических исследований разработана инженерная методика расчетов газораспределителей и их элементов для

зерносушилок. Приведены результаты государственных испытаний зерносушилок и представлены направления дальнейшего усовершенствования эксплуатируемых и вновь создаваемых зерноочиститель-но-сушильных линий и комплексов.

Проведенные аналитические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие основные выводы:

1. Изучение методов и средств для сушки зерна показывает, что современная, качественная и с низкой себестоимостью обработка урожая может быть осуществлена на агрегатах, комплексах или поточных линиях по послеуборочной обработке зерна при наличии в них зерносушилок, способных за один проход просушить зерно любой исходной влажности до кондиции (14%).

2. Анализ современного состояния сушки зерна показал, что наиболее эффективны шахтные зерносушилки, которые должны отвечать следующим основным требованиям:

- равномерному распределению теплоносителя по всему объему обрабатываемого материала;

- иметь равномерное движение зерна в горизонтальном сечении шахты;

- обеспечивать возможность дифференцированного подвода температуры теплоносителя по зонам сушки и переводить зону охлаждения в зону сушки.

3. Установлено, что на шахтных зерносушилках с газораспределительными коробами можно поточно за один проход сушить зерно любой исходной влажности до кондиции. При этом на равномерность процесса сушки положительно влияют вертикальные перегородки установленные внутри шахты на вершинах коробов.Качество охлаждения зерна во встроенных шахтных охладителях известных отечественных и зарубежных зерносушилок практически во всех (кроме М-819) соответствует условиям АТТ.

4. При сушке семенного зерна в перемещаемом слое можно увеличить температуру агента сушки в 1,5 раза, снизить экспозицию почти в 2 раза и удельный расход тепла в 1,35 раза. При сушке продовольственного зерна экспозицию можно снизить до 42,5 мин при удельном расходе тепла q = 937,5 кКал/кг. При этом можно не опасаться перегрева зерна.

5. На основе графоаналитического метода определены расчетные значения основных параметров сушки зерна в семенном и продо-

вольственном режимах для шахтной зерносушилки с коробами. В результате аналитических исследований получены математические уравнения для расчета конструктивных элементов шахты зерносушилки в зависимости от кратности ширины окна (Ь) в нижней части короба, направляющего агент сушки в слой зерна.

6. Разработана методика инженерного расчета газораспределительных систем шахтных зерносушилок с коробами и выносным диффузором. При этом общие аэродинамические потери давления определены как сумма потерь по отдельным участкам этой системы. Исследования и эксплуатация зерносушилок подтвердили основные положения инженерной методики.

7. Испытания опытных образцов зерносушилки показали, что эффективность охлаждения зерна после сушки существенно зависит от относительной влажности атмосферного воздуха. При влажности воздуха более 70% имеет место, после прохождения зерна через охладитель, его увлажнение. Обосновано и практически подтверждено предложение по использованию в таких условиях зоны охлаждения в качестве сушильной. Получено увеличение производительности зерносушилки на 25%, а в зависимости от выбранной (из четырех) аэротехнологических схем - снижение энергозатрат составило на 12%.

8. Анализ результатов лабораторно-хозяйственных испытаний показал, что наибольшие потери давления приходятся на топочный блок ТБ-1,5 (41,3%); потери от газового сопротивления слоя зерна составляют 21,1%, от циклона - 17%; на газораспределительные системы каналов подвода агента сушки и диффузора приходится -{0,5%, на каналы отвода отработанного агента сушки и воздуха и конфузора - 10,1%.

9. На основании полученных соотношений конструктивных размеров были определены оптимальное значение удельной подачи агента сушки (4-6 кг/кг ч) и его оптимальная траектория в зерновом слое (290-440 мм) при массовой скорости агента сушки 0,35 кг/м2с.

10. Полученные в работе результаты позволили автору совместно с ОАО ВИСХОМ разработать и внедрить на предприятии "Ки-ровгаропромтехника" типоразмерный ряд зерносушилок. Общим для семейства этих зерносушилок является то, что процесс сушки материала в шахте с газораспределительными коробами может осуществляться при непрерывном и циклическом перемещении зерна.

Некоторые выводы и рекомендации, полученные автором, нашли

отражение при реконструкции и усовершенствовании эксплуатируемых в аграрном секторе зерноочистительно-сушильных линий и комплексов.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Современное состояние и техника для производства и переработки рапса ( в соавторстве). Рукопись деп.в ЦНИИТЭИтрактор-сельхозмаш, N 1649 - 1997.

2. Сушилки зерновые типа "С" (в соавторстве). Рукопись деп. в ЦНИИТЗИтракторсельхозмаш, N1647 -97.

3. Зерносушилка (в соавторстве). Положительное решение по заявке на изобретение N 93-046166/06 (046603).

4. Внедрение шахтных зерносушилок открытого исполнения на предприятиях Кировской области (в соавторстве). Ж.Тракторы и сельхозмашины. N3, 1998.

ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ШАХТНЫХ ЗЕРНОСУШИЛОК С КОРОБАМИ

И) - высота зоны сушки; Иг - высота зоны охлаждения - атмосферный воздух;---у - отработанный воздух;-----»- агент сушки; пну - отработанный агент сушки.

ЗАВИСИМОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЗЕРНА (03) ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА (Ь) И ОТНОШЕНИЯ ОБЪЕМОВ ЗОНЫ ОХЛАЖДЕНИЯ К ШАХТЕ ЗЕРНОСУШИЛКИ.

Рис. а.

0Т1Ю111К11ИЕ01П.ГСМ0В(У): Д - 1 г 5: • -1 I 4: * - I .1.5: О - I : 2; * ------ требование АТГ

РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ АГЕНТА СУШКИ В ШАХТЕ ЗЕРНОСУШИЛКИ ФИРМЫ "ЗСТ^С" (Хорватия)

У 3

Рис.3.

1. Подводящий короб. 2. Отводящий короб. 3. Перегородка.

НОМОГРАММА К ОБОСНОВАНИЮ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА СУШКИ ЗЕРНА В ПЛОТНОМ НЕПОДВИЖНОМ И ПЕРЕМЕЩАЕМОМ ВЕРТИКАЛЬНОМ СЛОЕ

Удельный расход тепла, л -~ал

'г М?

900 .«л <000 <*0О ООО «00 НОО /ЯЮ 1600

<*0 КО " -!К>

¿реп сушин, Ъпии

При: \У1 = 25%; ЛУ2 = 15%; Ь = 5'С; ф = 75%; Ься = 1.

Рис.. Н.

СХЕМА РАБОТЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСГЕМЫ ДВУХШАХТНОЙ ЗЕРНОСУШИЛКИ ТИПА «С» С КОРОБАМИ И ВЫНОСНЫМ ДИФФУЗОРОМ.

/

Ш

ЛК

1Г

<3

Рис. £

1. Канал подводящий. 2. Диффузор выносной. 3. Топочный блок. 4. Подводящие коробя. 5. Конфузор.6. Отводящие каналы. 7. Отводящие короба. 8.Ветм!шторы.