автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров электрифицированной установки тепловой обработки зерна для подсобных и фермерских хозяйств

РГо ОД 1 1 НОЯ 1933

На правах рукописи

КРУГЛЯК Алексей Анатольевич

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИФИЦНРОВАШЮП УСТАНОВКИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА ДЛЯ ПОДСОБНЫХ И ФЕРМЕРСКИХ ХОЗЯЙСТВ

Специальность 05.20.02,- Электрификация сельскохозяйственного производства '

Автореферат диссертации на соискание ученой' степени кандидата технических наук

Саратов - 1996

Работа выполнена о Саратовском государственном агроинхенер-UOM университете.

Научиий руководитель: Заслуженный деятель науки и техники РФ/ доктор технических наук« профессор ЕРОШЕНКО Г.П.

Научиий консультант: кандидат технических наук, доцент МАРКИН D.O.

Официальные odsohchtus доктор технических наук« профессор

КСЕЛЗ II.В.,

кандидат технических наук, профессор ЛЮБДЙКИН С.П.

Видукее предприятие: Саратовское областное объединение "Лгро-промэнерго".

Запита диссертации состоится 1996г.

и /Я час. на заседании диссертационного Совета К 120.04.02 Саратовского государственного агроипхенериого университета по адресу: 410740« г.Саратов, ул.Советская» 60.

С диссертацией иохио ознакомиться в библиотеке Саратовского

ГЛУ.

Автореферат разослан C/sl 1996г.

УчениЯ секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

Н.П.ВОЛОСЕВИЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При всех вариантах технологического процесса производства и переработки зерновых культур тепловая обработка является одной из ответственных и знергоенких операций. Она необходима при переработке зерна в крупу» для обеззараживания!"часто применяется для предпосевной обработки. Практически все современные методы суики зерна основаны на удалении влаги под действием температуры.

Небольшие зерновые хозяйства нуждаются в технике для тепловой обработки зерна. Развитие небольших подсобных и фермерских зерновых хозяйств сдерживается из-за отсутствия установок для тепловой обработки (УТОЗ), предназначенных для переработки небольших объемов зерна. Применение существующих высокопроизводительных, мощных, в большинстве своем огневых образцов непосредственно в фермерских хозяйствах малоэффективно. Попытки создания фермерских УТОЗ на основе уменьшения габаритов традиционных образцов не дают положительного результата, так как это приводит к снижению показателей энергопреобразования.

Известные методы расчета огневых УТОЗ, основанных на конвективной теплопередаче, не позволяют создавать установки, эффективно работающие при небольших объемах переработки (от 2 т/ч и нижо). П связи с этим появилась необходимость перехода к использованию электронагрева и контактного способа передачи тепла зерну при разработке фермерских УТОЗ. В силу недостаточной изученности конструктивных особенностей и режимов работы таких установок возникла необходимость в разработке и обосновании параметров и режимов работы фермерских УТОЗ.

Актуальность таких разработок обусловлена но только объективным ходом совершенствования техники, но и необходимост о энергосбережения и повышения качества продукции.

Цель работы - повысить эффективность тепловой обработки зерна в фермерских хозяйствам и на небольших зерноперерабатываюцих предприятиях за счет разработки, исследования и обоснования параметров и режимов работы электрифицированной установки.тепловой обработки зерна.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи:

- выявить требования к УТОЗ при работе в условиях фермерских хозяйств и малых эерноперерабатывающих предприятий;

- разработать теорию рабочего процесса УТОЗ;

- обосновать электрическую и тепловую схему УТОЗ, а также методику расчёта ее основных элементов;

- разработать нетодику оптимизации электрических й тепловых параметров/ а также режимов работы при тепловой обработке семян разнообразных зерновых культур;

- выполнить лабораторные и производственные исследования для подтверждения достоверности теоретических предпосылок и определения значений эмпирических коэффициентов, входящих в теоретические зависимости, а также для оценки экономической эффективности применения установок подобного типа.

Практическая значимость. Разработана универсальная УТОЗ с производительностью 60-150 кг/ч, обеспечивающая А технологические операции (прогрев, сушка, обеззараживание, прокаливание) для разнообразных зерновых культур. Предлагаемый вариант УТОЗ по сравнению с известными установками сопоставимой производительности имеет меньшую в 2 раза материалоемкость, в 1,1...1,3 раза меньшую энергоемкость. По сравнению с предлагаемыми аналогами структурная надежность повышена в 1,25 раз.

Апробация работы. Основные положения и результаты -исследований докладывались и обсуждались на научных конференциях Саратовского ГАУ (1993-1996г.г.), Самарского СХИ (1996г., г.Самара), ВНИИПТИМЭСХ (1996г., г.Зерноград).

Реализация результатов исследований. На основании проведенных исследований в 1/ПЦ "Волгоагротехника" освоено мелкосерийное производство контактных УТОЗ (МТО-4). Изготовлено и реализовано 120 установок. Соблюдение предъявляемых к УТОЗ требований подтверждено гигиеническим сертификатом качества.

Объектом исследования является универсальная ыпогофункцио-пальная УТОЗ с контактной теплопередачей,, самотечным движением зерна к свободным влагосъеном, предложенная Г.П.Ерошоико для комплексе машин по переработке гречихи (производитель - ВИЦ "Волгоагротехника*, Саратовский ГАУ).

В качестве предмета исследования выступали процессы алектро-нагрвва, контактной передачи тепла и ввагосъека в раэлнччцх режимах работы УТОЗ.

Методы исследования. В основу разработки теории работи УТОЗ положена теория теплообмена сплошных текучих сред, а так же косвенного электронагрева. Обоснование взаимосвязи режимных параметров выполнено на основе активного планирования эксперимента (многофакторное ортогональное планирование). Для решения оптимизационных задач использовались различные методы исследования функций. Проверка эффективности принятых решений выполнена на основе производственных испытаний опытной партии УТОЗ.

Научная новизна. Показано/ что эффективность работы УТОЗ в условиях фермерских и подсобных хозяйств повышается за счет перехода к универсальным (по видам тепловой обработки и видам обрабатываемого зерна) образцам с электрическим источником тепла, контактной теплопередачей, гравитационным движением зерна по вертикальным каналам и свободным влагосъемом. Установлена взаимосвязь между технологическими и электрическими параметрами УТОЗ и получены уравнения для расчета габаритов и потребляемой нощности при заданной производительности.

Разработана нетодика определения ширины каналов, при которой обеспечивается наименьшая стоимость установки и соблюдаются все технологические требования.

Разработана методика дискретной оптимизации спиралей ТЭНов ьо комплексному критерию (масса провода, температура спирали, сопротивление изоляции) при заданной тепловой нагрузке их оболочек, определяемой технологическими требованиями тепловой обработки.

Установлена взаимосвязь режимных параметров (продолжительность тепловой обработки, температура поверхности теплообменника) в зависимости от начального состояния зерна и конечного результата.

Разработан способ контроля качества гречневой крупы по ее ог-тическим характеристикам.

Публикация результатов. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 4-х печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Объем -

171 стр., из них 158 стр. основного текста, 32 рисунка, 5 таблиц и 7 приложений. Список литературы представлен 116 наименованиями, в том числе 9 на мностранных языках.

СОДЕРХАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое обоснование актуальности работы и ее аннотацию.

В первой главе рассмотрены технологические основы тепловой обработки зерновых, проведен анализ УТОЗ, методов их расчета и принципов построения, сформулирована рабочая гипотеза.

Применение электронагрева и электротехнологии в различных режимах переработки зерна рассмотрены в трудах А.М.Басова, И.©.Бородина, 1.Г.Прищепа, Н.В.Ксенза, В.Н.Расстригина, В.В.Белобородо-ва и др.

На основе имеющихся данных по тепловой обработке зерна, пред-ставленных-в работах А.В.Лыкова, А.Е.Баума, А.П.Герхоя, А.С.Гинзбурга, В.И.Жидко и др., можно сделать вывод, что допустимую температуру нагрева зерна, максимальный влагосъем, максимальное время воздействия повышенной температуры и другие технологические параметры следует признать известными. Достаточно подробно разработаны температурные режимы тепловой обработки различных зерновых культур. Однако приводимые методы расчета УТОЗ позволяют проектировать и создавать лишь агрегаты для переработки большого объема зерна (выше 2 т/ч) с конвективной передачей тепла зерну от огневых источников. Теоретически не отрицается возможность создания минизерносушилок (с небольшим, объемом переработки) . Однако известные методы не позволяют найти оптимальные значения параметров таких УТОЗ. Выход из этой ситуации видится в применении вместо конвективного контактного способа передачи тепла от электрического нагревателя. При этом открывается возможность организовать гравитационное движение зерна и свободный влагосъем, что упрощает конструкцию установки и повывает ее эффективность.

Для предлагаемого варианта электрифицированной УТОЗ необходимо установить закономерности распределения температуры при электронагреве и контактном способе подвода т^пла к обрабатываемому зерну и на этой основе подобрать рациональное размещение электронагревателей и их параметры, обеспечивающие режимы работы, удовлетворяющие технологическим требованиям.

В выводах главы сформулированы задачи исследования.

Во второй главе определены основные требования к контактной УТОЗ к факторы, влияющие на процесс тепловой обработки при элект-^нагреве, обосновав выбор диапазона и ступеней регулирования

температуры поверхности теплообменника, дано обоснование технико-экономических параметров, выявлены требования к схемам управления и разработаны различные варианты их реализации. Изложена методика расчета габаритов и мощности УТОЗ.

Теоретическое исследование было направлено на обоснование требований к электрической части УТОЗ на основе комплексного изучения взаимосвязей технологических и технико-экономических параметров, что послужило основой для рассмотрения вопросов, связанных с электротехнической частью исследований.

В качестве объекта теоретического исследования принята идеализированная модель УТОЗ, удовлетворяющая требованию универсальности по видам тепловой обработки, виду обрабатываемого зерна.

На рис.1 приведена схема идеализированной УТОЗ, демонстрирующая работу установки с гравитационным перемещением зерна. Основой конструкции установки является теплообменник (2). Влажное зерно попадает в него из бункера (1) с расходом , начальной влаж-

ностью и начальной температурой . Под действием сил гра-

витации зерно, проходя по вертикальным каналам через обменник, за врекя "С попадает в выгружной бункер (4). За счет контакта с нагретой до температуры {п поверхностью теплообменника зерно достигает на выходе температуры , отдавая в окружающую среду определенное количество влаги- ЛIV . На выходе из выгружного бункера зерно имеет влажность = - Л И/ и расход . Тепло, необходимое для тепловой обработки, передается -зерну теплопроводностью от электронагревателя через поверхность Р теплообменника. Реяим тепловой обработки устанавливается изменением мощности электронагревателя при помощи блока управления (6) и времени хои-такта зерна с нагретой поверхностью (за счет изменения скорости подачи зерна в теплообменник при помощи регулятора (5)). Г"1 схеме указаны также основные направления перемещения потоков зерна, тепла и влаги.

В предлагаемой установке обеспечивается ограничение толщины зернового слоя, беспрепятственный доступ наружного но увлажненного воздуха и свободный отвод влаги от поверхности эерна, не контактирующей с теплообменником. В этих условиях удаление 'влаги однозначно определяется значением температуры поверхности теплообменника и времени обработки, тепловая обработка проходит в каналах, идентичных по геометрии, температуре, влагосъему. Это поэво-

ляет свести трехмерную задачу расчета тепловых характеристик к одномерной, независимо от формы горизонтального сечения теплообменника.

Риг.1. Схема процесса тепловой обработки в идеализированной УТОЗ: 1 - приемный бункер, 2 - теплообменник, 3 - трубчатый электронагреватель, 4 -выгрухной бункер, 5 - устройство регулирования подачи зерна, 6 - блок управления, - влажное зерно, С=> - обработанное зерно, —»— - тепло,---»- - влага, X - - наружной воздух

Для правильного выбора количества и расположения электронагревательных элементов по объему теплообменника была выявлена взаимосвязь харахтера распределения температуры с параметрами электрона, ревателя.

Приняв к рассмотрению теплообменник в виде вертикальных пластин с внутренними источниками тепла, обеспечиваввими постоянную величину поверхностной мощности, бил установлен характер распределения температуры по высоте канала!

¿пл - Р(-¥Н + 0,25)/РК - £0 , (П

где Р - мощность источника тепла, Вт.; Н - высота теплообменника, м; К коэффициент, характеризующий теплоотдачу в подобной системе ( К ~ 6...8).

Из (1) следует, что выравнивание температуры по поверхности возможно либо за счет уменьшения высоты теп ообменника, либо за счет расположения источников тепла в нижней части теплообменника.

Применительно к контактному способу тепловой обработки результатом анализа рабочего режима является определение температуры зерна через определенное время контакта с нагретой поверхностью теплообменника, а также характер распределения температуры зерг-по высоте теплообменника (при условии, что в горизонтальной

плоскости температура зерна практически не меняется).

Рассматривая зерно как однородную текучую массу с теплофизи-ческини характеристиками, соответствующими реальной зерновой массе, был установлен характер изменения температуры зерна по высоте Теплообменника при заданных параметрах и заданном характере распределения температуры поверхности.

о

/Г ! / / // I "

.'де х. ^ 1 £п Т. ^ ( &л - температура зерна и теплообменни-

ка на входе и выходе, °С; - масса теплообменника и

' о

зерна, кг; сТ\ С^ - теплоемкость теплообменника и зерна, кДж/(кг-К); А - эмпирический коэффициент, характеризующий равномерность подвода тепла; А - теплопроводность зерна, Вт/^-^ б - расстояние между пебрами теплообменника (ширина канала),м.

Из (2) следует, что температурный напор убывает с увеличением пысоты теплообменника, т.е. можно определить высоту, дальнейшее увеличение которой приводит лишь к незначительному прирос у скорости нагрева, к снижению производительности установки и увеличению ее массы.

На основе анализа характера распределения зерновой нъсси по объему, образованному системой параллельных вертикальных пластин, были определены основные габариты теплообменника УТОЗ. .Задавшись предельной высотой пластин, определенной по (2), и допустив, что горизонтальное сечение теплообменника имеет форму квадрата Л х В, получаем:

А= Пт(кс+ н ; (3>

где П - производительность УТОЗ, кг/ч> Т - время .цикла, ч» Кс - коэффициент соотношения объемов зерна и теплообменника; - натура зерна, кг/к3.

Тепловая энергия передается зерну через поверхнрсть теплооб-' менника,в основном, теплопроводностью. В результате предварительных экспериментов было установлено, что время цикла приблизительно соответствует постоянной времени нагрева установки (18 мин.). В этом случае полезная мощность определяется:

,-Г Kt.FI

Р-кхР(Ьи-%)/(<-е;

(4)

где А-* - суммарный коэффициент теплопередачи.

На величину мощности (3) оказывают влияние геометрические параметры поверхности теплообменника и, в частности, характер ореб-рения, влияющий на величину сумнгоного коэффициента теплопередачи и на площадь контакта. Была рассмотрена задача обоснования параметров оребрения.

Толщину и высоту ребра однозначно определяют теплотехническим расчетом, исходя из заданной технологии изготовления (сварка,литье и т.д.) и обеспечение 5... 1056 перепада температуры по длине ребра. Расстояние между ребрами влияет на многие характеристики УТОЗ. С уменьшением шага возрастает поверхность теплопередачи, выравнивается температура зерна в сечении канала, улучшаются качественные и энергетические показатели работы. Вместе с тем, частое оребрение вызывает негативные последствия - повышается расход металла, усложняется технология изготовления, затрудняется отвод влаги, нару-вается сыпучесть (самотек) зерна. С увеличением шага обнаруживаются обратные конкурирующие эффекты. Перечисленные обстоятельства относят рассматриваемую задачу к числу оптимизационных.

Рис.2. Секция теплообменного аппарата: I - ТЭН, 2 - радиатор, 3 - защитный кожух

■

1

1

1

1

В

В результате исследования целевой функции приведенных затрат Зп I

Зпг ЕиКп*ЕцК№А6*+(Зэ*Зт)б* , (5)

где Ец - нормативный коэффициент (0,15); Кп - постоянная составляющая капиталовложений, руб.; Кчр - составляющая капиталовложений, оценивающая затраты на оребрение; А - ширина теплообменника, м; 5 - вирина канала, м; Зэ , Зг - годовые затраты на электроэнергию и техобслуживание, руб.; р> - коэффициент, характеризующий изменение энерготрудозатрат при изменении б ;

"8 - коэффициент чувствительности, показывающий, во сколько раз изменяется степень готовности Й. при изменении & ( /?= О/& ;

О. - постоянная величина, характеризующая зерновую культуру).

Было определено оптимальное расстояние между ребрами теплообменника: ___

&опт = * ЕцК<РА/?(Зэ+ЗТ> . (6)

При сложившейся структуре цен, в уравнении (6) числитель всегда меньше знаменателя и Ь0пт составляет 3...5 мм. При таком шаге нарушается самотечное движение зерна, в этом случае оребрение необходимо выбирать по критерию сыпучести. Для универсальных самотечных УТ03 оптимальная ширина канала составит (3.. .4) с/0пр , где Ыопр - определяющий размер зерна.

Вслед за обоснованием параметров оребрения была решена задача размещения и определения оптимального числа нагревателей. Показано, что наиболее приемлемым вариантом нагревателя является ТЭ(Г. Для обеспечения наиболее высокого хачества переработки необходимо стремиться к выравниванию температуры по поверхности теплообмен-пика. Существуют несколько вариантов: 1) заданы геометри«""Ские па- • раметры радиатора - необходимо для него определить число ТЭИов; 2) задано число ТЭНов - необходимо определить параметры радиатора; 3) за счет изменения геометрии радиатора и количества ТЭНов необходимо добиться такого их соотношения, при котором обеспечивается минимум затрат на установку и максимум выхода готовой продукции.

Рис.3. Распределение температуры по высоте теплообменника при различном числе ТЭНов: а) идеальный вариант, число ТЭНов велико; б) Лт * 3» в),г) Пу "1

Рассмотрев составляющие затрат на теплообменник/ получена целевая функция»

3- 1-1 ♦ Опт *У\ (7)

где ¡_ - величина, характеризующая геометрические и теплофнэиче-ркие параметры радиатора; Пт - число ТЭНов; Лт - коэффициент, характеризующий изменение затрат на радиатор с изменением числа ТЭНов; С "" стоимость получения единицы мощности; V - удельный ущерб, связанный с затратами на ремонт. Анализируя (7), получим;

С учетом требуемой мощности« определенной по (4), можно определить мощность единичного ТЭНа: Рт = Р/Пт.

На основании рассмотрения диапазона допустимых температур при различных видах тепловой обработки зерна различных культур выделены три поддиапазона, в пределах которых можно обеспечивать необходимые тепловые режимы.

Тот Факт, что результат тепловой обработки зависит от совокупности температуры нагрева и времени выдержки зерна при этой температуре позволяет применять ступенчатый способ регулирования температуры, при котором устанавливается определенная температура поверхности, а требуемой кондиции зерна добиваются за счет варьирования времени обработки.

Обеспечение требуемого уровня температуры возможно на основе применения ТЭНов. Показано, что в предлагаемой УТОЗ достижение требуемого теплового режима рационально обеспечивать за счет соединения ТЭНов по различным схемам при помощи несложных коммутирующих устройств. Разработаны варианты таких схем. Показано, что при работе УТОЗ в поточных линиях могут быть использованы устройства для бесконтактной коммутации, что гозволяет автоматизировать процесс тепловой обработки.

Существующая методика расчета предполагает, что проектируемая установка приспосабливается к стандартный параметрам ТЭНов. В пашен же случае потребовалось разработать ТЭН, обеспечивающий соблюдение технологических требований по температуре в зерновом канале.

Зная необходимую мощность Р , а также урбвень тенператури ¿р , который должен обеспечить ТЭН, определяем диаметр оболоч-

гдо К - коэффициент теплопередачи от поверхности ТЭНа радиатору, Вт/(м2.к); активная длина ТЭНа,«.

Расчет остальных параметров ТЭПа осуществляется по стандартной методике (табл.1).

Далее выполняется дискретная оптимизация спирали.по комплексному критерию, учитывающему изменение массы провода ( М ), температуры спирали { ¿а! ), сопротивления изоляции ( Йил ). С учетом соблюдения требования по механической прочности принимаем вровод с с/оу" 0,6 им.

ки О «

(9)

Таблица 1

Расчетные параметры ТЭНов при Р-г - 750 Вт, = 110 В,

Аз = 0,25 и, £>зн = 0,02 м

К 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

0,91 2,84 о,93 14,42 2Ь,8

а £сл С 1000 750 550 450 300

А «. ои 1,9-Ют 1,6-Ю7 1,4-Ю7 Ь-Ю6 . б-ю'

0,91 2,84 6,93 14,42 26,8

3 ¿с.°с 960 730 520 390 280

РиЛ,0м 1,5-10 1,1-Ют 7,8-Ю6 5,2-Ю6 1,9-10

.V], гр 0,91 2,84 6,93 14,42 26,8

4 1- СП. О 910 690 470 370 ■ —

Яш, Ом 9-Ю6 6,8106 4-Ю6 2.8-Ю6

М, гр 0,91 •2,84 6,93 14,42

5 880 Ь20 5, 7-10 6 — — —

Ом 7-Ю6

М.гр 0,91 2,84 6,93

6 Ьт "С 830 570 . — — —

\ Ом Г> • Т Г)6

Примечание.В клетках "-" с^/Т)^!.

Таким образом, в результате теоретических исследований удалось получить аналитические выражения для расчета всех основных параметров УТОЗ.

В третьей главе приведена методика и результаты экспериментальных исследований режимных параметров, а также описание лабораторной установки и измерительного комплекса для испытания фермерской УТОЗ в лабораторных условиях.

С целью проверки правильности полученных теоретических эави-иостей и результатов расчета по ним,.а также эффективности предложенных рекомендаций проведен комплекс экспериментальных исследований.

Для проведения экспериментов были изготовлены! 1)несколько вариантов ТЭНов с различными параметрами спирали; 2) элементарная УТОЗ и измерительный комплекс, позволяющий контролировать влияние вага оребрения, температуры поверхности, состояние зерна и другие

параметры, необходимые для проведения полнофакторного эксперимента» 3) экспериментальная установка, позволяющая в конплексе изучать энергетические, эксплуатационные и другие показания работы установки;. 4) опытный образец - для проведения производственных испытаний.

В результате эксперимента была подтверждена возможность теоретического определения мощности УТОЗ (отклонение от расчетного значения - 3,3%), температуры поверхности теплообменника (отклонение - на минимальной ступени мощности и 4,395 - на максимальной), сопротивления изоляции ТЭНов (опытное значение больше расчетного минимум ка 30%). Била подтверждена возможность изменения температуры в требуемых пределах за счет изменения схены соединения ТЭНов.

Для оценки результатов опытов был разработан и создан измеритель влажности, основанный на емкостном методе, для тарировки которого был использован метод измерения влажности зерна по остаточной кассе. Для оценки качества гречихи при прокаливании било разработано устройство для определения степени готовности по отражающей способности.

На основе методики активного планирования эксперимента (центрально-композиционное ортогональное планирование) была проведена серия экспериментов по определению режимных параметров УТОЗ (табл.2). В результате обработки данных по стандартной нетодике били получены уравнения регрессии, при 5% уровне значимости адекватно описывающие экспериментальные результаты: для конечной влажности и/к •

к/*' /4,33-2,62X,-<335X1 + -0,65К,Кг -*0,66

- Зг^Хз 4 0,33*,££ - 0,12 х1 о, 21*^

для отражающей способности У

у=. 116.9 -27,&£ -619?г*4<0Хл-7^Х,£-+412Х,Хл- Ш)с

- 1,3 Ха & - 2, АЗ % Й + 3>2

Выражения (Ю) и (11) представляют собой взаимосвязь между режимными параметрами, которая позволяет, например, для заданной температуры поверхности теплообменника определить продолжительность тепловой обработки для достижения требуемой влажности зерна, о зависимости от ого иачальпой влажности (рис.4). Была установлена

Таблица 2

Условия проведения эксперимента и кодированное значение факторов

Факторы ) ¿п <°С _ V «КИК. к. %

Обозначение X, Хг

Основной уровень 150 20 16,1

Интервал варьирования 50 5 1,1

Верхний уровень 200 25 17,2

Нижний уровень 100 15 15,0

К.% А

= (X, -150)/501 - 20)/5, ?5 = (Х3 - 1Ь,1)/1,1.

X, мин

_ Рис.4. Поверхности отклика режимных параметров.

Зона тоевуемои Рис-5. Взаимосвязь режимных оона трев*ем°и параметров МТО-4 при прокаливании гречихх

О 100 125 ВО 173 200 ¿п "С

взаимосвязь режимных параметров при прокаливании гречихи. Такие Зависимости, представленные в виде графиков (рис.5) или таблиц, приводятся в инструкции по эксплуатации.

Экспериментальные исследования элементарной УТОЗ при различном иаге оребрения подтвердили результаты оптимизации ширины канала ( бостт ). Экспериментально установлено, что введение понятия "коэффициент готовности" может быть использовано для определения оптимального шага оребрения. При а в 19,5 и У '1,3 будет* иметь болт = 15 мм, при котором Л = 0,98...1.

В четвертой главе приведены итоги производственной проверки фермерской УТОЗ (МТО-4) и сравнение технико-экономических показателей с установками подобной установкой СП-2.

Сравнительные показатели работы установок приведены в таблице 3.

Таблица 3

Сравнительные показатели установок СП-2 и МТО-4

Показатель | СП-2 МТО-4

Производительность (прокаливание гречихи), кг/ч 180-200 60

Мощность, кВт 17 4,5

Масса, кг 500 60

Цена реализации, тыс.руб. 10000 4000

Показано, что предлагаемая установка имеет в 1,1 раза меньшую энергоемкость, в 2,5 раза меньшую материалоемкость.

Получено выражение, позволяющее для заданной цены реализации установки определить время использования, дающее положительный эффект. Показано, что при использовании установки 200 часов в году цена реализации не должна превышать 4,5 млн. руб. Обоснованы границы эффективного применения фермерской УТОЗ, определяемые балансовой стоимостью установки, затратами на переработку зерна и разницей в цене между исходным сырьем и готовой продукцией. Пока? -<о, что при сложившейся структуре цен, предлагаеная УТОЗ имеет положительную рентабельность при использовании 100...150 часов в год. При увеличении времени использования рентабельность возрастает.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Одна из причин, сдерживающих развитие подсобных и фермерских зерновых хозяйств на современном этапе - недостаток оборудования и техники, приспособленной к работе в подобных условиях.Для Фермерских зерновых хозяйств возникла необходимость создания новых установок для тепловой обарботки зерна - фермерских утоз. Анализ технологических, энергетических и экономических требований позволил установить, что г-ти установки должны быть универсальными по видан обрабатываемого зерна и разновидностям тепловой обработки, иметь регулирование температуры в диапазоне 30-200°С.

2. Показано, что в основу конструкции фермерских УТОЗ должны быть положены: контактный способ передачи тепла, гравитацион-нсг движение зернового слоя, свободный влагосъем, электрический источник тепла.

3. Теоретическое описание процесса работы фермерской УТОЗ может быть достигнуто на основе анализа идеализированной схемы, в которой трехмерное температурной поле сводится к одномерному. С учетом физико-механических параметров зерна и теплообменника получено уравнение распределения температуры по высоте теплообменника установки, дающее количественное описание с максимальной погрешностью -5...+15%.

4. Эффективное применение электронагрева в подобных установках достигается при использовании в качестве теплообменника ореб-ренных ТЭНов, образующих вертикальные каналы для свободного движения, обеспечивающих контактную трехстороннюю передачу тепла*зерну и свободный влагосъем.

5. Установлена теоретическая взаимосвязь главных технико-эко-помических параметров и разработана методика определения габаритов теплообненника и мощности электронагревателя в зависимости от производительности и вида обрабатываемой культуры. Проведена оптимизация шага оребрения. Показано, что для фермерских УТОЗ оптимальная ширина канала соответствуете3.. .А) о'опр , где с/олр- определяющий размер зерна.

6. Похазано, что на оптимальное число ТЭНов влияют теплофи-эмческие и геометрические параиетры радиаторов и ТЭНов, а также их стоимость, стоимость ущерба, вызванного отхазои ТЭНов. Получено выражение, учитывающее указанные факторы при определении оптимального числа ТЭНов.

7. разработан принцип выбора величины и количества ступеней мощности, обеспечивающий универсальность работы установки. Показано, что требуемый уровень мощности может быть достигнут за счет изменения схемы соединения ТЭНов при помощи простейших коммутирующих устройство (перенычек или переключателей). При использовании УТОЗ в поточных линиях целесообразно переходить к бесконтактному изменению схемы соединения ТЭНов, что позволяет автоматизировать процесс тепловой обработки.

8. Критерием эффективности для ТЭНов, используемых для фермерских УТОЗ, являются технологические требования. Разработана методика дискретной оптимизации спирали ТЭНов по комплексному критерию (масса провода, температура спирали, сопротивление изоляции), при тепловой нагрузке их оболочек, определяемой технологическими требованиями.

9. На примере гречихи разработана методика определения готовности при ее тепловой обработке по оптическин характеристикам. Изготовлен и прошел апробацию прибор УАК-1, позволяющий определять степень готовности гречихи по ее отражающей способности.

10.Отклонение экспериментальных значений от расчетных составило: для мощности 3,3%, для температуры поверхности - 4,3%, для ' сопротивления изоляции - 3496. На основе активного планирования хиогофакторного эксперимента установлен? степень влияния температуры поверхности теплообменника, времени обработки, начальной влажности зерна на конечную влажность (при сушке) и на степень готовности (при прокаливании гречихи). Установлена взаимосвязь между режимными параметрами, позволяющая выбрать оптимальный энергосберегающий режим использования установки.

11.Установлены границы эффективного применения фермерских УТОЗ с производительностью 60-70 кг/ч и мощностью 4,5-6 кВт, определяемые балансовой стоимостью установки, затратами на переработку зерна и разницей в цене между исходным сырьем и готовой продукцией. При существующих экономических показателях работы и эксплуатации, предлагаемая УТОЗ имеет положительную рентабельность при использовании 100...150 часов в году. При увеличении вренекн использования рентабельность возрастает. Срок окупаемости сокращается до одного года при использовании фермерской УТОЗ 500 icon в год. Разработанная установки по сравнению с установками, имеющими тот же уровень производительности, обладает в 2 раза меньнай материалоемкость«?, в 1,25 ра>а большей структурной Надежностью, в 1,1...1,3 раза меньшей энергоемкостью.

Основные положения диссертации опубликованы а следующих работах)

1. Еровенко Г.П., Маркин В.»., Кругляк A.A. Модуль тепловой обработки зерна. - Инф.лист.ЦНТИ, Саратов, 1995.

2. Еровенко Г.П., Кругляк A.A. Устройство анализа качества сельскохозяйственной продукции по ее оптическим характеристикам. - Инф.ли-т.ЦНТИ, Саратов, 1995.

3. Еровенко Г.П., Кругляк A.A. Обоснование параметров кон-дуктивной сушилки зерна. - Механизация и электрификация с.-х. 1996. - » 5, с.20-21.

4. Кругляк A.A. Зериосувилка для подсобных и фермерских хозяйств. - Степные просторы, 1996, » 9.

Подразделение оперативной полиграфии Саратовского ЦНТИ

410600,г. Саратов,ул.Вавилова,1/7

Подписано в печать 16Л0.96. формат 60 х 90 х 16.

Буыага типографская.Печать офсетная.

Тирад 100. Заказ 305.