автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов работы нагнетательной пневмотранспортной установки для выгрузки зерна из хранилища при его напольном хранении

На правах рукописи

ПИК АЛОВ Александр Валерьевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ ПНЕВМОТРАНСПОРТНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫГРУЗКИ ЗЕРНА ИЗ ХРАНИЛИЩА ПРИ ЕГО НАПОЛЬНОМ ХРАНЕНИИ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства (по техническим наукам)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Зерноград - 2003

Работа выполнена в Азово-Черноморской государственной агроинже-нерной академии (АЧГАА)

Научный руководитель

доктор технических наук, Шабанов Николай Иванович

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

доктор технических наук профессор Богомягких Владимир Алексеевич кандидат технических наук, старший научный сотрудник Беспамятное Алексей Дмитриевич

Северо-Кавказская опытная станция «ВИМ» (СКС «ВИМ», г. Армавир)

Защита состоится « Ч » 2003 г. в /Л-.?/5 часов на заседании

диссертационного совета Д. 220.001.01. при Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (АЧГАА) по адресу: 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина 21, в зале диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии.

Автореферат разослан «./..» ...2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук ЯШабанов Н.И.

' Актуальность темы. Зерносклады оборудуют аэрожелобами для активного вентилирования зерна и последующей его выгрузки. Преимущество аэрожелобов по сравнению с другими установками заключается в том, что после вентилирования зерновой массы выгрузка ее осуществляется с помощью этих же аэрожелобов.

Однако процесс транспортирования зерновых материалов аэрожелобами достаточно энергоемкий (до 0,6 кВт-ч/т), так как для начала перемещения зерна ему необходимо придать псевдоожиженное состояние, для чего необходимо создать давление воздуха до 2500 Па. Кроме того, процесс выгрузки на конечном этапе, когда концевая часть воздухораспределительной решетки освобождается от зерна, осложняется тем, что воздух устремляется в свободную зону и производительность аэрожелоба резко уменьшается.

Целью исследований является обоснование параметров и режимов работы нагнетательной пневмотранспортной установки, обеспечивающих повышение эффективности процесса выгрузки зерна из хранилища.

Объект исследований - процесс транспортирования зерна воздушным потоком в аэрожелобе.

Предмет исследований - закономерности процесса транспортирования зерна в желобе воздушным потоком, влияние технологических параметров и режимов работы установки для механизированной выгрузки зерна на показатели эффективности процесса.

Методы исследования включали теорию движения зернового материала в затопленной струе, основные положения теоретической механики, механики сыпучих тел, методы 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; а также в определении параметров и режимов работы нагнетательной пневмотранспортной установки для выгрузки зерна из хранилища при его напольном хранении.

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.

Аналитические зависимости для определения минимальной скорости воздушного потока, требуемой для начала движения материала в желобе; скорости полета частицы в желобе установки; энергии, необходимой для перемещения частицы.

Параметры и режимы работы нагнетательной пневмотранспортной уста-

новки для выгрузки зерна из хранилища при его

Методика выбора оптимальных параметров р! зрабс»Ябаэс®ШЙируд<

ОЭ

я)

;о*ания.

Реализация результатов исследований. Разработанная нагнетательная пневмотранспортаая установка применяется для активного вентилирования и механизированной выгрузки из склада зерна и семян подсолнечника в учебно-опытном фермерском хозяйстве ФГОУ ВПО АЧГАА и в ЗАО «Приазовье».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научных конференциях и семинарах ФГОУ ВПО АЧГАА и ВНИПТИМЭСХ.

Публикация результатов исследований. Результаты проведенных исследований отражены в 8 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы. Она изложена на 178 стр. машинописного текста, содержит 10 таблиц и 86 иллюстраций. Список литературы включает 102 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана характеристика проблемы, показана актуальность темы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований» дан обзор и анализ процесса выгрузки зерна из хранилищ. Рассмотрены способы и технические средства, обеспечивающие активное вентилирование зерна и его выгрузку из хранилищ.

Большой вклад в решение вопросов активного вентилирования и механизации процесса выгрузки зерна из хранилища внесли отечественные ученые: Абрамович Г.Н., Анискин В.И., Блохин П.В., Зуев Ф.Г,. Малис А.Я., Мельник Б.Е., Нелюбов А.И., Стародубцева И.П., Шабанов Н.И. и др.

Анализ существующего оборудования, обеспечивающего выгрузку зерна при его напольном хранении, показывает необходимость его совершенствования с целью снижения затрат энергии на транспортирование.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Установить закономерности процесса транспортирования зерна в желобе воздушным потоком, выходящим из последовательно установленных сопел.

2. Обосновать параметры и режимы работы пневмотранспортной установки для механизированной выгрузки зерна при его напольном хранении.

3. Разработать нагнетательную пневмотранспортную установку и провести ее производственные испытания.

4. Разработать методику инженерного расчета пневмотранспортной установки для механизированной выгрузки зерна после его напольного хранения.

5. Определить экономическую эффективность применения разработанной нагнетательной пневмотранспортной установки.

Во второй главе «Теоретическое обоснование параметров и режимов работы нагнетательной пневмотранспортной установки» изложены результаты теоретического исследования процесса транспортирования зернового материала в желобе разработанной пневмотранспортной установки (рис. 1).

----► зерно

1 — воздуховод; 2 - сопло; 3 - желоб; 4 - вентилятор.

Рис. 1. Схема установки

Так как целью данной работы является повышение эффективности транспортирования зерна аэрожелобом, то вопросы вентилирования зерна не рассматривались, а использовались режимы и параметры технологического процесса вентилирования насыпи зерна, полученные другими исследователями /Блохин П.В., Мельник Б.Е. и др/.

Для определения оптимальных параметров разрабатываемой установки рассмотрели движение в желобе одиночной частицы. На первом этапе изучили движение самого воздушного потока.

Для выявления характера движения струи воздуха в желобе разрабатываемой установки рассмотрен общий случай движения струй. В качестве примера рассмотрен случай струйного пограничного слоя при истечении струи воздуха с равномерным начальным полем скорости (У0=сот1) в среду, движущуюся с постоянной скоростью (Уп-сот() или в среду, скорость которой равна нулю, так как при этом в начальном сечении струи толщина пограничного слоя равна нулю.

Анализ движения струи воздуха в желобе показал, что можно выделить

зерно

Рис. 2. Схема распределения струи воздуха в желобе

Н

две характерных области (рис. 2). В первой области струя воздуха, истекающая из сопла, является затопленной струей. После контакта потока со стенками и днищем желоба параметры струи будут отличаться от параметров затопленной струи (область 2). Это означает, что струя воздуха, истекающая из сопла, и затопленная струя на начальном участке имеют схожие свойства, а далее при

20й

л 1х = 150 мм _ /2 = 200 мм

У ч 4 -»

контакте потока со стенками и днищем желоба поведение и свойства струи будут отличаться от свойств затопленной струи. На параметры затопленной струи влияют геометрические размеры сопла: угол наклона, ширина, высота и расстояние между соплами. Так как известно, что угол раскрытия струи равен 25°, графическим способом был определен диапазон рациональных параметров сопла: угол наклона 20...25°, высота сопла 10...20 мм, расстояние между соплами 150...250 мм (рис. 3). Ширина сопла принимается в зависимости от требуемой производительности.

„о Анализ условий,

обеспечивающих движение зернового материала в разрабатываемой нагнетательной пневмотранспортной установке, позволил установить, что имеются два участка (рис. 4), на которых несущая среда обладает различными характеристиками. На первом участке движение материала будет происходить в затопленной струе, поскольку здесь имеется ярко выраженный начальный участок. Далее, при движении струи, ее параметры определяются размерами желоба по ширине (участок 2). На втором участке воздушный поток выравнивается по ширине, приобретая горизонтальную направленность, и характер движения материала будет приближаться к движению его в трубе. Особенностью разрабатываемой установки, отличающей ее от трубопроводного пневмотранспорта, является то, что скорость несущей среды (воздушного потока) не будет постоянной по длине установки. В начале каждого участка она максимальна, а в конце минимальна.

На частицу, находящуюся на дне желоба, действуют следующие силы: движущая сила Рт сила трения подъемная сила Р„ и сила тяжести гг^ (рис. 5). Движущая сила Рт включает две силы, возникающие при движении воздушного потока относительно частицы.

11 = 260 мм

Рис. 3 Схема распределения струи воздуха при разных положениях и размерах сопла

Рис. 4. Траектория движения частицы

Сила Р\ возникает вследствие обтекания частицы воздушным потоком и не учитывает влияния сил инерции. Сила Рг возникает от действия воздушного потока, затрачивается на преодоление сил инерции, и не учитывает фактор трения среды о тело. Таким образом, результирующая сила воздействия воздушного потока на помещенную в него твердую час-

Р = Рх + Р2-РгР или Р = /.Рр{у_и)2 + сЛр(V-V)2 _, (1)

где сх - коэффициент сопротивления при обтекании частицы воздушным потоком (коэффициент аэродинамического сопротивления); Рм - площадь ми-делева сечения частицы;/- коэффициент трения воздушного потока о частицу; величина поверхности трения; Vи и- скорости воздушного потока и частицы; р — плотность воздуха;/ - коэффициент трения частицы о поверхность желоба.

Сила Р\ имеет преобладающее значение в случае безотрывного обтекания частицы ламинарным потоком при малых скоростях воздуха, поэтому пренебрегая ею, получаем формулу для определения движущей силы, действующей со стороны воздушного потока:

Рг-Р^ (2)

Анализ полученной зависимости показывает, что движение частицы по днищу желоба будет происходить в том случае, если движущая сила окажется больше силы трения, то есть выполняется условие Рг > Ар-

Для определения скорости воздушного потока, при которой начнется движение материала, из формулы (1) выделим выражение для определения Р2 и преобразуем его следующим образом:

Р2=т,кп(у-и0)\ (3)

где С/о - начальная скорость частицы, м/с;

ка- коэффициент парусности, к = д 1/м.

2тв

После замены получим: Р2 = т11кпУ2■ (4)

Тогда, согласно условию Рг > АР, имеем

тъкъУ2>т^Г^ту= ЬеС (5)

+mg ,. участок 1 .

14—'-N

Рис. 5. Схема сил, действующих на частицу (участок 1)

тицу может быть выражена уравнением

ГГ ГГГ Г Г г гг г

V Г ТТ¥ГТ Т¥ПГ*П0ГШШГ РН гтттшпм

коэффициент концентрации материала.

т

где -2-= ки

Из выражения (5) видно, что увеличение коэффициента трения перемещаемого материала о поверхность желоба ведет к увеличению минимальной скорости воздуха. Следовательно, для изготовления желоба необходимо ис-

_____ пользовать материал с наи-

К —кгм=Т| меньшим коэффициентом

трения. Также видно, что скорость воздуха прямо пропорциональна коэффициенту концентрации и обратно пропорциональна коэффициенту парусности (рис. 6). Следовательно, для начала движения частицы (зерно пшеницы: Л"п=0,6; скорость витания У=\ 1 м/с; коэффициент трения по стали /= 0,38) по дну желоба надо создать скорость

0,02 0,06 0,10 0,14 Кп Рис. 6. Изменение требуемой скорости воздушного потока в зависимости от К„ при различных значениях и/

воздушного потока FB=7,5-10 м/с. Данный диапазон скоростей получен без учета подъемной силы Рп, действующей на частицу при обтекании ее воздушным потоком, а также без учета силы трения воздуха о поверхность зерновки. Для уточнения величины скорости воздушного потока, обеспечивающей начало движения частицы необходимо проанализировать подъемную силу Р,„ которая возникает при обтекании частицы воздушным потоком. Исследования позволили установить, что на начальном этапе движения частица сначала кратковременно скользит по дну, а затем взлетает. При этом на частицу действуют силы, показанные на рис. 7а. Природа возникновения этой силы лежит в особенностях распределения воздушного потока в вертикальном сечении материалопровода (рис. 76).

A.M. Корном было установлено, что способность потока воздуха взвешивать материал при горизонтальном пневмотранспортировании зависит от степени неравномерности скорости по вертикальному сечению потока. Чем больше разность скоростей между слоями, обтекающими частицу, тем больше будет величина подъемной силы, действующей на нее. Величину подъем-

Рис. 7. Схема сил, действующих на частицу, находящуюся в полете

ной силы определяли по зависимости, полученной А.М. Корном:

Fn=4,5.1(T5.F0.v:

J_ У о

1 +

-Уо

где Ко-скорость воздушного потока на высоте центра контура обтекания, м/с; ух - «динамическая скорость», величина, связанная с напряжением трения и плотностью воздуха, м/с; Л—коэффициент сопротивления канала; уо - расстояние от днища до частицы, мм; А - половина расстояния от днища до козырька, мм.

Анализ зависимости (6) позволил установить характер изменения подъемной силы от пройденного материальной частицей пути в желобе пнев-мотранспортной установки (рис. 8). Причем у второго и последующих сопел скорость воздуха будет увеличиваться за счет складывания струй воздуха, поэтому величина подъемной силы от сопла к соплу будет увеличиваться.

Так как подъемная сила отрывает частицу от днища и она перемещается не касаясь дна, то без учета силы трения уравнение движения частицы в желобе пневмотранспортной установки будет имеет вид

О 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,351, м Рис. 8. Изменение подъемной силы при разной скорости воздуха в желобе

dU „ (V-Uf

т— = cj^p--—■

dt х ыИ 2

(7)

Подставив в уравнение значение коэффициента Сх и решая его относительно скорости частицы, получим формулу для определения скорости частицы, которая совпадает с формулой, полученной Ф.Г. Зуевым, для движения материала в трубе, когда V— const. Но в нашем случае V- величина переменная и изменяется от максимального значения на выходе из сопла до минимального значения перед последующим соплом. Вследствие такого изменения скорости воздуха от сопла к соплу изменяется и скорость частицы при влетании в струю каждого последующего сопла, тогда:

(У-Цн)-Ув

U -V -

А ' вит

, м/с.

(8)

Анализ полученной зависимости показывает, что частица будет стремиться приобрести скорость воздушного потока. Но так как длина желоба ограничена, то частица не успевает разогнаться до скорости воздуха. Скорость частицы в основном зависит от скорости воздуха на выходе из сопла. Зависимость скорости частицы от пройденного пути при разной скорости

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 4м Рис. 9. Зависимость скорости частицы от пройденного пути при разной скорости воздуха на выходе из сопла

воздуха на выходе из сопла представлена на (рис.9). Анализ полученных зависимостей показывает, что при увеличении скорости воздушного потока растет и скорость частицы. Кроме этого, видно, что по мере движения частицы в желобе ее скорость постепенно выравнивается и при определенной длине установки достигнет значения, выше которого скорость расти не будет.

В разрабатываемой установке движение материала осуществляется в результате аэродинамического воздействия воздушного потока на твердые частицы материала (зерно). Движущийся воздушный поток обладает кинетической энергией, которая определяется по известной формуле. Масса движущегося воздушного потока, выходящего из сопла, определяется из выражения т = рв-У, где р„ - плотность воздуха; V - секундный объем воздуха, выходящий из сопла V' = А где А - площадь поперечного сечения сопла.

Тогда энергия секундного объема (мощность) запишется в виде

2 3

Е = Р*'А'ив-^в (Дж/с)или цг — Р»'А'иВ (Йт) (9) 2 2 Таким образом, полученное выражение позволяет определить мощность Ж воздушного потока.

К

1 1 4=0,0012

И =0,0009 | >

4=0,( >006

_4=0 ,0003

-1

Вт 60

45 30 15 0

20 25 30 35 40 [/, м/с Рис. 10. Зависимость мощности воздушного потока IV от скорости воздуха на выходе из сопла и при разной площади поперечного сечения Л

Анализ полученных данных показал, что рост мощности потока воздуха наблюдается при увеличении площади поперечного сечения сопла, т.е. его размеров, в частности ширины. Причем чем выше скорость воздуха на выходе из сопла, тем интенсивнее увеличивается мощность (рис. 10).

Рассматривая энергию воздушного потока, необходимо определить, какая часть энергии воздушного потока используется на перемещение материала в желобе установки (рис. 11). Анализ полученных зависимостей показывает, что затраты энергии на транспортирование прямо пропорциональны с ко-

роста транспортируемого материала и его массе. Но для обеспечения скорости движения зерна 10 м/с, необходимо затратить мощность, более чем в пять раз превосходящую мощность, необходимую для создания скорости воздуха - 10 м/с. Отсюда следует, что с уве-Рис. 11. Зависимость мощности, требуемой для личением производитель-перемещения частицы, от производительности ности увеличатся и энерго-при различной скорости ее движения затраты. Производитель-

ность установки, в свою очередь, зависит от ее размеров и скорости перемещаемого материала. Поэтому необходимо экспериментально определить такие параметры и режимы работы установки, при которых будет наибольшая производительность при наименьших энергозатратах.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» приведены цель, задачи и методика проведения экспериментальных исследований. Для проведения экспериментальных исследований разработали следующие методики:

-по выявлению наиболее значимых факторов, влияющих на транспортирование зерна воздушным потоком;

-по определению оптимальных параметров и режимов работы нагнетательной пневмотранспортной установки для выгрузки зерна при его напольном хранении;

-по проверке эффективности функционирования разработанной нагнетательной пневмотранспортной установки для выгрузки зерна при его напольном хранении.

В четвертой главе «Анализ результатов экспериментальных исследований» определены: минимальная скорость воздушного потока, требуемая для начала движения частицы; параметры и технико-эксплуатационные показатели разрабатываемой установки. Разработана методика инженерного расчета нагнетательной пневмотранспортной установки.

Определение минимальной скорости воздуха. необходимой для начала движения и полета частицы, проводили на горизонтальной поверхности для семян различных культур. Поверхность была двух видов: гладкая (металл) и шероховатая (бетонный пол).

Из анализа полученных данных видно, что скорость воздушного потока, которую необходимо создать для начала движения зерна по гладкой горизонтальной поверхности, в 2...3 раза меньше скорости витания. При этом в зависимости от поверхности, по которой происходит транспортирование, изменя-

ется диапазон скоростей воздушного потока, требуемых для начала движения зерна. При плавном увеличении скорости воздуха практически сразу после начала движения частица взлетает. Скорость воздуха, при которой частица отрывается от поверхности, составляет 5...7 м/с. Поэтому скорость воздушного потока, необходимая для начала перемещения зерна должна быть не менее 7 м/с.

Определение параметров сопла проводилось на основе проведенных аналитических исследований процесса движения воздушной струи в желобе разрабатываемой установки. Аналитическими исследованиями было уста- ф

новлено, что геометрические размеры сопла являются одним из основных параметров, влияющих на величину скорости движения материала по горизонтальной поверхности под действием воздушного потока, так как от конструкции сопла зависит процесс формирования струи воздуха, перемещающей ^ материал. Кроме этого, от ширины сопла зависят габаритные размеры воздуховода, желоба и козырька, что в свою очередь влияет на производительность разрабатываемого оборудования.

Для определения геометрических размеров сопла провели экспериментальные исследования, заключающиеся в измерении скорости воздушного потока на разном удалении от сопел, имеющих одинаковую площадь сечения S = 400 мм2, но разные геометрические размеры, в частности ширину: Ь — 30 мм, Ъ = 13,3 мм, Ъ = 10 мм, Ъ = 8 мм, b = 6,7 мм. Скорость воздуха на выходе из сопел была принята одинаковой — 40 м/с. Необходимое количество измерений и=3. По полученным экспериментальным данным построили графики зависимости скорости воздушного потока от ширины сопла (рис. 12).

Анализируя полученные зависимости, видим, что при одинаковой площади сечения и скорости воздуха на выходе из сопла боле узкое сопло дает меньшую скорость потока, причем характер изменения этой скорости в зависимости от ширины сопла не одинаков. Анализ полученных данных показал, что большинство сопел обеспечивают примерно одинаковую скорость воздуха. Но на удалении 0,2...0,25 м наибольшая скорость наблюдалась у сопла №1 с шириной Ь = 30 мм, высотой h =13 мм. Такая неоднородность в распределении скоростей объясняется тем, что воздушный поток, выходящий из

сопла, движется значительно большее время как затопленная струя, <

ничем не ограниченная в пространстве. Угол раскрытия струи равен ]

25°. У более широкого сопла контакт струи со стенкой происходит раньше, чем у узкого, и далее поток движется Рис. 12. Зависимость скорости воздуха от расстоя- ограниченный стенка-ния до сопла при его различных размерах ми и днищем короба.

V м/с

35 30 25 20 15 10

1 1 -*с.№1 П-сШ 0п~С№3

У н

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 U м

Кроме этого, широкое сопло имеет более сформировавшееся ядро скорости, которое позволяет сохранять максимальную скорость воздуха на участке от одного сопла к другому. Струя воздуха, выходящая из более узкого сопла, имеет более слабое ядро скорости и проходит большее расстояние до контакта со стенкой, часть ее потока рассеивается, поэтому скорость гасится быстрее. Следовательно, сопло №1 обеспечивает наибольшую скорость воздушного потока на большом удалении от него. Поэтому можно предположить, что при его использовании будет наблюдаться максимальная производительность.

При определении оптимального угла наклона сопла проводили эксперименты, заключающиеся в измерении скорости воздуха при разных углах наклона. Опыты проводили с соплом №1, выбранным на основе результатов предыдущего эксперимента. Результаты исследований зависимости скорости воздушного потока от угла наклона сопла представлены на рис. 13. Анализ

полученных результатов показал, что при увеличении угла наклона сопла скорость воздушного потока снижается. Это объясняется тем, что при малом угле наклона сопла (а=2(Г) струя воздуха распределяется более полого относительно плоскости днища желоба. Следовательно, можно предположить, что при увеличении угла наклона воздушная струя будет раньше встречаться с поверхностью днища. При этом мощность воздушной струи теряется, что может уменьшить производительность установки. Если уменьшить угол наклона сопла, то скорость воздуха, соответственно, возрастет. Но при этом необходимо увеличить длину сопла, а это в свою очередь увеличивает металлоемкость конструкции и усложняет изготовление установки. Поэтому угол наклона сопла должен быть в интервале а = 20.. .30°.

При выборе оптимального расстояния между соплом и днищем желоба — к необходимо учитывать, что это расстояние должно обеспечивать беспрепятственное прохождение зернового материала в подсопловом пространстве. Анализ полученных данных показал, что максимальная скорость воздушного потока на расстоянии 0,2 м от сопла наблюдалась при удалении сопла от днища желоба на 40 мм. Такой характер распределения воздушной струи определяется следующим образом. При удалении сопла от днища на 20 мм воздушная струя, выходящая из сопла, соприкасаясь с днищем желоба, теряет свою скорость. При удалении сопла на 30 мм встреча струи воздуха с днищем происходит позже по сравнению с предыдущим случаем, поэтому скорость струи сохраняется дольше.

1 -■-20° 30° -•-40° —

---

—

0 0.05 ОЛО 0,15 0.20 Дм Рис. 13. Зависимость распределения скорости воздуха в желобе от угла наклона сопла

Для выбора оптимального расстояния между соплом и днищем к измерили производительность при разных значениях этой величины. В результате экспериментальных исследований было установлено, что при полностью открытой заслонке происходит засыпание желоба зерном и мощности воздушного потока не хватает для перемещения большого количества материала. Поэтому для устранения этого недостатка в конструкцию установки внесли устройство, которое изготовили в виде П-образного козырька, посредством отгиба боковой грани которого можно регулировать подачу зерна в желоба. Результаты эксперимента показали, что при увеличении величины к производительность установки уменьшается. Следовательно, чем меньше промежуток между соплом и днищем желоба, тем выше производительность установки. Но уменьшать величину к до нуля невозможно, т.к. в этом случае зерновой поток не сможет перемещаться от сопла к соплу. Поэтому принимаем расстояние между соплом и днищем желоба к- 20...30 мм.

Согласно теоретическим исследованиям расстояние между соплами определяется в зависимости от минимальной скорости воздушного потока, требуемой для начала движения частицы при самых сложных условиях транспортирования (высокий коэффициент трения поверхности, по которой производится транспортирование материала, материал имеет большой удельный вес). Кроме этого, на величину интервала между соплами оказывают влияние параметры струи, в частности угол раскрытия. Поэтому интервал между соплами должен быть не более 250 мм.

Согласно экспериментальным исследованиям скорость воздушного потока, при которой частица начинает двигаться, известна и составляет около 7 м/с. Следовательно, минимальная скорость воздуха, необходимая для устойчивого транспортирования материала, должна быть более 7 м/с. Рассматривая скорость воздуха, которую обеспечивает выбранное сопло (рис. 12), видим, что при удалении от сопла на 0,25 м скорость воздуха равна 20 м/с. Поэтому для устойчивого транспортирования зерна интервал между соплами должен быть не более 0,2 м.

Для уточнения принятого интервала определили производительность установки с двумя соплами и установили, что при увеличении расстояния между соплами производительность установки снижается. Это объясняется тем, что увеличивается масса зерна, которую необходимо переместить к следующему соплу. Максимальная производительность наблюдалась при удалении сопел друг от друга на 100 мм. Но при таком интервале усложняется изготовление установки и увеличивается материалоемкость конструкции. Поэтому окончательно установить оптимальное расстояние между соплами и другие параметры можно только с помощью многофакторного эксперимента.

Определение параметров желоба сводилось к определению ширины и высоты желоба. Для определения оптимальной ширины желоба измерили производительность установки при разной ширине Н (рис. 14). Визуальное наблюдение за процессом транспортирования показало, что часть материала, находящаяся у стенок, не перемещается, создавая помехи для движения в центральной части желоба. Для устранения этого недостатка изменили пло-

Рис. 15. Схема желоба

30 40 50 60 70 Я, мм Рис. 14 Зависимость производительности установки от ширины днища желоба

ский профиль днища (рис. 15). 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.

Общая высота желоба включает расстояние между соплом и днищем желоба к и высоту козырька с, следовательно, минимальная высота желоба должна находиться в пределах 45...50 мм. Поэтому принимаем высоту желоба Б = 60 мм, так как это снижает глубину каналов в полу зернохранилища по сравнению с серийным аэрожелобом.

Угол изгиба днища желоба Р относительно горизонтальной плоскости выбирался в зависимости от угла естественного откоса зерна. С учетом того, что транспортируемый материал будет постоянно находиться под воздействием воздушного потока, принимаем угол Р = 20°.

В результате теоретических и экспериментальных исследований получены интервалы параметров макетного образца нагнетательной пневмотранс-портной установки.

Для окончательного определения рациональных параметров и выявления степени влияния изучаемых факторов на процесс транспортирования зерна провели трехфакторный эксперимент. В эксперимент вошли факторы, полученные в результате анализа их влияния на процесс транспортирования (а - угол наклона сопла к плоскости транспортирования; 6 - ширина сопла; I -интервал между соплами). Описание поверхности отклика было выполнено уравнением второго порядка:

у=0,1434 - 0,0438х;- 0,0319*2+ 0,0186х3+ 0,0181х7х2-0,0092х;х3-

- 0,0107x2*3 + 0,0372т/ - 0,065х/ - 0,0467.x/. (10)

Анализ поверхности отклика проводился с помощью двумерных сечений (рис. 16). Анализируя полученные двумерные сечения, установили, что оптимальным расположением сопла на воздуховоде является: угол наклона сопла к плоскости транспортирования а = 17...26°; ширина сопла - Ь = 24...32мм. Оптимальная величина интервала между соплами составляет

150мм, однако конструктивно выполнить это сложно. Поэтому согласно рис. 17 окончательно принимаем интервал между соплами / = 200мм.

Рис. 16. Двумерные сечения при = 0, и хз = 0

Определение скорости движения зерна. Для подтверждения достоверности полученных значений скорости частицы и определения траектории ее движе-У ---------- ния провели скоростную

м/с 4 3 ■ 21 0

-у ЭКС1Г

■ Г/те ор

съемку процесса.

В связи с тем, что транспортирование материала происходит в полузакрытом пространстве и вследствие этого установка имеет сложную конструкцию, то провести съемку перемещения частицы по всей длине желоба очень сложно. Поэтому провели съемку только двух сопел и определили скорость движения частицы (рис. 17). Расхождение между теоретическим и экспериментальным значениями скорости частицы определили по критерию Пирсона: £ = 1,653, число степеней свободы г =6, вероятность р - 0,96. Вероятность р сравнительно велика, поэтому можно признать расхождение между теоретическими и экспериментальными распределениями несущественными.

Проведенный

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Ь, м Рис. 17. Изменение скорости частицы

и,

м/с

4

2 0

• •и

• ■ • • • >•

1 Окно Г| 1 Окно 21 1 Окно 3

■ у /Г«

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 Ь,м Рис. 18. Зависимость скорости потока зерна от пройденного пути

эксперимент позволил определить скорость единичной частицы в желобе, а также выявить траекторию движения и его характер. Однако в производственных условиях, когда идет процесс выгрузки, в желобе перемещается не одна час-

тица, а масса зерна. При движении массы частиц происходит их постоянное взаимодействие между собой, следовательно, траектории и скорость частиц постоянно изменяются, а общая скорость зерна в желобе будет несколько ниже скорости отдельной частицы (рис. 18).

Определение технико-эксплуатаиионных показателей при выгрузке зерна экспериментальной установкой. Полевые испытания экспериментальной установки проводились на нескольких сельскохозяйственных культурах, в частности установка использовалась для вентилирования атмосферным воздухом и выгрузки из склада ячменя «Добрыня» и семян подсолнечника.

После вентилирования производится процесс выгрузки зерна, который протекает в два этапа. На первом этапе выгрузка зерна осуществляется за счет самотечного поступления зерна из бурта в загрузочные окна транспортера, а это около 70 % от общей массы. На втором этапе оставшееся зерно, находящееся над боковыми воздуховодами, поступает в желоба установки и перемещается в скребковый транспортер. Для этого после самотечного поступления зерна в загрузочные окна включают вентилятор, и воздушный поток, исходящий из наклонно установленных сопел, транспортирует зерно, поступающее самотеком в желоб. В результате была определена производительность установки, равная 4 т/ч. Так как разработанная установка включает в себя 8 секций (боковых воздуховодов), то общая производительность будет равна 32 т/ч, что удовлетворяет требованиям по выгрузке зерна из хранилища.

Разработанная методика инженерного расчета позволяет определить параметры нагнетательной пневмотранспортной установки для выгрузки зерна при его напольном хранении.

Определение удельных энергозатрат на транспортирование. Согласно расчетам, для создания воздушного потока приняли вентилятор СВМ - 5М. Максимальная мощность электродвигателя данного вентилятора, замеренная электрическим методом, составила 5,47 кВт, а на одну секцию - 0,68 кВт. Таким образом, удельные энергозатраты составили:

0,68 / 4 + 0,05 = 0,22 кВтч/т.

Удельные затраты энергии на транспортирование зерна с помощью серийного аэрожелоба производительностью 20 т/ч по данным ВНИИЗ составляют 0,53 кВт ч/т. Сравнивая полученные значения, видим, что разработанная установка имеет в два раза меньшую энергоемкость.

В пятой главе «экономическая эффективность разработанной нагнетательной пневмотранспортной установки» произведен расчет экономической эффективности, который показал, что применение разработанной нагнетательной пневмотранспортной установки позволяет снизить удельные затраты на транспортирование в два раза и получить чистый дисконтированный доход 42231 руб. при сроке окупаемости 2,3 г.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Повышение эффективности процесса выгрузки зерна из склада при его напольном хранении оборудованием, обеспечивающим вентилирование, а затем пневмомеханическую выгрузку, может быть достигнуто за счет снижения затрат энергии на пневматическое транспортирование зерна путем воздействия на зерновой материал, находящийся в открытом желобе, воздушным потоком, подаваемым сверху через наклонно и последовательно установленные воздушные сопла. При этом давление воздушного потока расходуется только на придание ему необходимой скорости движения, обеспечивающей перемещение частиц материала в желобе со скоростью до 10 м/с, исключающей травмирование зерна.

2. Аналитическими исследованиями установлено, что основные характеристики турбулентного воздушного потока (длина начального участка струи и толщина пограничного слоя в начальном участке) зависят от геометрических параметров сопла (ширина и высота) и от расположения его в желобе, рациональные значения которых находятся в диапазоне:

- угол наклона сопла к горизонту а = 20.. .25°;

- высота расположения сопла к = 20.. .30 мм;

- ширина сопла Ъ должна составлять 0,8.. .0,9 от ширины желоба.

3. Исследования условий движения частиц в желобе под действием открытого воздушного потока позволили установить:

аналитическую зависимость для определения:

- минимальной скорости воздушного потока, необходимой для начала движения материала по дну желоба, которая составила для зерновых культур около 10 м/с;

- скорости полета материальной частицы в желобе при пульсирующей скорости воздушного потока, реализация которой позволила определить максимальную скорость полета единичной частицы, равную 12... 13 м/с без учета ее взаимодействия с другими частицами, имеющими другую скорость;

- затрат энергии, необходимой для перемещения частиц воздушным потоком, выходящим из одного сопла. Для реальных параметров установки при ширине сопла 60 мм и скорости потока воздуха 40 м/с, затрачиваемая мощность для одного сопла составит около 50 Вт, а для одного воздуховода, имеющего 13 сопел — 650 Вт или 0,12 кВт ч/т.

- что при воздействии горизонтального воздушного потока на материал, находящийся на дне желоба, из-за неравномерности распределения потока воздуха по высоте возникает подъемная сила, действующая на зерно и значительно превосходящая силу тяжести зерна. Это приводит к тому, что частица в начале скользит по дну желоба, а затем взлетает и совершает полет в направлении выгрузки по сложной траектории но, не касаясь дна, а лишь взаимодействуя с другими частицами.

4. По экспериментальным данным определена зависимость требуемой скорости воздушного потока для обеспечения заданной скорости зерна в желобе, которая составляет 5...7 м/с. Использование полученных результатов позво-

лило уточнить аналитические зависимости по определению затрат энергии на транспортирование.

5. Установлены рациональные интервалы параметров установки, обеспечивающие снижение энергоемкости процесса транспортирования зерна в желобе:

- ширина сопла - 0,5 от ширины желоба, высота - 15 мм;

- угол наклона сопла к поверхности транспортирования 17...26°;

- расстояние между соплами 200 мм;

- ширина желоба - 125 мм, высота желоба - 60 мм;

- высота козырька - 20 мм, ширина - 70 мм.

6. Скоростная съемка транспортирования потока зерна показала, что частицы взаимодействуют друг с другом, вследствие чего скорости их выравниваются и общая скорость потока зерна составляет около 6 м/с, а это примерно в два раза ниже скорости одной частицы, полученной теоретическим путем.

7. В результате испытаний разработанной нагнетательной пневмотранспорт-ной установки в учебно-опытном фермерском хозяйстве и в ЗАО «Приазовье» были подтверждены установленные параметры и режимы транспортирования зерна, а также определена производительность при выгрузке, которая составила около 4 т/ч. Общая производительность составила 32 т/ч.

8. Применение разработанной нагнетательной пневмотранспортной установки позволяет снизить удельные затраты на транспортирование в два раза и получить чистый дисконтированный доход 42231 руб. при сроке окупаемости 2,3 г.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. A.B. Пи калов. Изучение процесса транспортирования зерна воздушным потоком в аэрожелобе /Н.И. Шабанов, A.B. Пикалов// Механика дискретных сред: Материалы науч. конф. - Зерноград, 2002. - С. 189-193.

2. Пикалов A.B. Определение параметров и режимов работы нагнетательной пневмотранспортной установки /A.B. Пикалов // Технологии и средства механизации полеводства: Материалы науч. конф. - Зерноград, 2002. - С. 140-147.

3. Пикалов A.B. Определение расстояния между воздушными соплами пневмотранспортной установки /A.B. Пикалов // Технология и механизация животноводства: Материалы науч. конф. - Зерноград, 2001. - С. 51 -53.

4. Пикалов A.B. Определение физико-механических свойств зерна / АВ.Пикалов, В.В. Котов // Научная молодежь-агропромыш. комплексу: Материалы науч. конф. -Зерноград, 2003. - С. 89-91.

5. Пикалов A.B. Определение скорости движения слоя зерна в желобе нагнетательной пневмотранспортной установки / Шабанов Н.И., Пикалов A.B. // Известия вузов. Сев. кав. регион. Технические науки. Приложение №3-2003.

6. Пикалов A.B. Обоснование параметров нагнетательной пневмотранспортной установки. АЧГАА, 2002. - 16с. Деп. в ВИНИТИ 10.04.2003; №679 - В. 2003.

7. A.c. 2204518 B65G53/00 Установка для вентилирования и пневматической выгрузки зерновых материалов в зернохранилищах с плоским днищем / Шабанов Н.И., Котов В.В., Пикалов A.B. - Заявл. 20.05.2003.

8. A.c. 2205783 B65G53/00 Установка для вентилирования и выгрузки зерновых материалов в зернохранилищах с горизонтальным полом /Шабанов Н.И., Котов В.В., Пикалов A.B. - Заявл. 20.05.2003.

~1Ы9?Г 2 0 19^

*

I

<

ЛР 65-13 от 15.02.99. Подписано в печать 30.10.03. Формат 60x84/16. Уч.-изд. л. 1.0 Тираж 100 экз. заказ № 470

Редакционно-издательский отдел ФГОУ ВПО АЧГАА 347740 Зерноград Рост, области, ул. Советская, 15

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Анализ процесса послеуборочной переработки хранения зерна.

1.2 Анализ процесса пневматического перемещения материальной частицы.

1.2.1 Анализ процесса пневматического перемещения материальной частицы в аэрожелобе.

1.2.2 Анализ процесса пневматического перемещения материальной частицы в трубе.

1.3 Пути повышения эффективности работы пневматических установок для выгрузки зерна.

1.4 Цель и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ ПНЕВМОТРАНСПОРТНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫГРУЗКИ ЗЕРНА ИЗ ХРАНИЛИЩА ПРИ ЕГО НАПОЛЬНОМ ХРАНЕНИИ.

2.1 Анализ условий движения материала в желобе установки.

2.1.1 Характеристика воздушного потока.

2.1.2 Определение минимальной скорости несущей среды.

2.1.3 Влияние параметров сопла и расстояния между соседними соплами на характер движения воздушного потока в желобе.

2.2 Изучение условий движения частицы в нагнетательной пневмотранспортной установке.

2.2.1 Анализ движения частицы в затопленной струе (участок 1).

2.2.2 Анализ величины подъемной силы действующей на материал.

2.2.3 Определение скорости частицы.

2.3 Энергетическая оценка пневмотранспортной установки.

2.4 Выводы.

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Программа экспериментальных исследований.

3.2 Определение повторности опытов.

3.3 Определение минимальной скорости воздуха.

3.4 Определение параметров сопла и его расположения на воздуховоде.

3.5 Определение параметров желоба.

3.6 Определение параметров воздуховода.

3.7 Определение скорости движения зерна.

3.8 Определение степени влияния наиболее значимых факторов на процесс транспортирования зерна.

3.9 Определение технико-эксплутационных показателей при выгрузке зерна экспериментальной установкой.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Определение минимальной скорости воздушного потока необходимой для начала движения зерна различных культур.

4.2 Обоснование параметров сопла нагнетательной пневмотранспортной установки

4.2.1 Обоснование параметров сопла при транспортировании зерна.

4.2.2 Обоснование параметров сопла при вентилировании зерна.

4.2.3 Определение угла наклона сопла.

4.2.4 Определение расстояния между соплом и днищем желоба.

4.2.5 Определение расстояния между соплами.

4.3 Определение параметров желоба.

4.3.1 Определение ширины днища желоба.

4.3.2 Определение высоты желоба.

4.4 Анализ результатов многофакторного эксперимента.

4.5 Определение скорости движения зерна.

4.6 Методика инженерного расчета нагнетательной пневмотранспортной установки.

4.6.1 Определение размеров установки для вентилирования и выгрузки зерна в секции 1.

4.7 Определение технико-эксплуатационных показателей при выгрузке зерна экспериментальной установкой.

4.7.1 Оценка процесса вентилирования сыпучих материалов экспериментальной установкой.

4.7.2 Оценка процесса выгрузки сыпучих материалов экспериментальной установкой.

4.7.3 Определение удельных энергозатрат на транспортирование.

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРАБОТАННОЙ

НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ ПНЕВМОТРАНСПОРТНОЙ УСТАНОВКИ.

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 биологические 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.

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:

1. Аналитическая зависимость для определения подъемной силы, действующей на частицу при движении от сопла к соплу;

2. Аналитическая зависимость для определения скорости движения частицы в желобе установки;

3. Аналитическая зависимость для определения энергии, необходимой для перемещения частицы.

4. Параметры и режимы работы нагнетательной пневмотранспортной установки для выгрузки зерна из хранилища при его напольном хранении.

5. 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.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Результаты выполненных в данной работе исследований позволяют сделать следующие выводы и предложения:

1. Повышение эффективности процесса выгрузки зерна из склада при его напольном хранении оборудованием, обеспечивающим вентилирование, а затем пневмомеханическую выгрузку может быть достигнуто за счет снижения затрат энергии на пневматическое транспортирование зерна путем воздействия на зерновой материал, находящийся в открытом желобе, воздушным потоком, подаваемым сверху через наклонно и последовательно установленные воздушные сопла. При этом, давление воздушного потока расходуется только на предание ему необходимой скорости движения, обеспечивающей перемещение частиц материала в желобе со скоростью до 10 м/с, исключающей травмирование зерна.

2. Аналитическими исследованиями установлено, что основные характеристики турбулентного воздушного потока (длина начального участка струи и толщина пограничного слоя в начальном участке) обеспечивающие устойчивую скорость воздушного на уровне 30 м/с воздействуя на зерновой материал, находящийся на дне желоба, зависят от геометрических параметров сопла (ширина и высота) и от расположения его в желобе, рациональные значения которых находятся в диапазоне:

- угол наклона сопла к горизонту а = 20.25°;

- высота расположения сопла к = 20.30 мм;

- ширина сопла b должна составлять 0,8.0,9 от ширины желоба.

3. Исследования условий движения частиц в желобе под действием открытого воздушного потока позволили установить:

- аналитическую зависимость для определения минимальной скорости воздушного потока, необходимой для начала движения материала по дну желоба, которая составила для зерновых культур около 10 м/с.

- что при воздействии горизонтального воздушного потока на материал, находящийся на дне желоба из-за неравномерности распределения потока воздуха по высоте возникает подъемная сила, действующая на зерно и значительно превосходящая силу тяжести зерна. Это приводит к тому, что частица в начале скользит по дну желоба, а затем взлетает и совершает полет в направлении выгрузки по сложной траектории но, не касаясь дна, а лишь взаимодействуя с другими частицами.

- аналитическую зависимость для определения скорости полета материальной частицы в желобе при пульсирующей скорости воздушного потока, реализация которой позволила определить максимальную скорость полета единичной частицы, равную 12. 13 м/с без учета ее взаимодействия с другими частицами, имеющими другую скорость.

- аналитическую зависимость для определения затрат энергии, необходимой для перемещения частиц воздушным потоком, выходящим из одного сопла. Для реальных параметров установки при ширине сопла 60 мм и скорости потока воздуха 40 м/с, затрачиваемая мощность для одного сопла составит около 50 Вт, а для одного воздуховода, имеющего 13 сопел — 650 Вт или 0,12 кВт-ч/т.

4. По экспериментальным данным определена зависимость требуемой скорости воздушного потока для обеспечения заданной скорости зерна в желобе, которая составляет 5.7 м/с. Использование полученных результатов позволило уточнить аналитические зависимости по определению затрат энергии на транспортирование.

5. Установлены рациональные интервалы параметров установки, обеспечивающие снижение энергоемкости процесса транспортирования зерна в желобе:

- ширина сопла - 0,5 от ширины желоба, высота — 15 мм;

- угол наклона сопла к поверхности транспортирования 17.26°;

- расстояние между соплами 200 мм;

- ширина желоба — 125 мм, высота желоба — 60 мм;

- высота козырька - 20 мм, ширина — 70 мм.

6. Скоростная съемка транспортирования потока зерна показала, что частицы взаимодействуют друг с другом, вследствие чего скорости их выравниваются и общая скорость потока зерна составляет около 6 м/с, а это примерно в два раза ниже скорости одной частицы, полученной теоретическим путем.

7. В результате испытаний разработанной нагнетательной пневмотранс-портной установки в учебно-опытном фермерском хозяйстве и в ЗАО «Приазовье» были подтверждены установленные параметры и режимы транспортирования зерна, а также определена производительность при выгрузке. Производительность одной секции установки составила около 4 т/ч, общая производительность составила 32 т/ч.

8. Применение разработанной нагнетательной пневмотранспортной установки позволяет снизить удельные затраты на транспортирование в два раза и получить чистый дисконтированный доход 42673,6 руб. при сроке окупаемости 2,3 г.

163

1. А.с. 1049385 СССР B65G53/20 Устройство для пневматического транспортирования сыпучих материалов /В.Н. Рябов, Р.В. Зырин, В.Д. Секерин, В.И. Кугивчак. (СССР). - Заявл. 30.05.88.

2. А.с. 685570 СССР B65G53/18. Аэроднище для вентилирования и транспортирования зерна /А.В. Жахангиров, В.В. Солонецкий, В.И. Анискин (СССР).-Заявл. 15.05.87.

3. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй/ Г.Н. Абрамович. — М.: Физ-матгиз, 1960.-715с.

4. Азин JI.A. Улучшение технологических достоинств ячменя при сушке активным вентилированием// Тр. ВИМ. 1974. — Т.65.ч2 — С. 190-197.

5. Аникиенко В.К. К учету количества и качества зерна в период уборки// Тр. ВИМ. 1974. - Т.65. - С. 174-180.

6. Анискин В.И. Конвейер для обработки зерна/В.И. Анискин. — М.: Знание, 1975.-64 с.

7. Анискин В.И. Состояние, основные задачи и направления работ в области механизации послеуборочной обработки и хранения зерна// Тр. ВИМ. -1974.-Т.65.-С. 3-38.

8. Анискин В.М. К обоснованию рациональных режимов вентилирования влажного зерна наружным воздухом с газообразными консервантами// Тр. ВИМ. — 1984. Т. 100. — С. 11-21.

9. Баум А.Е. Применение искусственно охлажденного воздуха при хранении зерна за рубежом/А.Е. Баум. М.: ЦНИИТЭИ, - 1977.

10. Ю.Баум А.Е. Прогрессивная технология хлебоприемных и зерноперерабаты-вающих предприятий/А.Е. Баум, А.Е. Юкиш. М.: Колос, - 1978.

11. Блохин П.В. Аэрогравитационный транспорт / П.В. Блохин. М.: Колос, 1974.-120с.

12. Блохин П.В. Аэрожелоба для транспортирования зерна/ П.В. Блохин. — М.: Колос, 1981.-111с.

13. Вайсман М.Р. Вентиляционные и пневмотранспортные установки/М.Р. Вайсман, И.Я. Грубиян. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Колос, 1984- 367с.

14. Вацуро A.M. Механизация погрузочно-разгрузочных работ с хлебопро-дуктами/А.М. Вацуро, А.Д. Климовский, В.Т. Егоров, П.И. Завалеев. — М.:1. Колос, 1978.

15. Веселов С.А. Проектирование вентиляционных установок предприятий по хранению и переработке зерна/С.А. Веселов. -М.: Колос, 1974.

16. Володин Н.П. и др. Справочник по аспирационным и пневмотранспорт-ным установкам/Н.П. Володин, М.Г. Касторных, А.И. Кривошеин. М.: Колос, 1984.-288с.

17. М.: Машиностроение, 1964. - 400с.

18. Говоров Н.А. Новые пневматические установки для транспорта зерна/Н.А. Говоров. -М.: Сельхозиздат, 1953.

19. Гойхман Г.М. К разработке систем управления зернохранилищем по моделям прогнозирования влажности зерновой насыпи// Тр. ВИМ. — 1987. — Т.115.-С. 101-105.

20. Гонек Н.Ф. Манометры/Н.Ф. Гонек. — JL: Машиностроение, 1979.

21. Дзядзио A.M. Пневматический транспорт на зерноперерабатывающих предприятиях/А.М. Дзядзио, А.С. Кеммер. М.: Колос, - 1967.

22. Долголенко А.А. Машины непрерывного транспорта/А.А. Долголенко. — М.: Речной транспорт, 1959.

23. Дорфман М.Х. Пневматический транспорт зерна и продуктов его перера-ботки/М.Х. Дорфман. М.: Хлебоиздат, - 1960.

24. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта/Б.А. Доспехов. 5-е изд. доп. и перераб. — М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.

25. Елизаров В.П. Состояние и задачи автоматизации процессов послеуборочной обработки и хранения зерна// Тр. ВИМ. -1974. Т.65. - С. 129-138.

26. Есаков Ю.В. К описанию динамики процесса сушки зерна в плотном слое при жестких режимах// Тр. ВИМ. 1974. - Т.65. — С. 202-207.

27. Зуев Ф.Г. Механизация погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ/Ф.Г. Зуев, Н.А. Левачев, Н.А. Лотков. — М.: Агропромиздат, 1988.-447 с.

28. Иванов А.И. Машины для комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ с зерном/А.И. Иванов, А.Я. Лейкин, Э.С. Хувес, М.С. Чарный. М.: Колос, - 1964.

29. Казаков А.П. Пневматический транспорт/А.П. Казаков. — Горький, 1966.

30. Калинушкин М.П. Вентиляторные установки/М.П. Калинушкин. — М.: Высшая шк., 1967.

31. Калинушкин М.П. Вентиляционные установки/М.П. Калинушкин. — М.: # Высшая шк., 1979.

32. Ковалев Ю.П. Аэрожелоба в зерновых складах. «Элеваторная промыш-ленность»/Ю.П. Ковалев. М.: ЦНИИТЭИ, - 1974.

33. Ковалев Ю.П. Опыт применения аэрожелобов для транспортирования и активного вентилирования зерна в механизированных складах с плоскими полами/Ю.П. Ковалев. М.: ЦНИИТЭИ, - 1974.

34. Коренев Г.В. Прогрессивные способы уборки и борьба с потерями уро-жая/Г.В. Коренев, А.П. Тарасенко. М.: Колос, 1977.

35. Коробов М.М. Пневмо-, гидро- и аэрозольтранспорт на промышленных предприятиях/М.М. Коробов, В.Н. Кондаков. — Киев: Техника, 1967.

36. Косточкин В.Н. Воздуходувные машины и станки/В.Н. Косточкин, А.И. Ляховский. — М.: Металлургиздат, 1940.

37. Красников В.В. Подъемно-транспортные машины/В.В. Красников. — 3-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1981. - 263с.

38. Красножон В. Устройство и эксплуатация аэрожелобов на предприятиях Днепропетровской и Кустанайской областей/В. Красножон, Б. Эйхман.

39. М.: Мукомольно-элеваторная и комбикормовая промышленность, №12 — 1972.

40. Краснощекова Г.А. Экономика, организация и планирование производства на предприятиях хранения и переработки зерна/Г.А. Краснощекова, Т.В. Редькина. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1991. - 302 с.

41. Кривошеин А.И. Наладка пневмотранспортных устройств/А.И. Кривоше-ин. М.: Колос, - 1972.

42. Корн A.M. О силах действующих на зерно при горизонтальном пнев-мотранспортировании // Тр. ВИМ. 1970. — Т.46. - С. 232 - 278.

43. Круглов А.Н. Пневматический транспорт зерна и его отходов, 4.1/А.Н. Круглов. — М.: Заготиздат, 1944.

44. Круглов А.Н. Пневматический транспорт зерна и его отходов, Ч.2/А.Н. Кругл ов. М.: Заготиздат, - 1947.

45. Лебедев А.Н. Моделирование в научно-технических исследованиях/А.Н. Лебедев. М.: Радио и связь, 1989. - 224 с.

46. Лебедев В.Б. Обработка и хранение семян/В.Б. Лебедев. — М.: Колос, -1983.

47. Малис А.Я. Пневматический транспорт сыпучих материалов при высоких концентрациях/А.Я. Малис. — М.: Машиностроение, 1969.

48. Малис А.Я. Пневматический транспорт для сыпучих материалов/А.Я. Малис, М.Г. Касторных. М.: Агропромиздат, 1985. - 344 с.

49. Мельник Б.Е. Вентилирование зерна/Б.Е. Мельник. — М.: Колос, 1970.

50. Мельник Б.Е. Технология приемки, хранения и переработки зерна/Б.Е. Мельник, В.Б. Лебедев, Г.А. Винников. — М.:Агропромиздат, 1990. — 367с.

51. Мельник Б.Е. Применение аэрожелобов и активное вентилирование зерна на хлебоприемных предприятиях/Б.Е. Мельник, Ю.Л. Розенцвейг, К.А. Рыжоф. — «Элеваторная промышленность», М.: ЦНИИТЭИ, - 1976.

52. Мельник Б.Е. Технико-экономическая эффективность вентилирования зерна/Б.Е. Мельник. М.: Колос, 1975. - 192с.

53. Мельник Б.Е. Справочник по сушке и активному вентилированию зер-на/Б.Е. Мельник, Н.И. Малин. М.: Колос, 1980. - 175с.

54. Мельников С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов/С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин. — 2-е изд., перераб. и доп. J1.: Колос, 1980. - 168 с.

55. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. — М.: Агропромиздат, 1998.

56. Мисаренко Г.А. Механико-технологические параметры и эффективность вентилирования зерна/Г.А. Мисаренко. — «Элеваторная промышленность», М.: ЦНИИТЭИ, - 1975.

57. Моделирование сельскохозяйственных агрегатов и их систем управле-ния/А.Б. Лурье, И.С. Нагорский, В.Г. Озеров и др.; Под ред. А.Б. Лурье. — Л.: Колос, 1979.-312 с.

58. Назаренко Е. Аэрожелоба в зерноскладах/Е. Назаренко// — М.: Техника в сельском хозяйстве, № 11 — 1974.

59. Нелюбов А.И. Пневмосепарирующие системы сельскохозяйственных ма-шин/А.И. Нелюбов, Е.Ф. Ветров. М.: Машиностроение, 1977. - 192 с.

60. Овчинников П.И. Автоматизированное управление производственными процессами при хранении и переработке зерна/П.И. Овчинников. — М.: За-готиздат, 1962.

61. Панченко А.В. Вентиляционные установки зерноперерабатывающих предприятий/А.В. Панченко. — М.: Колос, 1978.

62. Панченко А.В. Вентиляционные установки элеваторов, мельниц, крупяных и комбикормовых заводов/А.В. Панченко. М.: Заготиздат, - 1954.

63. Петриченко В.Е. Прогрессивная технология приемки и хранения зерна/ В.Е. Петриченко. М.: Агропромиздат, 1985. - 72 с.

64. Петунин А.Н. Методы и техника измерений параметров газового пото-ка/А.Н. Петунии. М.: Машгиз, - 1972.

65. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении/И.Л. Повх. — М.-Л.: Машиностроение, 1974. — 480 с.

66. Прандтль JT. Гидро- и аэромеханика/Jl. Прандтль, О. Титьенс. — М.-Л.: Гостехиздат, 1933. — т. 1, - 223с.

67. Проскура Г.Ф. Опытное изучение воздушной завесы. Технические новости, Бюллетень НТУ ВСНХ УССР, №31, 1929.т

68. Пунков С.П. Элеваторно-складская промышленность/С.П. Пунков, А.И. Стародубцева. М.: Колос, - 1978.

69. Пышкин В.П. Механизация работ с зерном/В.П. Пышкин. — М.: Заготиз-дат, 1963.

70. Пышкин В.П. Пневматические перегружатели зерна/В.П. Пышкин. — 2-е изд. М.: Колос, 1970. - 207 с.

71. Пикалов А.В. Определение параметров и режимов работы нагнетательной пневмотранспортной установки /А.В. Пикалов // Технологии и средства механизации полеводства: Материалы науч. конф. — Зерноград, 2002. — С. 140-147.

72. Пикалов А.В. Определение расстояния между воздушными сопламипневмотранспортной установки /А.В. Пикалов // Технология и механизация животноводства: Материалы науч. конф. — Зерноград, 2001. С.51-53.

73. Пикалов А.В. Обоснование параметров нагнетательной пневмотранспортной установки. АЧГАА, 2002. 16с. Деп. в ВИНИТИ 10.04.2003; №679 -В. 2003

74. Рыбарук В.А. Аналитическое исследование аэродинамики воздухораспределительных систем хранилищ и установок активного вентилирова-ния/В.А. Рыбарук// Тр. ВИМ. 1974. - Т.65.4 2 - С. 119-152.

75. Свято хин Г. Экономическая эффективность внедрения аэрожелобов/Г. Святохин, В. Докучаев// Закупки сельскохозяйственных продуктов №14 — М.:1973.

76. Секанов Ю.П. Типаж влагомеров для зерна/Ю.П. Секанов// Тр. ВИМ. — 1974. -Т.65. С. 163-168.

77. Сельскохозяйственная техника для интенсивных технологий. Каталог. М.:АгроНИИТЭИИТО. 1988.

78. Сельскохозяйственная техника и оборудование для фермерских хозяйств. Каталог. М.гИнформагротех. —1994.

79. Семидуберский М.С. Насосы, компрессоры, вентиляторы/М.С. Семиду-берский. — М.: Высшая шк., 1966.

80. Сидоров М.Д. Справочник по воздуходувным машинам/М.Д. Сидоров. -JL: Машгиз, 1962.

81. Синцеров А.Д. Вентиляционные и пневмотранспортные установки элеваторов и предприятий по переработке зерна, Ч.2/А.Д. Синцеров, В.Н. Павлов. М.: Хлебоиздат, - 1960.

82. Соколов А.Я. Транспортирующие и перегрузочные машины для комплексной автоматизации пищевых производств/А.Я. Соколов. — М.: Пищевая промышленность, 1964.

83. Спиваковский А.О. Транспортирующие машины/А.О. Спиваковский, В.К. Дьячков. — 3-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1983. — 487 с.

84. Ф 85.Старк С.Б. Основы гидравлики, насосы и воздуходувные машины/С.Б.

85. Старк. М.: Металлургиздат, - 1961.

86. Стародубцева А.И. Лабораторный практикум по хранению зерна/А.И. Стародубцева, Н.И. Паньшина. М.: Колос, 1968. - 184 с.

87. Строна И.Г. Хранение семян озимой ржи, убранной в разные сроки и разными способами/И .Г. СтронаИ Тр. ВИМ. 1974. - Т.65.Ч 2 - С. 173 - 181.

88. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции/В.Н. Талиев. — М.: Стройиздат, -1979.

89. Тихомиров В.Б. Математические методы планирования эксперимента при изучении нетканых материалов/В.Б. Тихомиров. — М.: Легкая индустрия, 1968.- 156 с.

90. Трисвятский Л.А. Хранение зерна/Л.А. Трисвятский. — М.: Колос, 1966.

91. Туркус В.А. Структура воздушного приточного факела, выходящего из прямоугольного отверстия/В.А. Туркус// Отопление и вентиляция, №5, стр. И, 1933.

92. Успенский В.А. Пневматический транспорт/В.А. Успенский. — Свердловск: Металлургиздат, 1959.

93. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. — Под ред. Третьякова Н.Н. М.: Колос, 2000. - 640 с.

94. Чижиков А.Г. О перспективе развития технологии и технических средств сушки зерна/А.Г. Чижиков// Тр. ВИМ. 1974. - Т.65. - С. 181-185.

95. Шабанов Н.И. Разработка модульного стационарного комплекса для фермерских хозяйств /Н.И. Шабанов, Л.Д. Пасечная// Техника в сельском хозяйстве №1, 1998-С 12-14.

96. Шабанов Н.И. Изучение процесса транспортирования зерна воздушным потоком в аэрожелобе /Н.И. Шабанов, А.В. Пикалов// Механика дискретных сред: Материалы науч. конф. Зерноград, 2002. — С. 189-193.

97. Шатуновский Г.М. Дискретно-динамический подход к оптимизации поточной уборки и послеуборочной обработки зерновых/Г.М. Шатунов-ский// Тр. ВИМ. 1974. - Т.65. - С. 83-90.

98. Юкиш А.Е. Справочник по оборудованию элеваторов и складов/А.Е. Юкиш, Н.И. Рыбалка, И.Е. Селицкий. М.: Колос, 1970. - 240 с.

99. Юкиш А.Е. Справочник работника элеваторной промышленно-сти/А.Е.Юкиш, Э.С. Хувес. — 4-е изд., доп. и перераб. М.: Колос, 1983. -304 с.

100. Ebert D. Normative und Richtwerte zum Produktionsverfahren Getreide. Landwirtschaftsausstellung derDDR Markkleeberg, 1976.

101. Grain drying, handling and storage handbook. California. USA, 1989.

102. Prandtl L., Bemerkung zur theories der freinen Turbulenz. ZAAM, v. 22, №5, 1942.