автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Технология и технические средства подогрева зерна на основе композиционных электрообогревателей

На правах рукописи

/1

Строков Михаил Николаевич

ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПОДОГРЕВА ЗЕРНА НА ОСНОВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРООБОГРЕВАТЕЛЕЙ

Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул - 2009

О 3 п!0!" 2009

003472006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. КПолзунова» (АлтГТУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

М.В. Халин (ГОУ«Алтайский государственный технический университет им. И. И.Ползунова»)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

А.А.Сошников (ГОУ«Алтайский государственный технический университет им. И. И.Ползунова»)

кандидат технических наук, доцент Ю.А. Меновщиков ( ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»)

Ведущее предприятие: ФГОУ ВПО «Алтайский государственный

аграрный университет»

Защита состоится « 26 » июня 2009 года в 13 - 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.02 в ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова» по адресу: 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46, http://www.altstu.ru; ntsc@desert.secna.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И.Ползунова.

Автореферат разослан « 25 » мая 2009 г. Ученый секретарь

диссертационного совета д.т.н., профессор Куликова Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Переход сельского хозяйства на работу в рыночных условиях с учетом вхождения России во всемирную торговую организацию (ВТО) и острой конкуренции в условиях мирового кризиса предусматривает снижение энергоемкости внутреннего валового продукта (ВВП), разработку нормативов на энергетическую эффективность основных видов энергопотребляющего оборудования, введение гибкой полигики на энергоносители, государственную под держку организационных и технических мероприятий, обеспечивающих наибольший эффект при наименьших затратах.

В связи с увеличением спроса на экологически чистые продукты питания и одновременным ростом энергоматериальных затрат на производство сельскохозяйственной продукции особую значимость приобретают разработка и применение энергоэффекгивных технологий и технических средств глубокой переработки продукции агропромышленного комплекса (АПК). Для переработки зерна в муку необходим его подогрев до -Н5°С, чтобы выполнить условия технологического регламента переработки и сохранения биологических свойств зерна. Температура зерна, поступающего со склада на переработку в холодное время года, обычно составляет от -5 °С до +5°С.

Актуальность использования низкотемпературного поверхностно-распределенного электрообогрева в технологических процессах подогрева зернового материала с целью повышения их энергоэффективности предопределило постановку научных задач, решению которых посвящена диссертационная работа.

Работа выполнялась в соответствии с планом важнейших научно-исследовательских работ: федеральной целевой программой «Социальное развитие села до 2010 года», Алтайской краевой программой научных исследований и инновационных проектов на 2005-2008 гг (раздел «Разработка и создание промышленного образца низкотемпературного композиционного обогревателя для АПК, промышленности и ЖКХ), инновационного проекта «Разработка и применение энергоэффективных технологий обогрева на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей» по государственному контракту с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере на 2006-2010 гг. (№ 4414р/6815 от 21.06.2006 и № 5922р/6815 от 31.03.2008г.)

Целью диссертационной работы является снижение энергетических и материальных затрат в зерноперерабатывающей промышленности за счет применения энергоэффективных технологий и технических средств поверхностно-распределенного обогрева на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей (МКЭ).

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ эффективности технологий и технических средств подогрева зерна с учетом обеспечения температурного режима и определить основные направления повышения энергоэффективности и электропожаробе-зопасности композиционных электрообогревателей.

2. Сформулировать основные требования к системам и устройствам поверхностно-распределенного электрообогрева на основе пластинчатых и объемных электрообогревателей, учитывающих специфику производства в зерноперерабатывающей промышленности.

3. Теоретически обосновать и разработать новые технические решения конструкций, систем и устройств подогрева зернового материала, обеспечивающих эффективный технологический режим подогрева.

4. Разработать проектно-конструкторско-технологические рекомендации по созданию устройств подогрева зерна на основе низкотемпературных МКЭ (НТМКЭ) с предложением новых технологических режимов изготовления НТМКЭ.

5. Провести производственные испытания разработанных устройств подогрева зернового материала на зерноперерабатывающих предприятиях.

6. Разработать рекомендации по использованию устройств подогрева зернового материала, реализующих предлагаемую систему и способы в производственных условиях.

Объект исследования. Технология и системы подогрева зерна на основе технических средств поверхностно-распределенного электрообогрева из композиционных материалов в технологических процессах зерноперерабатываю-щего производства.

Предмет исследования. Установление закономерностей выбора параметров поверхностно-распределенного обогрева на основе электрообогревателей из бугилкаучука для обеспечения требуемых характеристик аппаратного и шнекового подогрева зерна.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического и физического моделирования, методы электро-

физических измерений, неразрушающего тепловизионного контроля, методы математической статистики при обработке результатов измерений.

Научная новизна. Решение вышеизложенных задач определило научную новизну выполненной работы:

- обосновано направление повышения энергоэффективности технологических процессов в зерноперерабатывающей промышленности путем использования экономически целесообразных способов поверхностно-распределенного электрообогрева на основе композиционных электрообогревателей заданных теплофизических характеристик и типоразмеров;

- разработаны математические модели и - образного и пластинчатого композиционных электрообогревателей, позволяющие на стадии проектирования выполнить тепло- и электрофизические расчеты, определить конструктивные и энергетические параметры средств обогрева;

-экспериментально установлены электрофизические характеристики технических средств обогрева зерна на основе композиционных электрообогревателей и обоснована их связь с теплофизическими параметрами;

-разработана технология формирования заданных свойств МКЭ различных форм, позволяющая обеспечить однородность температурного поля на их поверхности.

Практическая ценность. Разработана инженерная методика определения энергетических и конструктивных параметров устройств подогрева зерна, учитывающая их энергетический баланс и условия теплопереноса.

Предложенные научно-методические и проектно-конструкторские рекомендации положены в основу проектирования энергоэффективных установок шнекового и аппаратного подогрева зерна, удовлетворяющих требованиям агропромышленного производства.

Разработанные система и устройства подогрева зерна позволяют осуществлять автоматическое управление технологическим процессом, обладают надежностью и позволяют снизить энергоматериальные затраты по сравнению с традиционными до 30%.

Обоснованность и достоверность полученных научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается строгостью постановки решаемых задач, введением в расчетные модели основных физических свойств исследуемых объектов, установлением границ корректности решений и подтверждается сопоставлением результатов аналитического и численного исследований, а так же сравнением результатов, полученных в лабораторных и производственных условиях.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные в диссертации методы, модели энергоэффективных технологий и технических средств на основе МКЭ были использованы в Региональном центре ресурсосбережения Томского политехнического университета, научном центре электроэнергосбережения института топливно-энергетических ресурсов Алтайского государственного технического университета (АлтГТУ), в проблемной лаборатории физики диэлектриков Института электрофизики Уральского отделения РАН, Алтайском межрегиональном управлении по технологическому и экологическому надзору РОСТЕХНАДЗОРА.

Результаты теоретических исследований и расчетов в совокупности с экспериментальными испытаниями использованы при разработке и изготовлении опытно - промышленной партии на ООО «ЭнергоЭффектТехнология» (г. Барнаул), объемом 2 тыс. шт.

Результаты работы внедрены в «ЭнергоЭффектТехнология». Научно-технические разработки и материалы расчетов приняты для практического использования Главным управлением сельского хозяйства администрации Алтайского края, а также использованы при выполнении государственного контракта № 6815 ООО «ЭнергоЭффектТехнология» с Фондом содействия развитию малых предприятий в научно-технической сфере.

Основные положения и результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при изучении дисциплин «Электротехнологические установки сельскохозяйственного производства», «Материаловедение и технология конструкционных материалов», а также в курсовом и дипломном проектировании в Алтайском государственном техническом, Алтайском государственном аграрном и Томском политехническом университетах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Способ и методы энергоэффективного, экологически безопасного поверхностно-распределенного электроподогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей из бугилкаучука, отвечающих требованиям сельскохозяйственного производства.

2 Теоретические положения по определению и обоснованию параметров и условий функционирования многоэлектродных композиционных электрообогревателей различных форм и типоразмеров, учитывающих энергетические потоки шнекового и аппаратного подогрева зерна.

3 Комплекс экспериментальных исследований по определению электро-, теплофизических характеристик для обеспечения заданных параметров технических средств подогрева зерна.

Апробация работы: Материалы диссертации доложены и обсуждены на 4 международных, 2 всероссийских и других научных (научно-технических) симпозиумах, совещаниях и конференциях. Основными из них являются: 5-е, всероссийское совещание «Энергосбережение и энергетическая безопасность регионов России» (г. Томск, 2001 г.); международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы» (г. Томск, 2003 г.); 1-я и 2-я международные конференции «Technical & Physical Problems in Power Engineering» (г. Баку, 2002 г.; Иран, г. Тебриз, 2004 г.); международная научно-техническая конференция «Энергетика и будущее цивилизации» (г. Томск, 2006 г.); 2-я всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики» (г. Барнаул, 2008 г.), а также на научно-технических семинарах НИХТИ, ЗАО ИЦ «Планета» (г. Москва, 2001+2008 г.), Института физики HAH Азербайджана (г. Баку, 2002+2008 гг.), кафедре «Теория электромагнитного поля и электроэнергосбережение» АлтГТУ (г. Барнаул, 2001+2008 гг.).

Разработанные экспериментальные и промышленные образцы изделий экспонировались и были отмечены на следующих выставках и ярмарках: ВВЦ, павильон Электрификация, 3-я всероссийская выставка «Энергосбережение в регионах России», Москва, 2001 г. (диплом); 7-я специализированная выставка-ярмарка «Строительство. Благоустройство. Интерьер», Барнаул, 2001 г.(диплом); выставка-конгресс «Энергосбережение», Томск, 2002 г. (диплом); выставка-конгресс «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции», Санкт-Петербург, 2003 г. (диплом I степени, с вручением медали); выставка-конгресс «Энергосбережение», Томск, 2007 г. (диплом).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 13 печатных работах, в том числе в 3-х научно-технических отчетах и патенте.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 116 наименований и приложений, содержит 116 страниц машинописного текста, включая 18 таблиц и 25 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемых в диссертационной работе научно-технических задач, дана общая характеристика работы, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна, практическая ценность полученных результатов, сформулированы основные положения диссертации, выносимые на защиту.

В первой главе дан критический анализ состояния и развития технологий и технических средств подогрева зерна в зерноперерабатывающей промышленности АПК. Основоположниками современных теоретических, методических, экспериментальных и эксплуатационных направлений по изучению технологических процессов сушки и подогрева зерна являются A.B. Лыков, А.Я. Соколов, A.C. Гинзбург, Л. А. Глебов, А.Б. Демский, В.М. Жидко и др.

Системы и устройства подогрева зерна в зерноперерабатывающей промышленности имеют ряд общих принципов с технологией сушки зерна, однако, существуют значительные отличительные особенности, по которым эти устройства образуют свою категорию технических средств. В таблице 1 приведены характеристики зерносушилок и устройств подогрева зерна, имеющие общие и отличительные характеристики.

Из приведенных данных в при разработке способов и устройств подогрева зерна можно воспользоваться только принципиальными моментами, характерными для организации технологического процесса.

Таблица 1 - Возможные сравнительные характеристики зерносушилок и устройств подогрева зерна

№ п/п Характеристики, параметры Зерносушилки Подогреватели зерна

1 Диапазон рабочих температур, °С 10+60 -5-15

2 Агент сушки, подогрева Нагретый воздух, токи высокой частоты Перегретый пар, нагретый воздух

3 Способ сушки, подогрева Конвективный, кондуктив-ный, вакуумный, радиационный, инфракрасный контактный, конвективный, радиационный

4 Конструкция Шахтные, барабанные, пневмотрубные, специальные Шахтные, шнековые

Технологические процессы предварительного подогрева зерна менее сложны, чем процессы сушки, так как они менее энергозатраты, не предусматривают определения состояния зерна по влажности и не предъявляют особых требований по температурному режиму выхода зерна.

С учетом выполненного анализа можно сформулировать основные требования к системам и техническим средствам подогрева зерна:

- обеспечение высокотехнологического подогрева зерна, позволяющего снизить материалоемкость и эксплуатационные затраты, а также повысить к.п.д. устройств и установок;

- обеспечение надежности системы управления, позволяющей в автоматическом режиме контролировать параметры технологического процесса подогрева зерна;

- выполнение условий электро-,пожаробезопасности, надежности функционирования устройств;

- обеспечение энергоэффективности и экономической целесообразности применения новых устройств, позволяющих снизить приведенные энергетические затраты;

- разработка устройств и установок, позволяющих обеспечить надежный и эффективный электрический подогрев зерна для фермерских хозяйств, удаленных от центрального теплоснабжения.

Вторая глава посвящена анализу условий теплопередачи при контактном способе подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей МКЭ. Изучение сложного процесса теплопереноса при аппаратном и шнековом подогреве зерна с определенной долей допущений позволит рассчитать эффективность способов, производительность установок, определить электро, - теплофизические характеристики многоэлектродных композиционных электрообогревателей и выработать рекомендации по организации конструкции и составам электропроводящих слоев пластинчатой и и-образной форм МКЭ.

Процесс теплообмена в электрическом аппарате подогрева зерна (ЭАПЗ) формируется двумя видами теплопереноса - теплопроводностью и излучением, конвективный теплообмен в этом случае отсутствует, так как скорость прохождения зерна намного меньше 0,2 м/с.

Для упрощения расчетов принимаем следующие допущения: масса зерна, находящегося в аппарате, является однородной и изотропной, т.е. её физические свойства не зависят от места и направления, а удельная теплоем-

кость зерна при изменении температуры от -5 до +15°С увеличивается не более чем на 3 - 4%;

- коэффициент теплопроводности зерна А- величина постоянная и равная эквивалентному значению Аэ = 0,16 Вт/(м-К);

- температура во всех точках электрообогревателя одинаковая и его поверхность - изотермическая.

Многоэлектродные композиционные электрообогреватели для контактного подогрева в аппаратах шахтного типа с учетом рекомендаций, основанных на теоретических положениях и проектно-конструкторских разработках систем процессов сушки, располагается следующим образом (рисунок 1).

Подача зерна

1111

Эяектрообогревател и МКЭ

о

в

■х^ Направляющи е

8Й»

Р

б)

Рисунок 1 - Схема расположения электрообогревателей МКЭ в аппарате подогрева зерна (а); электрообогреватель МКЭ (б) * размеры указанны в мм

Тепловая мощность электрообогревателей МКЭ (}л распределяется на два тепловых потока, создаваемых теплопроводностью 2ги излучением ()и:

Ол=Ят+Яи (1)

Тепловой поток ()т определяется:

о

(2)

где F- площадь электрообогревателей ЭАПЗ с двух сторон; м ; Лэ - эквивалентный коэффициент теплопроводности зерна, Вт/(м-К); 5 - Уг расстояния между электрообогревателями МКЭ, м; Г] - начальная температура зерна на входе в аппарат ЭАПЗ, К; Т2 - конечная температура зерна на выходе из аппарата ЭАПЗ, К. Отметим, если аппарат ЭАПЗ состоит из "п" параллельно размещенных рядов электрообогревателей МКЭ, то формула 2 примет следующий

вид:

° ;=1

(3)

да;

та;

где ^ - площадь электрообогревателей МКЭ с двух сторон одного ря-

Г]д- начальная температура зерна на входе г - того ряда МКЭ аппара-

Г]>!+1 - конечная температура зерна на выходе из / - того ряда МКЭ. Тепловой поток определяется согласно:

\4 / _ \4~

Я,

(4)

иоо,!

где С0 = 5,67 Вт/(м2 -К4) - коэффициент излучения черного тела; £„р - приведенная степень черноты системы; Я - взаимная поверхность, равная Н=<рпт ,

где <рпт- угловой-коэффициент облученности, учитывающий как прямое п, так и отраженное излучение ш;

Рр - поверхность теплообмена „ „

Рисунок 2 — Расчетная модель системы:

излучением. дВС параллельные стенки и выпуклое тело

В случае воздействия двух параллельных греющих стенок 1,2 (электрообогревателей МКЭ) на выпуклое тело 3 (зерно) принята расчетная модель системы (рисунок 2) и рассчитана е„р , равная 0,64. Для расчета ^ определяется количество зерен, находящихся в зоне обогрева аппарата одновременно, по формуле

_ т{!пБ - Ушэ )р к- - , (5)

где Ь - высота ЭАПЗ, равная 2,0 м; 5- площадь основания ЭАГТЗ, равная 0,6 м2; Ушэ - объем электрообогревателей МКЭ, составляющий 0,19 м3; р - насыпная плотность зерна, равная 800 кг/м3; ш - количество зерен, равное 1000, весом в = 0,035 кг.

В результате расчетов получим: к = 1,08-108, = к • Г= 1340 м2 , где Р= 4,52-10"2мм2 - площадь поверхности одного зерна.

Угловой коэффициент облученности (рпт в практических расчетах определяют, как правило, таблично, что трудоемко и недостаточно доступно при использовании вычислительных устройств; либо эмпирическим путем.

Ш Ш ш

Зерно / / / С целью определения -——| зависимости коэффициента

(.) 1 » ' - I 1 ) |1 (рат от геометрических параметров зерна и от его уда-

МКЭ

I \ х \ ;д

1..........................................................^.....ленности от объекта обогрева

\Р2 \Р4 Об были выполнены экспери-

РисунокЗ-Схема экспериментальной ментальные исследования

установки (рисунок 3).

На электрообогревателе МКЭ 2 был размещен слой зерна пшеницы 1,

по его длине и по центру размещены три датчика температуры Бь Бз, 05, другая группа датчиков В2, Б4, Об установлена на поверхности слоя зерна пшеницы. Температура окружающей среды Т = +22°С. Эксперимент проведен для двух вариантов слоя зерна пшеницы 11= Змм и Ь= 6мм. Результаты эксперимента приведены на рисунках 4 и 5.

Анализ полученных данных показывает, что температура подогрева зерна пшеницы изменяется по экспоненциальному закону. Угловой коэффи-

циент облученности с достаточной степенью точности (погрешность не пре-

вышает 5%) можно рассчитать по полученному экспериментальному выражению ^пш=1— е ,

где / - линейный усредненный размер зерна пшеницы; А - толщина слоя пшеницы.

О 5 10 15 20 25 30 35 40 t.min

Рисунок 4 - График экспериментальных значений статического подогрева зерна, слоем 3 мм

1-1-1-г

0 5 10 15 20 25 30 35 40 x,min

Рисунок 5 - График экспериментальных значений статического подогрева зерна, слоем 6 мм

Процесс теплообмена при шнековом подогреве зерна формируется двумя видами теплопереноса: теплопроводностью и конвекцией, теплообменом излучением можно пренебречь, так как с учетом того, что даже при минимальной производительности шнекового транспортера скорость прохождения зерна значительная, более 0,5м/с. Нижняя часть шнекового транспортера, оборудованная и-образными электрообогревателями МКЭ, обеспечивает подогрев зерна в основном теплопроводностью, а верхняя, оборудованная пластинчатыми и частью и-образных МКЭ, формирует конвективный теплообмен воздуха с верхними слоями зерна ( рисунок 6).

Тепловая мощность электрообогревателей (~)ш распределяется на два тепловых потока, создаваемых теплопроводностью <2шт и конвекцией ■

йш = Ошт + Ошк ■ (6)

корпус шнека

МКЭ-1

МКЭ-2

винтовой транспортер

зерно

Рисунок 6 - Схема расположения электрообогревателей МКЭ на шнеке, размеры приведены в мм

Тепловая мощность ()шт за любой промежуток времени через площадь поверхности обогрева нижней части шнеков и - образными МКЭ определится уравнением теплопроводности:

Лэрст

0^=25' ЛГ, (7)

\

л

где Аэ~ эквивалентная теплопроводность зерна, 0,16 Вт/м-К; р - насыпная плотность, 800 кг/м3; с - удельная теплоемкость зерна, Дж/(кг-К); г - время взаимодействия зерна с обогревающей поверхностью, с; Л7" - прирост температуры зерна за счет теплопередачи теплопроводностью, К.

Тепловую мощность QШк определим согласно:

0шк=ак5"шАТ", (8)

где ак - коэффициент теплопередачи нагретой поверхности шнека конвекцией, Вт/м2-К;

5'щ - площадь поверхности обогрева средней и верхней частей шнеков, м2;

АТ" - прирост температуры зерна за счет теплопередачи конвекцией,К.

Расчет конвективного теплообмена представляет сложную задачу по определению коэффициента ак , который в общем случае можно найти по формуле:

ак =Ши11, (9)

где X - коэффициент теплопроводности на границе: подогретый воздух -зерно;

N11 - число Нуссельта ( безразмерный коэффициент теплопередачи ), характеризующее интенсивность теплоотдачи;

/ - характерный линейный размер поверхности теплообмена.

Число № пропорционально плотности теплового потока д , которая является функцией многих переменных и зависит от линейных размеров поверхности теплообмена, скорости перемещения зерна, коэффициентов теплопроводности и температуропроводности и др. В связи с этим, коэффициент ак для конкретных процессов теплообмена и определенной геометрии поверхностей теплообмена находят экспериментально или теоретически. Для горизонтальной поверхности, обращенной в сторону объекта обогрева, принимаем а„ = 2,15^Г . Таким образом, тепловую мощность ()щ определяем по формуле:

йш = ДГ. (10)

Прирост температуры при шнековом подогреве составляет несколько градусов, поэтому принимаем равенство АТ'= ДГ"= ДТш . Тогда, для определения Qш по формуле (10) необходимо найти поверхностные площади обогрева и Б"ш> а также время т при заданном значении АТШ. Значение времени т определим по формуле :

Ь

г = —, (11)

ш

где Ь - длина шнеков, м;

п - угловая скорость шнеков, мин"1;

I - шаг шнека, м.

Значения 8'д/ и с учетом рисунка 6 и коэффициента Кш„=0,3 определим по формуле , полученной расчетным путём:

&ш*-2лгш1, 5"ш = (2а +Ь)Ь. (12)

Величины Ь, п, I, гш определяются техническим заданием, исходя из условий технологического процесса.

В третьей главе приведена методика расчета и проектирования многоэлектродных композиционных электрообогревателей для системы подогрева зерна. На рисунке 7 приведены фотографии используемых электрообогревателей МКЭ: пластинчатые, размерами 620x200x10 мм и 200x135x10 мм и У - образный, диаметром 220 мм, размерами 300x250x12 мм.

Рисунок 7 - Фотография пластинчатых и и - образного МКЭ для системы подогрева зерна

В общем виде температура на поверхности электрообогревателя связана с многочисленными электрическими и тепловыми параметрами, важнейшими из которых, как показано в работе, являются электрическая проводимостьСэ между электродами резистивного материала и тепловая проводимостьСг между рези-стивным материалом и телами, окружающими изоляционное покрытие. Для определения указанных проводимостей необходим выбор расчетной модели композиционного электрообогревателя; для пластинчатых электрообогревателей выбрана обобщенная схема, приведенная на рисунке 8, а на рисунке 9 расчетная схема и - образного МКЭ.

Т" Л.

'21

"71

-0 и

Рисунок 8 - Обобщенная схема пластинчатого электрообогревателя МКЭ с электродами, размещенными в резистивном материале: 1,2- электроды; 3 - резистивный материал; 4 - изоляционное покрытие; 5 - объект теплоотвода (зерно)

Рисунок 9 - Расчетная схема и - образного МКЭ - 2: 1 - низкопотенциальный электрод (ноль); 2 - высокопотенциальный электрод (фаза);

3 - резистивный материал

Получены выражения для определения удельной электропроводности для пластинчатого у и у для и - образного электрообогревателя:

41

АТ-Л'-

У =

Н-к

■(ц +21)

А 21

1 + £Г1-0,44^

/I а.

(13)

ДГ-ЛЭ 4(2 К-¥У+ 8 - 20м . НА) ] •[А+(2 я-у,у] (14)

■А

НА} 1-

Таким образом, в соответствии с техническим заданием тепловых и электрических параметров ДТ, А/, АТ\ и и геометрических размеров Н, И,

I, а, Я о, Я, г по формулам (13) и (14) можно рассчитать у, у , а следовательно определить состав резистивного композиционного материала для пластинчатого и и - образного электрообогревателя.

Четвертая глава посвящена разработке системы подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей. Выполненные исследования позволяют определить основные принципы построения энергоэффективной системы, включающей аппаратный и шнековый подогрев зерна (рисунок 10).

Рисунок 10 - Технологическая схема системы подогрева зерна

Согласно технологической схемы зерно из бункеров накопителей поступает на аппараты ЭАПЗ 1, затем, проходя через дозатор-распределитель 2, регулирующий производительность установки и выравнивающий поток движения зерна, подается на шнековый подогреваемый транспортер 3 и далее выгружается норией 4 . Температура зерна контролируется датчиками 8 в ЭАПЗ и 10 на выходе шнека и регулируется терморегулятором, находящимся в щите управления 7, имеющим выход информации на головной компьютер 13. В нижней части ЭАПЗ на выходе шнека и на входе в норию

размещены датчики уровня 9, 11 и 12, контролирующие наличие зерна и отключающие систему обогрева при его отсутствии. На шнековом транспортере размещены пластинчатые 5 и и - образные МКЭ 6.

Общий вид разработанного Э АПЗ приведен на рисунке 11.

В главе приведены инженерные расчеты пластинчатых и и - образного электрообогревателей согласно разработанных методик в главах 2 и 3, определены составы электроизоляционной и электропроводящих резиновых смесей для разных форм МКЭ. Теоретические исследования и практические расчеты показали сходимость результатов и подтверждаются теп-ловизионными экспериментами.

Рисунок 11 - Общий вид электрического аппарата подогрева зерна ЭАПЗ

Кроме того, разработана принципиальная электрическая схема системы подогрева зерна, которая обеспечивает автоматическое управление технологическим процессом и надежную защиту от токов короткого замыкания и токов утечки.

В Приложениях приведены экономические расчеты себестоимости разработанных МКЭ, эффективности системы подогрева зерна, а также дипломы полученные в результате выполнения работы.

Вход зерна

Выход зерна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Выполненные в диссертационной работе теоретические и экспериментальные исследования посвящены решению актуальной научно-технической задачи: разработке и внедрению энергоэффективных технологий и технических средств подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей из бутилкаучука, позволяющих снизить энергоматериальные затраты и обеспечить качественные показатели для зер-нопереработки.

Решение комплексной задачи позволило теоретически обосновать и оформить в виде методик и рекомендаций по расчету способов и устройств контактного поверхностно-распределенного обогрева с учетом энергетических потоков аппаратного и шнекового подогрева зерна, а также сформулировать следующие научно-технические и практические результаты:

1 Выполненный анализ существующих технологий и технических средств подогрева зерна показал, что современные разработки в основном относятся к процессам сушки зерна, проблема же предварительного подогрева зерна продолжает оставаться актуальной и недостаточно изученной.

2 Определены основные требования к системам и техническим средствам подогрева зерна, включающие организацию высокотехнологичного подогрева зерна при снижении материалоемкости и эксплуатационных затрат; обеспечение надежности системы управления, позволяющей контролировать параметры технологического процесса.

3 Разработаны аппаратный и шнековый способы предварительного подогрева зерна, включающие методику расчета энергетических потоков при контактном способе обогрева на основе пластинчатых и и - образных многоэлектродных композиционных электрообогревателей.

4 Определены условия теплопередачи системы обогрева зерна, включающей теплообмены теплопроводностью, излучением и конвекцией, необходимые для инженерных расчетов электро,-теплофизических параметров пластинчатых и и - образных электрообогревателей МКЭ.

5 Выполненный тепло,-электротехнический расчет электрообогревателей МКЭ для аппаратного и шнекового подогрева зерна показал достаточную совместимость с теоретическими исследованиями (погрешность в расчетах составила не более 7%) и соблюдение условий энергетического баланса при различных способах теплопередачи.

6 Выбраны составы композиций изоляционной и токопроводящих резиновых смесей для пластинчатых и и - образных МКЭ и переданы для промышленного производства на ООО «ЭнергоЭффектТехнология».

7 Проведены телповизионные исследования партии электрообогревателей, изготовленных для аппаратного и шнекового подогрева. Полученные результаты подтвердили теоретические и практические расчеты тепловой и электрической мощностей разработанных электрообогревателей и показали однородность их температурных полей.

8 Разработана принципиальная электрическая схема управления системой подогрева зерна, включающая автоматическое и компьютерное управление технологическим процессом, обеспечивающая надежность и электро,-пожаробезопасность за счет использования устройств защитного отключения.

9 Разработанная система подогрева зерна внедрена на предприятии ООО «ЭнергоЭффектТехнология» с экономическим эффектом 589 тыс. рублей на одну установку в год. Выданы рекомендации по использованию аппаратного и шнекового подогрева зерна на малых мельницах и в фермерских хозяйствах, удаленных от централизованного теплоснабжения.

Список основных публикаций по теме диссертационной работы:

В изданиях по переч; ню ВАК

1 Строков, М.Н. Расчет и проектирование систем подогрева зерна на основе композиционных электрообогревателей [Текст]/ М.Н. Строков // Вестник КрасГАУ. - Красноярск: КрасГАУ, 2008. - № 6. - С. 276-282.

2 Халина, Т.М., Разработка и применение систем обогрева счетчиков электроэнергии на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей для щитов учета на предприятиях АПК [Текст]/ Т.М. Халина, Г.А Пугачев, М.Н. Строков // Ползуновский вестник. - 2005. - №2. - С. 89-94.

В других изданиях

3 Строков, М.Н. Методика экспериментального определения параметров технологического процесса изготовления композиционных электрообогревателей с заданными электрофизическими характеристиками [Текст]/ М.Н. Строков, Халин М.В., Халина Т.М., Белоусов Р.Н., Жуйков А. В., Марсов В.Ю. // Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств: сб. научн. тр. Вып. 3 АлтГТУ. - Барнаул: АлтГТУ, 2001.-С. 112-116

4 Строков, М.Н. Особенности технологического процесса изготовления композиционных электрообогревателей пластинчатого типа [Текст]/ М.Н. Строков, Халин М.В., Халина Т.М. // Технические и физические проблемы энергетики (ТРЕ - 2002 -): сб. научн. статей 1-ой международной конференции памяти Ч.М. Джуварлы / Институт физики НАН Азербайджана. - Баку: NIP А, 2002. - С. 480-486.

5 Строков, М.Н. Измерение электрофизических характеристик электрообогревателей из композиционного материала [Текст]/ М.Н. Строков, М.В. Халин, Р.Н. Белоусов, А.В. Шилов, В.В. Каширин // Юбилейная 60-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава, посвященная 60-летию АлтГТУ: сб. научн. тр. -Барнаул: изд-во АлтГТУ, 2002. - С. 58-60.

6 Строков, М.Н. Особенности производства композиционных электрообогревателей цилиндрического типа [Текст]/ М.Н. Строков, Т.М. Халина, А.Б. Дорош // Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы: материалы международной научно-технической конференции / ТПУ - Томск: ТПУ,2003.-С. 208-210.

7 StKokov, M.N. Methods of Electrical Conductance Mechanism Analysis of Filled Polymers on the Basis of Butyl Rubber [Текст]/ M.N. StKokov V.L. Tara-banov, M.V. Khalin, T.M. Khalina R.N. Belousov // Technical and Physical Problems in Power Engineering (TPE-2004): call of transactions of Second International Conference. - Tabriz, Iran, 2004. - P. 316-320.

8 Строков, М.Н. Система подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей [Текст]/ М.Н. Строков, Халин М.В., Дорош А.Б., Литвиненко Г.А. // Энергетика: экология, надежность, безопасность: материалы 11-ой всерос. науч. -технич. конф./ ТПУ - Томск: ТПУ, 2005. -С. 162-166.

9 Теоретические и проектно-конструкторские разработки методов и средств локального обогрева на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей для АПК: отчет о НИОКР [Текст]/ М.Н. Строков, М.В. Халин, Т.М. Халина, А.Б. Дорош; ЭнергоЭффектТехнология -№ ГР 01.20.0610998, инв. № 02.20.0705907, - ПС № 4414р/6815. - Барнаул, 2007.- 137с.

10 Разработка проекта о- конструкторской документации для создания устройств и установок на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей для АПК: отчет о НИОКР [Текст]/ М.Н. Строков, М.В. Халин,

Т.М. Халина, А.Б. Дорош; ЭнергоЭффектТехнология - № ГР 01.20.0850719, инв. № 2, - ГК № 5922р/6815. - Барнаул, 2008. - 15с.

11 Энергоэффективная система подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей [Текст]/ М.В. Халин, М.Н. Строков // Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики (ЭЭТПЭ-2007): материалы II всерос. науч. - практ. конф. с международным участием; под ред. Д.Д. Матиевского, П.К. Сеначина / АлтГТУ. -Барнаул: ОАО «Алтайский дом печати», 2008. - С. 138-142

12 Пат. 2351861 РФ, МПК F26B17/12,F26B 23/04. Устройство для подогрева зерна [Текст]/ М.Н. Строков, Е.И. Востриков, Т.М. Халина, М.В. Халин - № 2007115960/06; заявл. 26.04.2007; опубл. 10.04.2009, Бюл. № 10.

13 Изготовление испытание аппарата подогрева зерна АПЗЭ - 01: отчет о НИОКР [Текст]/ М.В. Халин, Т.М. Халина, А.Б. Дорош, М.Н. Строков; ЭнергоЭффектТехнология - № ГР 01.20.0850719, инв. № 7, - ГК № 5922р/6815. - Барнаул, 2009. - 35 с.

Подписано в печать 19.05.2009. Формат 60x84 1/16. Печать - цифровая. Усл.п.л. 1,39. Тираж 100 экз. Заказ 2009 - 305.

Отпечатано в типографии АлтГТУ, 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46 тел.: (8-3852) 36-84-61

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД №28-35 от 15.07.97 г.

Введение.

Глава 1 Состояние вопроса и выработка основных требований к техническим средствам подогрева зерна в зерноперерабатывающей промышленности.

1.1 Определение объекта исследований.

1.2 Обзор исследований в области технологий и технических средств подогрева зерна.

1.3 Основные требования к системам и техническим средствам подогрева зерна.

Выводы.

Глава 2 Анализ условий теплопередачи при контактном способе подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей.

2.1 Теплообмен при аппаратном подогреве зерна.

2.1.1 Допущения и общие положения энергетического расчета.

2.1.2 Методика энергетического расчета ЭАПЗ.

2.1.3 Инженерные расчеты и экспериментальные исследования.

2.2 Теплообмен при шнековом подогреве зерна.

2.2.1 Общие положения и основные допущения для энергетического расчета.

2.2.2 Методика энергетического расчета шнекового подогрева зерна.

Выводы.

Глава 3 Методика расчета и проектирования многоэлектродных композиционных электрообогревателей для системы подогрева зерна

3.1 Расчет и проектирование пластинчатых электрообогревателей.

3.1.1 Расчетные схема и модель пластинчатого электрообогревателя МКЭ-1.

3.1.2 Методика электро-,теп л о физического расчета пластинчатых электрообогревателей.

3.2 Расчет и проектирование U — образных электрообогревателей.

3.2.1 Расчетные модель и схема U - образного электрообогревателя МКЭ-2.

3.2.2 Методика электро-,теплофизического расчета U — образных электрообогревателей.

Выводы.

Глава 4 Разработка системы подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей.

4.1 Расчет аппаратного подогрева зерна системы.

4.1.1 Расчет пластинчатого электрообогревателя МКЭ—1.

4.1.2 Расчет технических параметров ЭАПЗ и дозатора-распределителя

4.2 Расчет шнекового подогрева зерна системы.

4.2.1 Расчет номинальной мощности пластинчатого электрообогревателя МКЭ

4.2.2 Расчет номинальной мощности U — образного МКЭ—2.

4.2.3 Тепловой расчет шнекового подогрева зерна.

4.3 Выбор состава композиции электрообогревателей системы подогрева зерна.

4.4 Тепловизионные исследования электрообогревателей МКЭи МКЭ-2.

4.5 Разработка электрической части системы подогрева зерна.

4.5.1 Общие сведения.

4.5.2 Основные режимы работы системы подогрева зерна.

Выводы.

Актуальность темы. Переход сельского хозяйства на работу в рыночных условиях с учетом вхождения России во всемирную торговую- организацию (ВТО) и острой конкуренции в условиях мирового кризиса предусматривает снижение энергоемкости внутреннего валового продукта (ВВП), разработку нормативов на энергетическую эффективность основных видов энергопотребляющего оборудования, введение гибкой политики на энергоносители, государственную поддержку организационных и технических мероприятий, обеспечивающих наибольший эффект при наименьших затратах.

В связи с увеличением спроса на экологически чистые продукты питания и одновременным ростом энергоматериальных затрат на производство сельскохозяйственной продукции особую значимость приобретают разработка и применение энергоэффективных технологий и технических средств глубокой переработки продукции агропромышленного комплекса (АПК). Для переработки зерна в муку необходим его подогрев до +15°С для соблюдения технологического регламента переработки и сохранения биологических свойств зерна, т.к. температура зерна, поступающего на переработку, составляет от -5 °С зимой до +10°С летом.

Актуальность использования низкотемпературного поверхностно-распределенного электрообогрева в технологических процессах подогрева зернового материала с целью повышения их энергоэффективности предопределила постановку научных задач, решению которых посвящена диссертационная работа.

Работа выполнялась в соответствии с планом важнейших научно-исследовательских работ: федеральной целевой программой «Социальное развитие села до 2010 года», Алтайской краевой программой научных исследований и инновационных проектов на 2005-2008 гг. (раздел «Разработка и создание промышленного образца низкотемпературного композиционного обогревателя для АПК, промышленности и ЖКХ), инновационного проекта

Разработка и применение энергоэффективных технологий обогрева на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей» по государственному контракту с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере на 2006-2010 гг. (№ 4414р/6815 от 21.06.2006 и № 5922р/6815 от 31.03.2008г.)

Целью диссертационной работы является снижение энергетических и материальных затрат в зерноперерабатывающей промышленности за счет применения энергоэффективных технологий и технических средств поверхностно-распределенного обогрева на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей (МКЭ).

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1 Провести анализ эффективности технологий и технических средств подогрева зерна с учетом обеспечения температурного режима и определить основные направления повышения энергоэффективности и электропожаробе-зопасности композиционных электрообогревателей.

2 Сформулировать основные требования к системам и устройствам поверхностно-распределенного электрообогрева на основе пластинчатых и объемных электрообогревателей, учитывающих специфику производства в зерноперерабатывающей промышленности.

3 Теоретически обосновать и разработать новые технические решения ' конструкций, систем и устройств подогрева зернового материала, обеспечивающих эффективный технологический режим подогрева.

4 Разработать проектно-конструкторско-технологические рекомендации по созданию устройств подогрева зерна на основе низкотемпературных МКЭ (НТМКЭ) с предложением новых технологических режимов изготовления НТМКЭ.

5 Провести производственные испытания разработанных устройств подогрева зернового материала на зерноперерабатывающих предприятиях.

6 Разработать рекомендации по использованию устройств подогрева зернового материала, реализующих предлагаемую систему и способы в производственных условиях.

Объект исследования. Технология и системы подогрева зерна на основе технических средств поверхностно-распределенного электрообогрева из композиционных материалов в технологических процессах зерноперерабатываю-щего производства.

Предмет исследования. Установление закономерностей выбора параметров поверхностно-распределенного обогрева на основе электрообогревателей из бутилкаучука для обеспечения требуемых характеристик аппаратного и шнекового подогрева зерна.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического и физического моделирования, методы электрофизических измерений, неразрушающего тепловизионного контроля, методы математической статистики при обработке результатов измерений.

Научная новизна. Решение вышеизложенных задач определило научную новизну выполненной работы: обосновано направление повышения энергоэффективности технологических процессов в зерноперерабатывающей промышленности путем использования экономически целесообразных способов поверхностно-распределенного электрообогрева на основе композиционных электрообогревателей заданных теплофизических характеристик и типоразмеров;

- разработаны математические модели U - образного и пластинчатого композиционных электрообогревателей, позволяющие на стадии проектирования выполнить тепло- и электрофизические расчеты, определить конструктивные и энергетические параметры средств обогрева; экспериментально установлены электрофизические характеристики технических средств обогрева зерна на основе композиционных электрообогревателей и обоснована их связь с теплофизическими параметрами;

-разработана технология формирования заданных свойств МКЭ различных форм, позволяющая обеспечить однородность температурного поля на их поверхности.

Практическая ценность. Разработана инженерная методика определения энергетических и конструктивных параметров устройств подогрева зерна, учитывающая их энергетический баланс и условия теплопереноса.

Предложенные научно-методические и проектно-конструкторские рекомендации положены в основу проектирования энергоэффективных установок шнекового и аппаратного подогрева зерна, удовлетворяющих требованиям агропромышленного производства.

Разработанные система и устройства подогрева зерна позволяют осуществлять автоматическое управление технологическим процессом, обладают надежностью и позволяют снизить энергоматериальные затраты по сравнению с традиционными до 30%.

Обоснованность и достоверность полученных научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается строгостью постановки решаемых задач, введением в расчетные модели основных физических свойств исследуемых объектов, установлением границ корректности решений и подтверждается сопоставлением результатов аналитического и численного исследований, а так же сравнением результатов, полученных в лабораторных и производственных условиях.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные в диссертации методы, модели энергоэффективных технологий и технических средств на основе МКЭ были использованы в Региональном центре ресурсосбережения Томского политехнического университета, научном центре электроэнергосбережения института топливно-энергетических ресурсов Алтайского государственного технического университета (АлтГТУ), в проблемной лаборатории физики диэлектриков Института электрофизики Уральского отделения РАН, Алтайском межрегиональном управлении по технологическому и экологическому надзору РОСТЕХНАДЗОРА.

Результаты теоретических исследований и расчетов в совокупности с экспериментальными испытаниями использованы при разработке и изготовлении опытно — промышленной партии электрообогревателей на ООО «ЭнергоЭф-фектТехнология» (г. Барнаул), объемом 2 тыс. шт.

Результаты работы внедрены в ООО «ЭнергоЭффектТехнология». Научно-технические разработки и материалы расчетов приняты для практического использования Главным управлением сельского хозяйства администрации Алтайского края, а также использованы при выполнении государственного контракта № 6815 ООО «ЭнергоЭффектТехнология» с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Основные положения и результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при изучении дисциплин «Электротехнологические установки сельскохозяйственного производства», «Материаловедение и технология конструкционных материалов», а также в курсовом и дипломном проектировании в Алтайском государственном техническом, Алтайском государственном аграрном и Томском политехническом университетах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Способ и методы энергоэффективного, экологически безопасного поверхностно-распределенного электроподогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей из бутилкаучука, отвечающих требованиям сельскохозяйственного производства.

2 Теоретические положения по определению и обоснованию параметров и условий функционирования многоэлектродных композиционных электрообогревателей различных форм и типоразмеров, учитывающих энергетические потоки шнекового и аппаратного подогрева зерна.

3 Комплекс экспериментальных исследований по определению электро-, теплофизических характеристик для обеспечения заданных параметров технических средств подогрева зерна.

Апробация работы: Материалы диссертации доложены и обсуждены на 4 международных, 2 всероссийских и других научных (научно-технических) симпозиумах, совещаниях и конференциях. Основными из них являются: 5-е, всероссийское совещание «Энергосбережение и энергетическая безопасность регионов России» (г. Томск, 2001 г.); международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы» (г. Томск, 2003 г.); 1-я и 2-я международные конференции «Technical & Physical Problems in Power Engineering» (г. Баку, 2002 г.; Иран, г. Тебриз, 2004 г.); международная научно-техническая конференция «Энергетика и будущее цивилизации» (г. Томск, 2006 г.); 2-я всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики» (г. Барнаул, 2008 г.), а также на научно-технических семинарах НИХТИ, ЗАО ИЦ «Ппанета»(г. Москва, 2001^-2008 г.), Института физики НАН Азербайджана (г. Баку, 2002-^-2008 гг.), кафедре «Теория электромагнитного поля и электроэнергосбережение» АлтГТУ (г. Барнаул, 2001-2008 гг.).

Разработанные экспериментальные и промышленные образцы изделий экспонировались и были отмечены на следующих выставках и ярмарках: ВВЦ, павильон Электрификация, 3-я всероссийская, выставка «Энергосбережение в регионах России», Москва, 2001 г. (диплом); 7-я специализированная' выставка-ярмарка «Строительство. Благоустройство. Интерьер», Барнаул, 2001 г.(диплом); выставка-конгресс «Энергосбережение», Томск, 2002 г. (диплом); выставка-конгресс «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции», Санкт-Петербург, 2003 г. (диплом I степени, с вручением медали); выставка-конгресс «Энергосбережение», Томск, 2007 г. (диплом).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 13 печатных работах, в том числе в 3-х научно-технических отчетах и патенте.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 116 наименований и приложений, содержит 116 страниц машинописного текста, включая 18 таблиц и 25 рисунков.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Выполненные в диссертационной работе теоретические и экспериментальные исследования посвящены решению актуальной научно-технической задачи: разработке и внедрению энергоэффективных технологий и технических средств подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей из бутилкаучука, позволяющих снизить энергоматериальные затраты и обеспечить качественные показатели для зернопереработ-ки.

Решение комплексной задачи позволило теоретически обосновать и оформить в виде методик и рекомендаций по расчету способов и устройств контактного поверхностно-распределенного обогрева с учетом энергетических потоков аппаратного и шнекового подогрева зерна, а также сформулировать следующие научно-технические и практические результаты:

1 Выполненный анализ существующих технологий и технических средств подогрева зерна показал, что современные разработки в основном относятся к процессам сушки зерна, проблема же предварительного подогрева зерна продолжает оставаться актуальной и недостаточно изученной.

2 Определены основные требования к системам и техническим средствам подогрева зерна, включающие организацию высокотехнологичного подогрева зерна при снижении материалоемкости и эксплуатационных затрат; обеспечение надежности системы управления, позволяющей контролировать параметры технологического процесса.

3 Разработаны аппаратный и шнековый способы предварительного подогрева зерна, включающие методику расчета энергетических потоков при контактном способе обогрева на основе пластинчатых и U — образных многоэлектродных композиционных электрообогревателей.

4 Определены условия теплопередачи системы обогрева зерна, включающей теплообмены теплопроводностью, излучением и конвекцией, необходимые для инженерных расчетов электро-,теплофизических параметров пластинчатых и U - образных электрообогревателей МКЭ.

5 Выполненный тепло,—электротехнический расчет электрообогревателей МКЭ для аппаратного и шнекового подогрева зерна показал достаточную совместимость с теоретическими исследованиями (погрешность в расчетах

- составила, не более 7%) и соблюдение условий энергетического баланса при различных способах теплопередачи.

6 Выбраны составы композиций изоляционной и токопроводящих резиновых смесей для пластинчатых и U - образных МКЭ и переданы для промышленного производства на ООО «ЭнергоЭффектТехнология».

7 Проведены тепловизионные исследования партии электрообогревателей, изготовленных для аппаратного и шнекового подогрева. Полученные результаты подтвердили теоретические и практические расчеты тепловой и электрической мощностей разработанных электрообогревателей и показали однородность их температурных полей.

8 Разработана принципиальная электрическая схема управления системой подогрева зерна, включающая автоматическое и компьютерное управление технологическим процессом, обеспечивающая надежность и электро-, пожаробезопасность за счет использования устройств защитного отключения.

9 Разработанная система подогрева зерна внедрена на предприятии ООО «ЭнергоЭффектТехнология» с экономическим эффектом 589 тыс. рублей на одну установку в год. Выданы рекомендации по использованию аппаратного и шнекового подогрева зерна на малых мельницах и в фермерских хозяйствах, удаленных от централизованного теплоснабжения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Соколов, А.Я. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна /А.Я. Соколов, В.Ф. Журавлев, В.Н. Душин и др.; Под ред. А.Я. Соколова. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1984. -445 с.

2. Технологическое оборудование предприятий отрасли (зерноперера-батывающие предприятия): учебник /Л.А. Глебов, А.Б. Демский, В.Ф. Ве-деньев и др.. I и III части под ред. Л.А. Глебова, II часть под ред. А.Б. Дем-ского. М.: ДеЛи принт, 2006. - 816 с.

3. Гинзбург, А.С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности / А.С. Гинзбург. М.: Агропромиздат, 1985. - 336 с.

4. Оборудование для производства муки и крупы: справочник /А.Б. Демский, М.А. Борискин, Е.В. Тамаров, А.С. Черномехов. — М.: Агропромиздат, 1990.-351с.

5. Гинзбург, А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов / А.С. Гинзбург. -М.: Пищевая промышленность, 1973. — 528 с.

6. Гинзбург, А.С. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов / А.С. Гинзбург, И.М. Савина. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.-280 с.

7. Лыков, А.В. Теория сушки / А.В. Лыков.-М.: Энергия, 1968. 470 с.

8. Лыков, А.В. Тепломассообмен: справочник / А.В. Лыков. М.: Энергия, 1978.-479 с.

9. Смольский, Б.М. Использование тепла низкотемпературных парогазовых теплоносителей при помощи пластинчатых теплообменников. —

10. Минск, 1981. 36 с. - (Препр. ИТМО АН БССР; № 4).

11. Жидко, В.М. Зерносушение и зерносушилки / В.М. Жидко, В.А. Резчиков, B.C. Уколов. -М.: Колос, 1982. 239 с.

12. Никитина, Л.М. Термодинамические параметры и коэффициенты массопереноса во влажных материалах / Л.М. Никитина. — Минск: Энергия, 1968.-500 с.12Гержой, А.П. Зерносушение и зерносушилки / А.П. Гержой, В.Ф. Самочетов. М.: Колос, 1967. -255 с.

13. Самочетов, В.Ф. Зерносушение / В.Ф. Самочетов, Г.А. Джорогян. -М.: Колос, 1970. -287 с. *

14. А.с. 538202 СССР, МПК F 26 В 9/06, В 3/34. Установка для сушки сыпучих материалов / М.М. Шапиевский, В.М. Кобрин. № 2174245/06; за-явл. 25.09.75; опубл. 05.12.76, Б.юл. № 45.

15. Пат. 1245829 СССР, МПК F 26 В 3/34, 17/16. Сушильная камера / Н. В. Евсеев. -№ 3813129/24-06; заявл. 17.10.84; опубл. 23.07.86, Бюл. № 27.

16. Пат. 953391 СССР, МПК F 26 В 11/14, В 5/04. Вакуумная сушилка / Н. Е. Вакатов, и др.. № 3245969/24-06; заявл. 12.02.81; опубл. 23.08.82, Бюл. №31.

17. Пат. 2042097 РФ, МПК F 26 В 11/14. Тепломассообменный аппарат для сыпучих и комкующихся материалов / А.В. Белов, М.И. Королев, Ю.А. Цой, С.М. Спиридонов. № 5047590/13; заявл. 15.05.92; опубл. 20.08.95, прекратил действие 27.05.2005.

18. А.с. 252921 СССР, МПК 82 а 19/01, F 26 В. Тепломассообменник / B.C. Кучер, А.И. Тюмеров. № 1135097/24-6; заявл. 03.11.67; опубл. 22.09.1969, Бюл. №29.

19. А.с. 295002 СССР, МПК F 26 в 17/12, F 26 в 3/34. Шахтная зерносушилка / В.Р. Краусп, И.Э. Мильман, Г.А. Печковский. № 1152008/24-6; заявл. 14.04.67; опубл. 04.02.71, Бюл. № 7.

20. Пат. 5335425 США, МПК F 26 В 3/34. Сушильная камера для процесса подогрева и сушки материала / Tokeshi Tomizawa, Tatsuo Fujita, Kunihiro Ukai, Jiro Suzuki. № 928436; заявл. 12.08.92; опубл. 09.08.94, НПК 34/265.

21. Пат. 5497562 США, МПК F 26 В 3/34. Система шнекового подогрева твердых полимеров для процессов их кристаллизации и полимеризации / Ilya Pikus. -№ 398065; заявл. 03.03.95; опубл. 12.03.96, НПК 34/269.

22. Пат. 2179067 РФ, МПК В 02 В 1/00, F 26 В 11/4, F 26 В 17/20. Устройство для сушки зерна/ В.Н. Игонин, В.И. Курдюмов, И.В. Курдюмова.200011593/13; заявл. 16.06.2000; опубл. 10.02.2002, прекратил действие 10.01.2006.

23. Пат. 1742603 РФ, МПК F 26 В 17/20, F 26 В 3/34. Устройство для сушки зерна/ В.Г. Артемьев, Г.Г. Файзуллов, Н.В. Барсуков. № 4853189/13; заявл. 04.06.90; опубл. 23.06.92. Бюл. № 23.

24. Евстигнеев, В.В. Расчет тепловой проводимости в одной симметричной плоскопараллельной системе тел / В.В. Евстигнеев, М.В. Халин. -Новосибирск, 1996. 18 с. - (Преп. ИТ СО РАН; № 278-96).

25. Растригин, В.Н. Электронагревательные установки в сельскохозяйственном производстве / В.Н. Растригин, И.И. Дацков, Л.И. Сухарева, В.М. Голубев; под общ. ред. В.Н. Растригина. М.: Агропромиздат, 1985. - 304 с.

26. Суслов, А.Д. Применение электрических нагревательных устройств для технологических процессов в сельском хозяйстве / А.Д. Суслов, А.Г. Гор-кунов. Алма-Ата: Кайдар, 1989. - 28 с.

27. Герасимович, JI.C. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок / JI.C. Герасимович, JI.A. Калинин, А.В. Коренков, В.К. Сериков. М.: Колос, 1980. - 391 с.

28. Лыков, А.В. Теория теплопроводности / А.В. Лыков. М.: Высш. шк., 1967.-600 с.

29. Осипова, В.Я. Экспериментальное исследование процессов теплообмена / В.Я. Осипова. М.: Энергия, 1969. - 392 с.

30. Мучник, Г.Ф. Методы теории теплообмена. Теплопроводность / Г.Ф. Мучник, И.Б. Рубанов. М.: Высш. шк., 1970. - 288 с.

31. Расчет температурных полей узлов энергетических установок / Под ред. И.Г. Киселева. Л.: Машиностроение, 1978. - 190 с.

32. Температурные измерения: справочник. Киев: Наукова думка, 1989.-232 с.

33. Блох, А.Г. Теплообмен излучением: справочник / А.Г. Блох, Ю.А. Журавлев, Л.Н. Рыжков. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 432 с.

34. Шорин, С.Н. Теплопередача / С.Н. Шорин. М.: Высш. ж., 1964.324 с.

35. Кутателадзе, С.С. Справочник по теплопередаче / С.С. Кутателадзе, В.М. Боришанский. М., Л.: Госэнергоиздат, 1959. - 414 с.

36. Оптимальное проектирование резисторов по тепловому критерию: тр. / Тихонов А.И., Чагин В.А. МЭИ, 1979. - Вып. 414. - С. 62-67.

37. Коздоба, П.А. Методы решения нелинейных задач теплопроводности / П.А. Коздоба. М.: Наука, 1975. - 227 с.

38. Евстигнеев, В.В. Низкотемпературные композиционные электрообогреватели / В.В. Евстигнеев, М.В. Халин. Новосибирск, 1996. - 48 с. -(Преп. ИТ СО РАН; № 280-96).

39. Чагин, В.А. Автоматизированное проектирование электрических аппаратов по критериям теплового режима: дис. канд. техн. наук / В.А. Чагин.-М., 1984.-255 с.

40. Пат. № 2037895 РФ, МПК Н 01 С7/00. Композиционный резистивный материал / М.В. Халин и др.. № 93011354; заявл. 02.03.93; опубл. 19.06.95, Бюл.№ 17.

41. А. с. № 171467 СССР, МКИ Н 01 С7/00. Объемное сопротивление / М.С. Добжинский, Ю.Н. Вершинин. Опубл. 26.05.65, Бюл. № 11.

42. Альтгаузен, А.П. Низкотемпературный нагрев / А.П. Альтгаузен, М.Б. Гутман, С.А. Малышев и др.; под общ. ред. А.Д. Свенчанского. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1978. - 208 с.

43. Никольский, O.K. Электрообогреватели из композиционных материалов / O.K. Никольский, М.В. Халин, С.В. Хозяйкин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1987. — № 4. С. 24-27.

44. Каган, Н.Б. Электротермическое оборудование для сельскохозяйственного производства / Н.Б. Каган, В.Г. Кауфман, М.Г. Пронько, Г.Д. Яневский. М.: Энергия, 1980. - 192 с.

45. Кудрявцев, И.Ф. Электрический нагрев и электротехнология / И.Ф. Кудрявцев, В.А. Карасенко. М.: Колос, 1975. - 384 с.

46. Сырых, Н.Н. Эксплуатация сельских электроустановок / Н.Н. Сырых. М.: Агропромиздат, 1986. - 255 с.

47. Мясковский, И.Г. Тепловой контроль и автоматизация тепловых процессов / И.Г. Мясковский. М.: Машиностроение, 1978. - 208 с.

48. Гольцман, В.А. Приборы контроля и средств автоматики тепловых процессов / В.А. Гольцман. М.: Высш. шк., 1980. - 255 с.

49. Гуль, В.Е. Электропроводящие полимерные композиции / В.Е. Гуль, JI.3. Шенфиль. М.: Химия, 1984. - 240 с.

50. Дульнев, Г.Н. Процессы переноса в неоднородных средах / Г.Н. Дульнев, В.В. Новиков. Д.: Энергоатомиздат, 1991. — 248 с.

51. Дульнев, Г.Н. Теплопроводность смесей и композиционных материалов: справ, книга / Г.Н. Дульнев, Ю.П. Заричняк. Д.: Энергия, 1974. -264 с.

52. Dunn I.R. // Kautschuk und Gummi Kunststoffe.- 1985. v. 38, № 7. -P. 611 -613.

53. Пат. 2088049 РФ, МПК H 05 В 3/34. Композиционный гибкий электронагреватель поверхностного типа / Н.В. Коваленко. № 95120034/07; заявл. 27.11.95; опубл. 20.08.97, Бюл. № 28.

54. Пат. 2118070 РФ, МПК Н 05 B3/34. Гибкое нагревательное устройство / Ю.А. Пименов, В.К. Романович, А.Ю. Пименов, Ю.Д. Бужан. № 94016986; заявл. 30.09.96; опубл. 20.08.98, Бюл. № 31.

55. Пат. 2075836 РФ, МПК Н 05 В 3/28. Способ изготовления гибкого композиционного электрообогревателя / М.В. Халин. № 93020034/07; заявл. 16. 04. 93; опубл. 20.03.97, Бюл. № 8.

56. Пат. 6057531 США, МПК Н 05 В 3/44. Ленточный электронагреватель формируемой геометрии / МСХ, Inc., Jones Thaddeus. № 09/OSSS36; заявл. 11.02.98; опубл. 02.05.2000, НПК 219/544.

57. Пат. 19836148 Германия, МПК Н 05 В 3/28. Элемент для резистивного нагрева поверхности / Elsaaser Manfred. № 198361483; заявл. 10.08.98; опубл. 20.03.2000.

58. Пат. 2140045 РФ МПК F 24 Н 3/00. Технологический нагреватель / В.Л. Добрянский. № 98113221; заявл. 06.07.98; опубл. 20.10.99, Бюл. № 33.

59. Пат. 6005228 США, МПК Н 05 В 1/02. Система электронагрева / Dickens Michael D. № 08/920585; заявл. 29.09.97; опубл. 21.12.99, НПК 219/483.

60. Халин, М.В. Теория и разработка низкотемпературных композиционных электрообогревателей: дис. докт. техн. наук / М.В. Халин. Барнаул, 1998.-330 с.

61. Теоретические основы электротехники: Том 3. / К.С. Демирчян и др.. СПб.: Питер, 2004. - 377 с.

62. Халина, Т.М. Расчет электрической проводимости между системами электродов в композиционном электрообогревателе / Т.М. Халина // Электричество. 2003. - №10. - С. 53-61.

63. Бинс, К. Анализ и расчет электрических и магнитных полей, пер. с англ. / К. Бинс, П. Лауренсон. М.: Энергия, 1970. - 376 с.

64. Халина, Т.М. Многоэлектродные системы низкотемпературных композиционных электрообогревателей для агропромышленного комплекса: дис. докт. техн. наук / Т.М. Халина. Барнаул, 2005. - 445 с.

65. Халина, Т.М. Теоретический анализ и расчет электрической проводимости многоэлектродных низкотемпературных композиционных электрообогревателей / Т.М. Халина // Электротехника. 2001. - № 8. - С. 57 -62.

66. Халин, М.В. Расчет электрической проводимости в одной плоскопараллельной системе / М.В. Халин // Электротехника. -1996. № 6. - С. 56 -59.

67. Khalina, Т.М. Calculation of electrical conductance between the electrode system in a composite electric heater / T.M. Khalina // Electrical Technology Russia, 2003. № 4. - P. 43-57.

68. Халина, Т.М. Низкотемпературные многоэлектродные композиционные электрообогреватели и обогревательные системы на их основе дляIпредприятий агропромышленного комплекса / Т.М. Халина // Ползуновский альманах. Барнаул: АлтГТУ, 2002. - № 2. - С. 206-208.

69. Халина, Т.М. Расчет распределения температуры по поверхности низкотемпературного электрообогревателя для предприятий агропромышленного комплекса / Т.М. Халина // Изв. ТПУ. -2004. т. 307, № 7. - С. 95 -99.

70. Справочник резинщика. М.: Химия, 1971. - 608 с.

71. Ронкин, Г.М. Свойства и применение бутилкаучука / Г.М. Ронкин; ЦНИИТЭ нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. -М., 1969.-95 с.

72. Пат. 2055446 РФ, МПК Н 05 В 3/34. Гибкий композиционный электрообогреватель / М.В. Халин, Т.М. Халина, И.В. Автономов. № 93006711/07; заявл. 03.02.93; опубл. 27.02.96, Бюл. № 6.

73. Пат. 2037895 РФ, МПК Н ОГС 7/00 Композиционный резистивный материал / М.В. Халин, Т.М. Халина, П.И. Госьков, B.JI. Тарабанов. № 93011354; заявл. 02.03.93; опубл. 19.06.95, Бюл. № 17.

74. Халин, М.В. Влияние особенностей технологии производства электрообогревателей из композиционных материалов на электрофизические характеристики / М.В. Халин, Т.М. Халина // Химическое и нефтяное машиностроение. 1996. - № 4. - С. 18 - 20.

75. Пат. 2191486 РФ, МПК Н 05 В 3/26. Композиционный гибкий электрообогреватель / Т.М. Халина, B.JI. Тарабанов, С.П. Морозов. № 2000119991/09; заявл. 26.07.2000; опубл. 20.10.2002, Бюл. № 29.

76. Халин, М.В. Методика экспериментального определения параметров технологического процесса изготовления композиционных электрообогревателей с заданными электрофизическими характеристиками / М.В. Халин,

77. Р.Н. Белоусов, А.В. Жуйков, Т.М. Халина, М.Н. Строков, В.Ю. Марсов // Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств: сб. науч. трудов. Вып. 3 / АлтГТУ. Барнаул: АлтГТУ, 2001. - С.112-116.

78. Строков, М.Н. Расчет и проектирование систем подогрева зерна на основе композиционных электрообогревателей / М.Н. Строков // Вестник КрасГАУ. Красноярск: КрасГАУ, 2008. - № 6. - С. 276-282.

79. Разработка проектно-конструкторской документации для создания устройств и установок на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей для АПК: отчет о НИОКР / М.В. Халин, Т.М. Халина, А.Б.

80. Дорош, М.Н. Строков; ЭнергоЭффектТехнология № ГР 01.20.0850719, инв. № 2, - ГК № 5922р/6815. - Барнаул, 2008. - 15 с.

81. А.с. 1300296 СССР, МПК G 01 В 17/00. Способ измерения среднего размера зерна сыпучих материалов / Ф.К. Волосников, М.В. Халин, А.И. Ба-гаев. -№ 3770218/25-28; заявл. 09.07.84; опубл. 30.03.87, Бюл. № 12.

82. Пат. 2277210 РФ, МПК F 26 В 3/34. Способ подогрева зернового материала / Халина Т.М., Халин М.В., Дорош А.Б., Пугачев Г.А. № 2005100162/06; заявл. 11.01.2005; опубл. 27.05.2006, Бюл. № 15.

83. Пат. 2322297 РФ, МПК В 02 В 1/00, F 26 В 11/14, Н 05 В 3/26. Система подогрева зернового материала / Халина Т.М., Злочевский B.JL, Плотников В.Г. № 2006108741/13; заявл. 20.03.2006; опубл. 20.04.2008, Бюл. № 11.

84. Пат. 2351861 РФ, МПК F 26 В 17/12, F 26 В 23/04. Устройство для подогрева зерна / М.Н. Строков, Е.И. Востриков, Т.М. Халина, М.В. Халин -№ 2007115960/06; заявл. 26.04.2007; опубл. 10.04.2009, Бюл. № 10.

85. Применение электрической энергии в сельскохозяйственном производстве: справочник; под ред. акад. ВАСХНИЛ П.Н. Листова. М. : Колос, '1974.-623 с.

86. Теплотехнический справочник; под общ. ред. В.Н. Юренева, П.Д. Лебедева. В 2-х т. Т.2. изд. 2-е, перераб. -М.: Энергия, 1976. - 896 с.

87. Яворский, Б.М. Справочник по физике: для инженеров и студентов вузов / Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. Изд. 2-е, исправл. - М.: Наука, 1964. -848 с.

88. Михальчук, А.Н. Спутник сельского электрика: справочная кн. / А.Н. Михальчук. М.: Россельхозиздат, 1983. — 239 с.

89. Марсов, В.Ю. Технологии и технические средства на основе композиционных электрообогревателей в животноводстве: дис. канд. техн. наук / В.Ю. Марсов. Барнаул, 2006. - 137 с.

90. Красковский, Е.Я. Расчет и конструирование приборов и вычислительных систем / Е.Я. Красковский, Ю.А. Дружинин, Е.М. Филатова. М.: Высш. шк., 1991.-480 с.

91. Андреева, Л.Б. Справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры / Л.Б. Андреева, Н.А.Барканов, А.С. Бегинин и др.. М.: Сов. радио,1979. - 478 с.

92. Изготовление и испытание аппарата подогрева зерна АПЗЭ — 01: отчет о НИОКР / М.В. Халин, Т.М. Халина, А.Б. Дорош, М.Н. Строков; Энер-гоЭффектТехнология № ГР 01.20.0850719, инв. № 7, - ГК № 5922р/6815. -Барнаул, 2009. - 35 с.

93. Технология переработки зерна; под ред. Г.А. Егорова М.: Колос, 1977.-374 с.

94. Халина, Т.М. Расчет и проектирование системы подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей: научн. метод, и практ. рекомендации. - Барнаул: АлтГТУ, 2005. - 24 с. (ISBN 57568-0513-3).

95. Оделевский, В.И. Расчет обобщенной проводимости гетерогенных систем / В.И. Оделевский // Журн. техн. физики, т. 21, 1951. Вып. 6. С. 667-685.

96. Евстигнеев, В.В. Расчет и проектирование низкотемпературных композиционных электрообогревателей. В.В. Евстигнеев, Г.А. Пугачев, Т.М. Халина, М.В. Халин. Новосибирск: Наука, 2001. - 168 с.

97. Справочник по электротехническим материалам; под ред. Ю.Я. Корицкого и др. Том 1, изд. 2, перераб. - М.: Энергия, 1974. - 583 с.

98. Шевелева, JI.B. Методические указания к выполнению экономической части дипломного проекта для студентов инженерных специальностей / Л.В.Шевелева. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006. - 18 с.

99. Градштейн, И.С., Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. И.С. Градштейн, И.М. Рыжик. -М.: Физматгиз, 1963. 1100 с.

100. Двайт, Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. Г.Б. Двайт. -М.: Наука, 1978.-224 с.

101. ГОСТ 12.1.004 91. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.

102. Володина, Н.А. Основы электромагнитной совместимости : учебник для вузов/ Н.А. Володина, Р.Н. Карякин, Л.В. Куликова, O.K. Никольский, и др.; Под ред. Р.Н. Карякина / АлтГТУ. Барнаул: ОАО «Алтайский полиграфический комбинат», 2007 - 480 с.