автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Терморежимы и циклы вентилирования зерна в металлических хранилищах

На правахрукописи

ЛЕВКОВ ЛЕОНИД ЭДУАРДОВИЧ

ТЕРМОРЕЖИМЫ И ЦИКЛЫ ВЕНТИЛИРОВАНИЯ ЗЕРНА В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ХРАНИЛИЩАХ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 2004

Работа выполнена в Открытом Акционерном Обществе «Научно-исследовательский институт сельскохозяйственного' машиностроения» имени В.П. Горячкина (ОАО «ВИСХОМ») в период с 2000 по 2004 гг.

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Авдеев Аркадий Викторович

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Николай Николаевич Колчин,

Защита состоится « 7_» июля 2004 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 217.046.01 в Научно-исследовательском институте сельскохозяйственного машиностроения им. В.П. Горячкина — ОАО «ВИСХОМ», по адресу: 127247, Москва, Дмитровское шоссе, 107.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВИСХОМ».

Автореферат разослан «¿_» июня 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

Доктор технических наук, профессор Малин Николай Иванович

Ведущее предприятие: ГНУ Всероссийский научно-

исследовательский институт зерна и продуктов его переработки («ВНИИЗ») РАСХН, г. Москва.

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из составляющих экономической безопасности России является повышение производства зерна до необходимых объемов. Однако, изучение состояния технологий и средств механизации послеуборочной обработки и хранения зерновых у производителей показывает, что уровень потерь убранного урожая в России в силу различных обстоятельств как в прошлом, так и в настоящее время остается высоким и составляет 25...30% и больше, особенно в неблагоприятные годы. Такое положение в основном сложилось из-за отсутствия должной материально-технической базы (МТБ) послеуборочной обработки и хранения зерна. Приобретение новой техники в необходимых объемах зернопроизводителями из-за высоких цен на нее пока не реально. В этих условиях необходимо изыскать другие возможности повышения производства зерна. Одним из таких направлений является снижение потерь убранного урожая за счет качественного и эффективного его хранения.

В настоящее время вопрос снижения потерь зерна при значительном износе МТБ никем полностью не исследован, что обуславливает необходимость анализа и изучения современного состояния технологии и материально-технической базы хранения зерна в развитых станах, которые в этом направлении достигли значительного прогресса. Поэтому исследование рационального применения усовершенствованных технологий и средств механизации для хранения убранного урожая является актуальной народнохозяйственной задачей.

Цель работы — изыскание и обоснование терморежимов и циклов вентилирования зерна в металлических хранилищах.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследований:

разработка обобщенной схемы классификационных признаков, технологических особенностей и основных приемов хранения зерна; обоснование методики расчета процесса хранения зерна при вентилировании зерновой массы;

разработка методической структуры экспериментально-теоретических исследований продуваемого слоя зерна;

исследование эксплуатационных возможностей и оценка условий хранения зерновой массы при радиальной и вертикальной продувке ее атмосферным воздухом;

оценка технико-экономической эффективности вентилирования зерновой массы при временном и длительном хранении; разработка рекомендаций по терморежимам и циклам вентилирования зерна в металлических хранилищах.

Объектами исследований являются технологические процессы хранения зерна в кольцевом и вертикальном продуваемом слое, основными элементами которых служат лабораторная установка и го типа.

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА I

Предметом исследования являются режимы работы хранилищ зерна при продувке их охлажденным и подогретым воздухом и процессы, происходящие в зерном слое на различной высоте от места подачи воздуха.

Методика исследований. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных установках и натурных объектах. Для обработки результатов экспериментальных исследований были использованы методы математической статистики и теории вероятностей с использованием ЭВМ. При проведении экспериментальных исследований за основу были приняты ГОСТы, отраслевые ОСТы и разработанные ОАО «ВИСХОМ» частные методики. В теоретических исследованиях применены методы математического анализа.

Научную новизну работы составляют:

аналитические зависимости расчетов терморежимов и цикличности вентилирования зернохранилищ с кольцевым и вертикальным продуваемым слоем зерновой массы;

♦> усовершенствованный технологический прием длительного и безопасного хранения зерна путем продувки нагретым воздухом и последующим охлаждением низкотемпературным атмосферным воздухом, что обеспечивает влагоудаление и охлаждение зерновой массы.

Практическую ценность работы составляют: классификационные признаки зернохранилищ;

рекомендации по терморежимам и циклам воздушного вентилирования зерна при различных приемах его хранения;

методика инженерного расчета основных параметров хранилищ с ра-диально и вертикально продуваемой зерновой массой.

Реализация результатов исследования. Результаты исследований внедрены ЗАО «СКБ по сушилкам «Брянсксельмаш» и ООО «Юнитэкс» в конструкциях выпускаемой техники, предназначенной для временного и длительного хранения зерна. По рекомендуемым режимам вентилирования в ЗАО «Колхоз Уваровский» (Можайский район, Московской области) было осуществлено временное хранение зерна урожая 2003 года.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях в МГУ пищевых производств (г. Москва, 2002 г.); Восточно-Сибирском государственном технологическом университете (Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, 2003 г.); на секциях НТС ОАО «ВИСХОМ» (2001 ...2004 гг.); на секции НТС ГНУ ВНИИЗ (г. Москва, 2004 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 85 наименований, в т.ч. 4 на иностранном языке, и 3 приложений. Общий объем работы насчитывает 164 страниц компьютерного текста, включая 61 рисунок и 15 таблиц.

На защиту выносятся:

анализ современного состояния и проблемы послеуборочной обработки и хранения зерна;

классификация технологических приемов и систем хранения зерна;

методика инженерного расчета основных параметров хранилища с ра-диально и вертикально продуваемой зерновой массой;

*♦* результаты лабораторно-эксплуатационных исследований и производственной проверки хранения зерна в металлических силосах при радиальной и вертикальной продувке зерновой массы; результаты экономической оценки выполненных исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, ее народнохозяйственное значение и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Современное состояние и проблемы послеуборочной обработки и хранения зерна» приведен анализ состояния материально-технической базы послеуборочной обработки и хранения зерна в России; отмечено, что производство зерна в России связано со значительными потерями урожая, которые достигают 30%, а в наиболее неблагоприятные годы еще больше. При этом, по данным ВИМ, из общего числа потерь почти V* приходится на долю послеуборочной обработки и хранения урожая.

Указанные потери в основном сложилось из-за ежегодного несоответствия выпуска и поставок селу уборочной техники по отношению к послеуборочной, которое по суммарной производительности в объемах выпуска по годам в прошлом превышало последнюю в 3...5 раз, а в современных условиях на несколько порядков. К этому следует отнести и спад производства послеуборочной техники, а также практическое отсутствие отечественного производства металлических зернохранилищ. При производстве продовольственно-фуражного зерна отмеченные проблемы усугубляются еще и тем, что послеуборочной обработке и хранению, даже временному, необходимо подвергать практически до 100% валового сбора урожая. Поэтому с целью существенного снижения потерь у зернопроизводителей и зернопереработчиков необходимо создать материально-техническую базу послеуборочной обработки и хранения зерна, способную в агросроки обеспечить предварительную обработку комбайнового вороха, временное хранение очищенного зерна, его сушку в объемах валового сбора. Однако уровень обеспеченности подобной техникой пока имеет тенденцию к существенному снижению.

Анализ тенденций развития номенклатуры техники хранения зерна показывает, что рыночный подход к производству (предложение) и реализация (сбыт) зерна привел в мировой практике к созданию (как правило, при поддержке государства) системной сети хранения зерна, состоящий из четырех самостоятельных объектов. Эти объекты предназначены для: хранения зерна у производителей (первый объект), базового первичного хранения продукции, собранной на месте производства зерна (второй), транзитного (элеваторы) хранения (третий) и хранения на предприятиях-переработчиках зерна (четвертый). В этих случаях объекты материально-технической базы хранения неразрывно связаны между собой, приближены к потребителю зерна и экономически обеспечиваются за счет расширения рынков сбыта. При этом основным направле-

нием увеличения объемов хранения зерна на объектах назначения является сооружение металлических зерноскладов и зернохранилищ прямоугольного и цилиндрического типов.

Вторая главаё «Классификационные признаки, технологические особенности и основные приемы хранения зерна» посвящена обобщению классификационных признаков, присущих технологии хранения зерна и конструкциям зернохранилищ, многообразие которых не позволило до настоящего времени создать единой схемы их классификации, без которой весьма сложно выполнить анализ, оценить то или иное техническое решение, выбрать направление их совершенствования и определить условия хранения зерна в зависимости от его назначения. На основании проведенного анализа разработана обобщенная схема хранения зерна (рис. 1). Она включает четыре составляющих признака объекта, обеспечивающих хранение зерна. К этим признакам были отнесены: технология хранения зерна; конструкция единичного хранилища; режим работы и технологическая схема аэродинамической распределительной системы и варианты компоновок хранилищ.

Зернохранилища

Технология хранения зерна Конструкция зернохранилищ Аэродийймическая рас пределительная система зернохранилищ Компоновочные решения объектов хранения зерна

Рис. 1. Обобщенная схема классификационных признаков, обеспечивающих безопасное хранение зерна

Анализ зарубежного опыта эксплуатации металлических зернохранилищ подтверждает целесообразность их использования. Однако, учитывая проведенные научно-исследовательские работы по хранению зерна в металлических (в основном цилиндрических) зернохранилищах значительной вместимостью следует отметить определенные особенности, связанные с таким хранением. Во-первых, такие силосы непригодны для хранения зерна влажностью выше 20%, т.к. в этом случае возникает опасность его быстрой порчи, а также затруднена вьпрузка из них влажного зерна. Во-вторых, при хранении возникает разность температур у стенок и в центре емкости. Причем зимой и летом градиент температур меняется. В течение срока хранения в зависимости от климатических особенностей региона, градиент перемещается по объему зерна. Отмеченные особенности потребовали изыскать технологических и технических режимов и циклов вентилирования зерна в металлических хранилищах для условий России.

Кроме этого, проведенный анализ показал, что отечественная промышленность практически не выпускает объемных металлических хранилищ, специализированных под зерно. В этой связи возникла необходимость изучения процессов хранения зерна, воспользовавшись имеющимися в аграрном секторе России металлическими конструкциями, которые используются или могут быть использованы для временного и длительного хранения зерна с учетом его вентилирования.

В третьей главе «Теоретические предпосылки по разработке методики расчета процесса хранения зерна при вентилировании зерновой массы»

изложены исходные предпосылки для обоснования режимов хранения зерна в неподвижном слое при вентилировании зерновой массы, дан анализ исследований по тепло-массообменным процессам в зерновой массе и разработана методика инженерного расчета основных параметров, способствующих влагоудале-нию из продуваемой зерновой массы.

Изучением процессов хранения зерна и другой растительной продукции в неподвижном слое занимались Босин И.Н., Карпов Б.А., Лихачева О.Т., Птицин С.Д., Ровный Г.А., Онхонова Л.Д., Егоров Г.А., Анискин В.И., Колуженин А.Б., Колчин Н.Н., Авдеев А.В.. Малин Н.И., Губарева М.В., Жахангиров А. и др.. Работы этих ученных внесли значительный вклад в теорию хранения продукции растениеводства, в т.ч. и при ее вентилировании.

Анализ исследований показал, что большая часть из них относится к разработке технологии и техники для хранения кондиционного по влажности зерна и при вентилировании в радиальном слое с исходной влажностью до 20%. На практике у зернопроизводителей на послеуборочную обработку поступает зерновой ворох более высокой влажности. В свое время для хранения зерна влажностью до 20% в аграрном секторе нашли широкое применение бункера активного вентилирования типа БВ производства предприятия «Брянсксель-маш». Для хранения зерна ниже 18% влажности широко использовались склады напольного хранения зерна, оснащенные вентиляционными установками типа СВУ. Во всех других случаях зернопроизводители зерновую массу хранили и хранят в бунтах (насыпи), которые в целях сохранения качества зерна периодически перелопачивают или перебрасывают с одного места на другое.

В связи с изложенным, потребовались исследования по изучению хранения зерна, когда необходимо осуществлять продувку его атмосферным, охлажденным или подогретым воздухом. Нами определено, что для различных условий хранения разной исходной влажности зерна могут быть использован один из указанных способов его продувки. Однако, конкретные рекомендации по вентилированию зерна повышенной влажности в зависимости от перечисленного состояния воздуха и возможных приемах хранения применительно к условиям зернопроизводства отсутствуют.

Вместе с тем, при интенсификации влагоотдачи, например, при использовании для продувки зерновой массы подогретого воздуха, могут возтгакнуть перечисленные во второй главе обстоятельства, которые в связи с недостаточной изученностью рассматриваемого вопроса окажут отрицательное влияние на качество сохраняемого материала. Поэтому потребовалось проведение анали-

тических исследований и разработка инженерной методики расчета основных параметров, способствующих влагоудалению из продуваемой зерновой массы.

В основу этой методики расчета температуры нагрева или охлаждения зерна при его вентилировании принята формула С.Д. Птицина

2340 -+20 -10% г, (1)

'3 37 + 0,63 о

где — температура нагрева зерна, °С; О) — средняя за период хранения влажность зерна, %; г - период продувки зерна, ч. Следует отметить, что при температуре воздуха и = 20°С, температура зерна /з с влажностью не ниже гигроскопической в период хранения остается равной температуре мокрого термометра /, = Ь.

При этом учитываем, что наружный слой зерна будет иметь влажность близкую к исходной, а в качестве первого приближения, примем, что скорость влагоудаления из всего зернового объема постоянна. Тогда продолжительность хранения при влагоудалении (с подогревом воздуха) может быть определена следующим образом. Количество влаги, испарившейся за период хранения зерна в установке циклического действия, определяется по общеизвестной зависимости

_ (О, -<и2 _ ь„ ■ (¿2-</,;

(Г = с-

-.КГ,

(2)

100-О) 2 1000

где О — масса сохраняемого зерна, кг; а>1, а>2 — исходная и конечная средняя влажность зерна, %; Ьл - общий расход воздуха за период вентилирования, который определяется из зависимости

где Чт — удельный расход воздуха, кг/ч на 1 кг зерна.

В уравнении (2) влагосодержание воздуха на входе в слой (*//) и выходе из него (</?) определяются из 1-й диаграммы по температуре и относительной влажности подаваемого и отработанного воздуха. Продолжитель-

ность периода влагоудаления (подачи нагретого воздуха) из зерновой массы с учетом зависимостей (2) и (3), может быть представлена в виде

Из зависимости (4) видно, что с увеличением удельной подачи (дт) и степени влагонасыщения воздуха, продолжительность влагоудаления

уменьшится. Расчетные значения т, полученные для периода продувки по зависимости (4) в 1,5 - 2,0 раза ниже значений вычисленных по формуле (1). В этой связи применительно к условиям хранения зерна при вентилировании зерновой массы зависимости и изложенная методика расчета процесса влагоудаления потребовали уточнения на основе экспериментальных исследований. При этом принято, что среднюю температуру зерновой массы в процессе хранения можно определить из уравнения теплового баланса при ее вентилировании. В этом случае потерями тепла в окружающую среду можно пренебречь. Тогда после

(5)

математических преобразований получена зависимость для определения сред ней температуры зерна во время его хранения

, _СаМ+См1С,*а1-Са2Ьа^

смЫ2

где - тепло, внесенное воздухом за период вентилирования;

- тепло, внесенное зерном; - тепло, ушедшее с отработанным возду-

хом за период вентилирования; тепло, затраченное на нагрев (охлаж-

дение) зерна за период вентилирования; весовые теплоемкости воз-

духа на входе в зерновую массу и на выходе из нее; См1,См3 — средние теплоемкости зерновой массы до и после вентилирования; - масса зерна до и - температура зерна до хранения,

после хранения, кг, - температура зерна до хранения,

При этом учитывается, что поскольку в конце периода вентилирования зерновой массы подогретым воздухом имеет место в направлении его потока значительная неравномерность в слое, как по влажности, так и по температуре, то после периода тепловой продувки зерновую массу необходимо провентилировать атмосферным воздухом. Подачу воздуха в слой следует осуществлять в том же направлении, что и при тепловом вентилировании не только для охлаждения зерновой массы, но и для выравнивания ее влажности по объему. Влияние атмосферного воздуха на перераспределение температуры по объему зерновой массы при таком режиме вентилирования изучены недостаточно. Кроме того, можно предположить, что в процессе охлаждения зерна накопленное за время его вентилирования тепло влияет на общую усушку зерновой массы, особенно в периферийных к входу воздуха слоях. Затраты тепла на нагрев воздуха в период хранения зерновой массы составляют

где - теплосодержание окружающего и подогретого воздуха, определяе-

мые по 1 — 4 диаграмме (К.Л. Рамзин). Тогда удельный расход тепла за период продувки или охлаждения зерна будет

_ Ьк(1 ,-!,)• 1000 1000-{1,-1,)

Чтср -'

(7)

где - расход охлаждающего воздуха кг/ч; - влагосодержание охлаждающего воздуха на входе в слой и выходе из него, г/кг. При калориферном подогреве воздуха и единой аэродинамической системе

Из зависимости (7) видно, что при > второе слагаемое знаменателя становится отрицательным и средний удельный расход тепла будет уве-

личиваться. Следовательно, процесс охлаждения необходимо вести при параметрах охлаждающего воздуха, обеспечивающих некоторую убыль влаги из зерновой массы или при постоянстве влажности последней, т.е. при условии

Средние удельные затраты электроэнергии за полный цикл хранения подобно удельному расходу тепла, определяется по зависимости

Эа • --—-=---, кВт/кг. (8)

в в

здесь - количество влаги, испарившейся из зерна в период его охлаждения, кг/ч; цг - КПД вентилятора; Р - общее аэродинамическое сопротивление вентиляционной системы, Н/м2; ТУ, - потребляемая мощность вентилятора, кВт.

Из зависимости (8) следует, что затраты электроэнергии на вентилирование зерновой массы при цикле иагрев-охлаждение, отнесенные к единице испаренной влага, прямо пропорциональны общему гидравлическому сопротивлению Р аэродинамической системы, в т.ч. зернового слоя, и обратно пропорциональны влагосодержанию воздуха. В свою очередь влагосодержание воздуха пропорционально его начальной температуре. Поэтому одним из путей повышения скорости и эффективности хранения зерновой массы при вентилировании является повышение температуры нагрева воздуха до допустимой величины и охлаждение зерновой массы при низких температурах атмосферного воздуха. Для подтверждения изложенного были проведены экспериментальные исследования.

В четвертой главе «Экспериментально-теоретическое исследования радиально продуваемого слоя зерна» приведены программа и методика лабораторных исследований, описание лабораторной установки для изучения процесса вентилирования зерна в радиальном слое, методика подход к расчета средней интегральной скорости воздуха в радиальном слое зерна, результаты экспериментальных исследований по влагоудалению из слоя и неравномерности распределения температур в слое, а также аэродинамическому сопротивлению зерновой массы и методика расчета параметров и режимов вентилирования материала в кольцевом слое.

При разработке конструкции лабораторной установки для изучения процесса вентилирования зерна в неподвижном радиальном слое были сделаны некоторые допущения. В частности, в аналитических расчетах не были учтены перепад статического давления по толщине слоя, в связи с его изменением по высоте воздухораспределителя и в конической нижней части зерновой емкости радиального силоса, которая в известных конструкциях составляет всего 3...5% от общей полезной вместимости последнего. Определив аналитически условную скорость фильтрации воздуха (скорость отнесенную к незаполненному зерном сечению) через удельную подачу и геометрические размеры слоя, были рассчитаны зерновой объем и габариты рабочей части лабораторной установки. Определение условной скорости воздуха проводилось в следующей последовательности:

1. Расчет зернового объема цилиндрической части радиального слоя

где // - высота цилиндрической части емкости, м; - радиусы соответст-

венно корпуса и центральной трубы, м.

2. Определение часовой объемной подачи воздуха

Ь = ЧУГ„ (10)

здесь я - удельная объемная подача воздуха, м3/ч на 1 кг зерна, у, - плотность зерна, кг/м3.

3. Вычисление скорости воздуха на входе V в слой и выходе V из него

<п)

~ 3600Р„

„, 3600Рк

где Рм, - площади поверхностей центральной трубы и корпуса, м3.

При подстановке зависимостей (9) и (10) в выражение (11) и после их преобразования, получены расчетные зависимости для определения скорости воздуха на входе в зерновой слой и выходе из него, в зависимости от удельного расхода воздуха, вида продуваемого материала и геометрических параметров силоса

7200-

7200 г, '

В любой точке радиального слоя зерна скорость воздуха будет

К =

Ч7,(К-г1) 7200-г

, м/с,

(12)

(13)

где г — радиальная координата точки слоя, м.

После дифференцирования зависимости (13) по переменной г, с последующим интегрированием в пределах радиусов от и делением полученного результата на (Як - гн) получена математическая зависимость для вычисления средней интегральной скорости воздуха в радиальном слое

V,. =

7200-г

I г 7200

1п-

(14)

В лабораторных условиях определены зависимости влагоудаления и нагрева в поперечном сечении радиального слоя зерна толщиной Ъ =1,1 м. Проведенные опыты (рис. 2) показали, что при постоянных параметрах воздух наиболее интенсивное обезвоживание зерна наблюдается со стороны входа воздуха в слой. При этом кривые влагоудаления имеют крутой нисходящий, а кривые нагрева, наоборот, крутой восходящий вид. По мере продвижения нагретого воздуха в слое зерна он насыщается парами влаги, удаленной из слоев ближе расположенных к входу воздуха.

Установлено, что влагосъем в целом из зерновой массы по толщине слоя замедляется. Здесь необходимо отметить, что если в зонах ближе к входу воздуха имеет место активный съем влаги из зерна, то в более дальних точках слоя наблюдается некоторое повышение влажности материала. Этими же опытами определено, что при заданных параметрах процесса до средней конечной влажности зерновой массы и температуре воздуха съем влаги по слоям протекает в целом при постоянной интенсивности, но зона стабилизации процесса не достигает верхней граничной части зернового слоя.

'О 5 10 15 Т,ч

Рис. 2. Характер влагоудаления (ос и нагрева радиалыто продуваемого слоя зерна на различной глубине от входа воздуха в зерновую массу

пшеница «Московская 39», ын = 25%, 40'С, <? = 15%, дс = 0,63——, И = 1,1 м

На рисунке 3 показана скорость влагоудаления из радиального слоя зерна при различных удельных подачах воздуха. Анализ результатов этих опытов показывает, что период постоянной скорости влагоудадения по всей толщине слоя заканчивается при значении удельной подачи воздуха отнесенной к массе сухого вещества дс = 1,06м3/ч-кг. Это значение удельной подачи воздуха при вентилировании зерновой массы в радиальном слое толщиной 1,1 м было принято оптимальным. В дальнейшем все опыты проводились при этой удельной подаче воздуха. При этом было определено, что в реальных условиях хранения зерна, особенно длительного, необходимо осуществлять постоянный контроль за относительной влажностью и температурой воздуха, т. к. его состояния зависит стабильность процесса хранения зерна.

Проведенные исследования показали, что с увеличением удельной подачи воздуха продолжительность и неравномерность влагоудаления из слоя зерна уменьшаются. Статистическая обработка результатов опытов позволила полу-

чить уравнения регрессии для определения продолжительности вентилирования зерна и влагоудаления из него в интервале удельной подачи воздуха ^ = 0,4...2,0 м3/чкг, когда исходная влажность зерна составила 24,7%, а температура подогретого воздуха была 40°С

т = ч. (15)

Аа>с =13,8-

(16)

Рис. 3. Скорость влагоудаления из радиального слоя зерна при различных удельных подачах воздуха (г = 40°С) Пшеница «Московская 39», <о„-25%; ¡1 - 40'С; у> = 15%; Асд= 1,1 м

Результаты изучения аэродинамического сопротивления вентиляционной системы силоса с кольцевым слоем позволили получить зависимость для расчета сопротивления этого слоя, который ограничен различными типами решетных полотен (табл. 1)

Из зависимости (17) видно, что сопротивление кольцевого слоя прямо пропорционально геометрическим параметрам цилиндрической емкости, ограничивающих толщину этого слоя, и удельной объемной подаче (д) воздуха на единицу массы зерна. Влияние на это сопротивление решетчатых полотен корректируется коэффициентами А и п.

Таблица 1

Значения коэффициентов А и п к формуле (17) для разных решетных полотен

Тип решетного полотна Живое сечение полотна Пшеница Рожь Горох

А п А п А п

1-№15 ГОСТ 214-57 33 102,2 2,19 77,3 2,06 79,9 2,23

]-№20 ГОСТ 214-57 29 102,4 2,20 77,6 2,07 80,1 2,24

С односторонним отгибом кромок (эавод им. Фр>нзе) 10 107,0 2,17 79,1 2,01 93,8 2,22

С односторонним отгибом кромок (чавод Брянсксельмзш) 9 107,0 2,16 79,4 2,01 94,6 2,21

В результате проведенных экспериментальных исследований для удобства определения параметров Г, О^, (¡с и //, была разработана номограмма (рис. 4). Ключ пользования номограммой показан стрелками. Так, если принять для вентилирования кольцевого слоя зерна удельную подачу воздуха qc — 0,7 М3/ч-КГ с температурой I/ = 40°С, то скорость влагоудаления из него может составить Л^ = 0,46%/ч, а продолжительность вентилирования г, при исходной влажности зерна (О/ = 25%, около 19 ч.

Рис. 4. Номограмма для определения параметров воздуха и режимов вентилирования зерна в емкостях с радиальным слоем (А = 1,1 м)

(влагосодержание вочдуха = 6,3 г/кг сух. возд, конечная втажность зерна О}] = 16,3%)

В пятой главе «Эксплуатационная проверка и экономическая оценка результатов исследований» приведены материалы анализа климатических условий в период уборки зерновых за последние пятнадцать лет, дано описание аэродинамических систем зернохранилищ, изученных в уборочные сезоны 2000-2003 годов, результаты вентилирования зерна в бунтах (насыпи), радиаль-но и вертикально продуваемых зерновых массах, находящихся на хранении в металлических цилиндрических силосах, а также результаты эксплуатационно -экономической оценки результатов исследований и перспектива промышленного производства металлических зернохранилищ в России. Статистический анализ данных наблюдений Воронежской метеостанции за период 1985...2000 г.г. позволил получить графические зависимости близкие к синусоидальному виду, которые после статической обработки описываются математическими зависимостями:

для температуры атмосферного воздуха

= 10,7 +5,35 *т(0,35Т-0,4'), (18)

для относительной влажности атмосферного воздуха

где - соответственно прогнозируемые средние температура (°С) и от-

носительная влажность (%) атмосферного воздуха в период уборки и временного хранения зерна (август, сентябрь, октябрь); Г- время суток.

При этом определено, что в рассматриваемом временном интервале наименьшие значения температуры воздух имеет с 11 ч вечера до 9 ч утра. Был сделан вывод, что этот период времени благоприятно отразится на снижении температуры зерна при его вентилировании даже в августе месяце, т.е. в начальный период уборки зерновых. В тоже время, принимая во внимание, что в рассматриваемые три месяца, относительная влажность воздуха меньше 70%, сделан второй вывод: дневное и вечернее вентилирование будет способствовать удалению влаги из зерновой массы. Для подтверждения данных выводов в эксплуатационных условиях было проведено изучение трех вариантов вентилирования зерновой массы: в насыпи, при радиальной и вертикальной продувке. В качестве объектов исследовались пять аэродинамических систем вентилирования зерна. В первой системе зерно распределялось насыпью на воздухораспределительных каналах и продувалось в слое 1,5... 1,8 м; во второй, третьей и четвертой системах зерно находилось в цилиндрических металлических емкостях, и продувалось радиально в кольцевом слое толщиной 550... 1190 мм и в пятой системе — в цилиндрическом силосе зерновая масса вертикально продувалась в слое высотой около 7 м. Вентилирование зерновой массы атмосферным воздухом в бунтах (насыпи) показало, что снижение температуры происходит неравномерно и не на всех уровнях насыпи с одинаковой интенсивностью. Так, в обоих бунтах верхние термодатчики (400 мм от поверхности насыпи), независимо от температуры атмосферного воздуха, практически фиксировали постоянную и не изменяющуюся по времени температуру зерна, а во втором бунте в этом месте зафиксировано даже повышение температуры зерна, когда двое суток вентилирование зерновой массы не проводилось. Однако было

замечено, что вентилирование зерна в насыпи в ночное время положительно влияет на снижение температуры большей части объема зерновой массы. Этими опытами определено, что при удельном расходе воздуха 250 м3/т-ч наиболее эффективное охлаждение зерна в бунтах происходит в период с 23 ч ночи до 8 ч утра.

Результаты вентилирования зерновой массы в кольцевом слое показали, что хранение зерна в слое толщенной 550 мм, не зависимо от исходной его влажности и температуры, существенно зависит от температуры атмосферного воздуха. Повышение или понижение ее даже при отсутствии вентилирования соответствует колебаниям температуры зернового слоя. Выявлено, что толщина такого слоя зерна не создает должного аэродинамического сопротивления и через него происходит естественная аэрация атмосферного воздуха. Данная серия опытов показала, что длительное хранение зерна в подобных емкостях при высокой исходной его влажности и значительных положительных температурах (более 20°С) весьма проблематично даже при работающем вентиляторе.

Результаты вентилирования зерновой массы в кольцевом слое толщиной 1160 и 1190 мм показали, что в отличие от слоя 550 мм, в них естественная аэрация зерна не происходит. При этом установлено, что изменение температуры атмосферного воздуха от 3 до 15°С практически не влияет на исходную температуру зерна, если она была около 11 °С. При этом вентилирование зерновой массы через 15...20 часов стабилизирует ее температуру, а циклическая ежесуточная одночасовая продувка с 6 до 7 часов утра, которая протекала практически без изменения температуры зерна, даже при влажности его 19,5%, в течение 40 дней после уборки урожая не снижает качества зерна. Определено, что металлические силосы с радиальным слоем более 1160 мм обеспечивают временное и длительное безопасное хранение зерна, а также интенсивное охлаждение, если зерно нагрето до 40°С после сушки. Интенсивность охлаждения при температуре атмосферного воздуха 3...6°С и его удельном расходе до 400 м3/т-ч оставляет 0,55 °С/ч.

Результаты исследований хранения зерновой массы в металлическом силосе при вертикальной продувке ее атмосферным воздухом, показали, что вентилирование зерновой массы в слое высотой более 7 метров, в течение 96 часов при средней суточной температуре атмосферного воздуха 19,5°С и удельном расходе 0,06 м3/ч-кг, неэффективно для охлаждения зерна при начальной его температуре 36°С. Анализ обобщенных графических зависимостей (рис. 5) для ячменя показывает, что при вертикальной продувке на высоте 3 м от распределительного канала, охлаждение зерновой массы (кривая 1) происходит более интенсивно около стенок силоса. При этом на расстоянии 0,75 метра от этой стенки, температура зерна практически сопоставима с температурой зерна, находящегося на высоте 6,85 м от распределительного канала (кривая 2). В тоже время за весь период вентилирования влажность зерновой массы в силосе оставалась без изменений (кривая 3).

Исследования и эксплуатационная оценка вентилирования зернового материала проводились для следующих вариантов: с хранением зерна в бунтах (насыпи) в ЗАО «Городище» Веневсого района, Тульской области; в силосах с

кольцевым зерновым слоем в ЗАО «им. Цветкова» Малоярославского района, Калужской области и в ЗАО «Колхоз Уваровский» Можайского района, Московской области; в силосах с вертикальной продувкой зерновой массы в ГНУЛ «Непецено» Коломенского района, Московской области. Эксплуатационные опыты подтвердили правильность разработанной инженерной методики для расчета основных параметров, способствующих влаго удалению из продуваемой зерновой массы.

Рис. 5. Средние по диаметру I температуры и влажности А),зерновой массы в металлической емкости после 96 часов вертикальной продувки ее атмосферным воздухом От горизонтального распределительного канала, метров: температура зерновой массы • 1-3,0; А - 2 - 6,85; 3 - влажность зерновой массы: ■ - 3,0

Ячмень: =36° С, ю^ =11,5%, у, = 0,78 )/3 ,М = 150т;

г м

Атмосферный воздух: = 0,06м// =18Д81^°С, <р = 80.4;;,%

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Выполненные теоретические, экспериментальные и эксплуатационные исследования позволяют сделать следующие основные выводы и рекомендации.

1. Разработана обобщенная схема классификационных признаков безопасных приемов хранения зерна. Номенклатура технических средств для хранения зерна по функциональному назначению может быть представлена для: временного хранения предварительно очищенного зерна влажность более 20%; временного хранения высушенного зерна влажностью 14... 16%; длительного хранения кондиционного по влажности зерна 13... 15%. Для обеспечения хранения зерна с минимальными потерями объекты хранения должны характеризоваться следующими признаками: технологией хранения зерна; конструктив-

ными особенностями единичного хранилища; аэродинамической распределительной системой и вариантами компоновок хранилищ.

2. Исследования тепло-массообменных процессов при вентилировании неподвижного слоя зерновой массы позволили разработать инженерную методику расчета основных параметров, способствующих влагоудалению при хранении зерна. В основе этой методики принято, что при постоянстве скорости влагоудаления из всего зернового объема продолжительность влагоудаления обратно пропорциональна удельной подаче воздуха и степени влагонасыщения воздуха (зависимость 4). При этом учитывается, что затраты электроэнергии на вентилирование зерновой массы, отнесенные к единицы испаренной влаги, прямо пропорциональны общему гидравлическому сопротивлению аэродинамической системы, в т.ч. зернового слоя, и обратно пропорционально его начальной температуре.

3. Эксплуатационными исследованиями определено, что стабилизация съема влаги при радиальной продувке зерновой массы до средней конечной влажности 16,8% при температуре нагретого воздуха 38°С достигается только после 20 часов вентилирования и при удельной подаче воздуха равной 1,06м3/чкг.

4. По результатам исследований разработана инженерная методика расчета аэродинамического сопротивления вентиляционной системы силоса с кольцевым зерновым слоем, выведено уравнение регрессии для определения продолжительности вентилирования зерна и скорости влагоудаления в интервале удельной подачи воздуха 0,4...2,0 м3/ч-кг, исходной влажности зерна 24,7% и температуре подогретого воздуха 40°С, а также номограмма для определения параметров воздуха и режимов вентилирования радиального слоя толщиной 1,1 м при исходной влажности зерна 25% и удельном расходе воздуха 0,7 м3/ч кг.

5. Хозяйственная эксплуатация трех вариантов вентилирования зерновой массы показала, что хранение зерна в бунтах (насыпью) неэффективно из-за неравномерного снижения температуры. Однако вентилированием насыпи атмосферным воздухом в ночное время, в период с 23 до 8 ч утра, можно добиться положительных результатов при удельном расходе воздуха 0,25 м3/ч-кг.

6. Металлические сил осы с радиальным слоем более 1160 мм обеспечивают временное и длительное безопасное хранение зерна нагретого до 40°С, если вентилирование его атмосферным воздухом начинать после сушки с расходом 0,3...,04 м3/ч-кг. При этом интенсивность охлаждения, при температуре атмосферного воздуха 3...6°С и его удельном расходе до 0,4 м3/чкг, составляет 0,55°С/ч. Хранение зерновой массы в металлическом силосе при вертикальной продувке в слое высотой более 7 м в течение 96 часов при средней суточной температуре атмосферного воздуха 19,5°С и удельном расходе 0,06 м/ч-кг не эффективно для процесса охлаждения зерна при начальной его температуре 36°С.

7. Полученные данные в виде рекомендаций по совершенствованию конструкции бункера БВ-40А и технологическому его назначению в составе поточных линий агрегатов и комплексов для послеуборочной обработки и хране-

ния зерна переданы ЗАО «СКБ по сушилкам «Брянсксельмаш» и ООО «Юнит-экс». Материалы исследований использованы этими предприятиями при корректировке конструкторской документации, в инструкциях по эксплуатации и проектированию поточных технологических линий. С 2004 года рекомендации вошли в сопроводительную документацию к выпускаемым аэродинамическим системам для временного хранения зерна.

Технико-экономическими расчетами определено, что при модификации цилиндрических металлических емкостей с кольцевым продуваемым слоем БВ-40А и использование их для временного хранения зерна до сушки и после нее абсолютная эффективность составляет 2393,4 тыс. рублей (на четыре емкости), а окупаемость их происходит за один сезон эксплуатации.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Тенденции развития системной номенклатуры хранения зерна // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №2, 2002, с.24-25 (соавтор Авдеев А.В.).

2. Классификация конструкций металлических зернохранилищ // Сб. науч. докл. научн.-практ. конф. МГУПП. - М.: МГУПП, 2002, с. (соавтор Авдеев А.В.).

3. Металлические зернохранилища зарубежных фирм // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №1, 2003, с. 39-42. (соавторы Авдеев А.В., Начинов Д.С).

4. Эффективность использования металлических силосов при вертикальном и радиальном нагреве зерновой массы атмосферным воздухом // Сб. науч. докл. Всероссийской научн.-техн. конф. «Молодые ученые Сибири». Кинетика, динамика, прочность машин и механизмов; проблемы автомобильного транспорта; технология машиностроения. - Улан-Удэ: ВСГТУ, 2003, с. 139-144.

5. Классификация и элементная база бестарных зернохранилищ // Тракторы и сельскохозяйственные машины, №10, 2003, с.35-38. (соавторы Авдеев А.В., Начинов Д.С, Косарев А.В., Лысых И.Г.).

Подписано к печати oi.oi.oо¿t

Формат 60x84/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Уч.-изд. л. i,i

Тираж too экз.

Заказ № 173

Ошечатано в лаборатории оперативной полиграфии Московского государственного агроинженерного университета им. В.П. Горячкина

127550, Москва, Тимирязевская, 58

»12901

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ПОСЛЕ

УБРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ ЗЕРНА.

1.1. Материально-техническая база послеуборочной обработки и хранения зерна в России.

1.2. Тенденция развития системной номенклатуры хранения зерна

ГЛАВА 2. КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПРИЗНАКИ, ТЕХНОЛОГИ

• ЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ

ХРАНЕНИЯ ЗЕРНА.

2.1. Обобщение классификационных, технологических и конструктивных признаков зернохранилищ.

2.2. Технологические приемы хранения зерна и их особенности.

2.3. Краткий обзор и тенденции развития конструкций зернохранилищ.

2.4. Анализ результатов исследований и выбор направления экс

• периментальных работ.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ И МЕТОДИКА РАССЧЕТА ПРОЦЕССА ХРАНЕНИЯ ЗЕРНА ПРИ ВЕНТИЛИРОВАНИИ ЗЕРНОВОЙ МАССЫ.

3.1. Исходные предпосылки для обоснования режимов хранения зерна при вентилировании зерновой массы.

3.2. Анализ известных исследований по тепло-массообменным

• процессам в зерновой массе.

3.3. Методика инженерного расчета основных параметров, способствующих влагоудалению из продуваемой зерновой массы

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАДИ

АЛЬНО ПРОДУВАЕМОГО СЛОЯ ЗЕРНА.

А 4.1. Программа и методика лабораторных исследований.

4.2. Методологический подход к расчету средней интегральной скорости воздуха в радиальном слое зерна.

4.3. Результаты изучения влагоудаления и неравномерности распределения температур в радиально продуваемом слое зерна.

4.4. Результаты изучения аэродинамического сопротивления емкостей заполненных зерном.

4.5. Методика инженерного расчета сопротивления зерна, выбор параметров воздуха и режимов вентилирования радиального слоя.

ГЛАВА 5. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ПРОВЕРКА И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Анализ климатических условий в период уборки зерновых в Центральном округе России.

5.2. Описание аэродинамических систем, являющихся объектами щ, исследований.

5.3. Результаты изучения вентилирования зерновой массы атмосферным воздухом.

5.3.1 i Результаты изучения вентилирования зерна в насыпи (бунтах)

5.3.2. Результаты изучения вентилирования зерна в кольцевом слое.—

5.3.3. Результаты изучения вентилирования зерна в вертикально продуваемом слое. 5.4. Эксплуатационно-экономическая оценка результатов исследований и перспектива промышленного производства зернохранилищ.

5.4.1. Практическая реализация и изучение эксплуатационных возможностей хранения зерна в вентилируемых емкостях. чЭк 5.4.2. Технолого-экономическая оценка эксплуатации вентилируемых металлических емкостей.

5.4.3. Перспектива освоения производства металлических зернохранилищ арочного и цилиндрического типов.

5.4.4. Рекомендации по хранению и режимам вентилирования зерна в зернохранилищах.

Постоянное наращивание производства зерна в развитых зернопроизво-дящих странах неразрывно связано с созданной за многие десятилетия и периодически совершенствующейся системной инфраструктурой уборки, обработки, хранения и реализации урожая. В России, где в основе своей, такая системная инфраструктура не была создана, эксплуатируемая на данных технологических операциях техника имеет значительный износ, превышающий в 2.3 раза паспортный срок службы у зернопроизводителей, и в 1,5.2 раза в системах хранения (элеваторы) и у переработчиков зерновой продукции. Зарубежный опыт показывает, что гарантированную сохранность урожая обеспечивают сбаланси-« рованные системы временного и длительного его хранения. Поэтому основой повышения производства зерна в стране можно признать создание, в первую очередь у зернопроизводителей, соответствующей современным требованиям материально-технической базы (МТБ) обработки и временного хранения убранного урожая, а во вторую, одновременно с первой, развитие системной инфраструктуры, в которой гарантированное временное и длительное хранение зерна будет способствовать стабилизации цен на него и продовольственной безопасности страны. ф Оценка деятельности западноевропейских фирм, занятых производством техники для послеуборочной обработки и хранения зерна, показывает, что большинство из них на основе ассоционного объединения, занимаются проектированием, строительством и монтажом под «ключ» технологических линий. При этом подрядчики по контракту с заказчиком оставляют за собой право на техническое обслуживание, ремонт и модернизацию создаваемого ими объекта. Особое место при разработке подобных объектов уделяется снижению энергопотребления на проведение технологических операций, экологии и условиям * труда обслуживающего персонала.

Последние годы в России решению данной проблемы организациями, основная специализация которых - механизация процессов в АПК, должного внимания не уделяется. Они, как правило, если функционируют, то тяготеют, в лучшем случае, к разработке новой техники. Отсутствие новых технологических решений и должной государственной политики по отношению к производителю зерна практически к невозобновляемости в аграрном секторе МТБ послеуборочной обработки урожая и хранения зерна. В этой связи не приходится ожидать, что себестоимость зерна в ближайшее время снизится, а его потери сократятся.

Если принять во внимание, что с производством зерноочистительной и зерносушильной техникИ (известные производители ОАО «Брянсксельмаш», ОАО «Воронежзерномаш», ЗАО «Агропромтехника», ОАО «Мельинвест» и др.) особых проблем в России нет, то с комплексной поставкой и производством хранилищ, например для зерна, дела обстоят крайне неудовлетворительно. Пытаются наладить массовое производство их в Краснодарском крае и Ростовской области. В силу отсутствия должного опыта в области производства, маркетинговых исследований рынка и низкой покупательной способности зерно-производителей, имеет место незначительный спрос на послеуборочную технику, в т.ч. и на зернохранилища. Кроме этого, в России нет специализированных организаций, осуществляющих у зернопроизводителей пуск, монтаж и наладку объектов хранения, комплектацию последних оборудованием для приема, сушки и очистки комбайного вороха. За рубежом, например, у известной итальянской фирмы «Metalmeccanica Fracasso S.p.A.» и ее дочернего предприятия «Frame» S.p.A. эти вопросы полностью решены.

В отечественной элеваторной отрасли накоплен значительный опыт эксплуатации бетонных и железобетонных емкостей при хранении зерна различных культур. Специалистами ВНИИ зерна во многих регионах страны проведено большое количество исследований по обоснованию режимов длительного хранения зерна в таких емкостях, разработаны рекомендации по их эксплуатации, методики по определению и оценке качества зерна в различные периоды его хранения. Имеется опыт в этой отрасли и по эксплуатации металлических зернохранилищ, в основном, зарубежного производства (Болгария, Венгрия,

Германия и др.) и экспериментальных отечественных цилиндрических зернохранилищ диаметром от 6 до 18 метров [60, 62]. Изучением условий хранения зерна в металлических цилиндрических силосах, вертикальный цилиндр которых возводится навивкой по методу фирмы «Lipp» (Швейцария), в свое время занимались специалисты ВИМа. По их рекомендациям Центральный институт строительных конструкций и институт легких сплавов (ВИЛС) разработали техническую документацию на такие зернохранилища. Проведенные испытания опытных образцов в различных климатических зонах страны, позволили в последующем обосновать типоразмерный ряд зернохранилищ для отечественного зернопроизводителя.

В нашей стране накоплен значительный опыт эксплуатации вентилируемых металлических цилиндрических емкостей с радиальной раздачей воздуха в слое зерна. Впервые такие емкости в нашу страну в начале 60-х годов прошлого столетия начали поставлять из ГДР (Восточная Германия) под маркой К-878. В конце 60-х годов завод «Брянсксельмаш» освоил производство аналогичных емкостей в виде типоразмерного ряда БВ-6, БВ-12,5, БВ-25 и БВ-50. Эти емкости имели ряд преимуществ перед немецкими. Так, они имели широкую номенклатуру (типоразмерный ряд); высокую унификацию (до 85%); повышенный расход воздуха (до 450 м3/ч на тонну зерна), в немецкой конструкции - 300 м3/ч на тонну зерна; двухступенчатый подогрев воздуха (на 5 и 9°С), у немецкой конструкции - одна ступень до ТС. При проведении ВИСХОМом и СКБ по сушилкам г. Брянск модернизации (1975 г) этих емкостей, возникла необходимость выпуска одной модели, которой стала емкость БВ-40. С этого момента зарубежные поставки емкостей К-878 в страну прекратились и завод «Брянсксельмаш» ежегодно, до 1990 года, выпускал емкости БВ-40 в количестве до 10000 штук. Однако, этот объем выпуска не обеспечивал спрос на них да, и использовались они в основном для сушки семенного зерна.

В начале 80-х годов из ГДР в отечественные семеноводческие хозяйства стали поступать вентилируемые емкости вместимостью 150 тонн в суммарном блоке на 3000 тонн зерна. Таких блоков было поставлено более 1000 штук. Однако, у семеноводов они применения не нашли. На это повлияли технологическая компоновка блока хранилищ и ограниченные возможности подачи воздуха в массу зерна. В первом случае блок нельзя было использовать на семенном материале, т.к. точка приема зерна и его выдачи была всего одна. Это ограничивало функциональные возможности блока и не позволяло использовать его на семенах различных культур и сортов, т.к. неизбежно возникло бы смешивание их, что недопустимо стандартом на посевной материал. При этом семеноводческие хозяйства не производили такие объемы семенного материала одной культуры и сорта. Во втором случае, в хранилищах осуществлялось не вентилирование, а аэрация зерна (расход 35.50 м /ч на тонну зерна). При отсутствии в хозяйствах семенных зерносушилок, закладка на хранение зерна влажностью более 15 % могла привести к его порче или снижению качества. Полномасштабных исследований и опытно-конструкторских работ по выявлению возможностей использования этих зернохранилищ в хозяйствах страны не проводились. Поэтому они до настоящего времени, в большинстве семеноводческих предприятиях, стоят незадействованными или разобраны как металл для различных хозяйственных нужд.

В настоящее время отечественная промышленность не выпускает технологически и технически обоснованной техники и оборудования для хранения зерна в России. Предприятие ЗАО «Мельинвест» рекламирует лицензированные американские зернохранилища без проверки и испытаний их у зернопроиз-водителей России. Подобную продукцию и при тех же условиях в Россию поставляет Украина. Зарубежные же производители предлагают, а иногда поставляют, на отечественный рынок различные конструкции металлических зернохранилищ как по номенклатуре и вместимости, так и по назначению. Отличительной особенностью этой техники является пока ее значительная стоимость. Кроме этого, не изученность применение этой техники и оборудования в различных климатических зонах страны не позволяет сделать однозначных рекомендаций по их эксплуатации и использованию у отечественных зернопроизво-дителей.

Таким образом, изложенное позволяет заключить, что отечественная промышленность практически не выпускает металлические зернохранилища требуемой номенклатуры. Имеющийся зарубежный опыт по производству и эксплуатации металлических зернохранилищ в аграрном секторе России, особенно вместимостью более 100 тонн, весьма ограничен и в ближайшей перспективе не может быть однозначно воспроизведен, т.к. он не отвечает сложившимся за рубежом рыночным ценовым условием, а в России экономическим. Из этого следует, что создание и поставка на производство новой отечественной техники для хранения зерна должна учитывать уровень и критерии технологической применяемости, конкурентоспособности, номенклатуры выпуска и объема комплектации в зависимости от финансовых возможностей заказчика.'

Данная работа посвящена обобщению классификационных признаков зернохранилищ и обоснованию терморежимов и циклов вентилирования зерна в металлических зернохранилищах и цилиндрических силосах с вертикальной и радиальной раздачей воздуха в зерновую массу. Конечной целью работы являлось получение исходных данных для разработки рекомендаций по хранению зерна в зернохранилищах применительно к Центральному региону европейской части России.

Цель работы - изыскание и обоснование терморежимов и циклов вентилирования зерна в металлических хранилищах.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследований: разработка обобщенной схемы классификационных признаков, технологических особенностей и основных приемов хранения зерна; обоснование методики расчета процесса хранения зерна при вентилировании зерновой массы; разработка методической структуры экспериментально-теоретических исследований продуваемого слоя зерна; исследование эксплуатационных возможностей и оценка условий хранения зерновой массы при радиальной и вертикальной продувке ее атмосферным воздухом; оценка технико-экономической эффективности вентилирования зерновой массы при временном и длительном хранении; разработка рекомендаций по терморежимам и циклам вентилирования зерна в металлических хранилищах.

Объектами исследований являются технологические процессы хранения зерна в кольцевом и вертикальном продуваемом слое, основными элементами которых служат лабораторная установка и металлические хранилища различного типа.

Предметом исследования являются режимы работы хранилищ зерна при продувке их охлажденным и подогретым воздухом и процессы, происходящие в зерном слое на различной высоте от места подачи воздуха.

Методика исследований. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных установках и натурных объектах. Для обработки результатов экспериментальных исследований были использованы методы математической статистики и теории вероятностей с использованием ЭВМ. При проведении экспериментальных исследований за основу были приняты ГОСТы, отраслевые ОСТы и разработанные ОАО «ВИСХОМ» частные методики. В теоретических исследованиях применены методы математического анализа.

Научную новизну работы составляют: аналитические зависимости расчетов терморежимов и цикличности вентилирования зернохранилищ с кольцевым и вертикальным продуваемым слоем зерновой массы; усовершенствованный технологический прием длительного и безопасного хранения зерна путем продувки, нагретым воздухом и последующим охлаждением низкотемпературным атмосферным воздухом, что обеспечивает влагоудаление и охлаждение зерновой массы.

Практическую ценность работы составляют: классификационные признаки зернохранилищ; рекомендации по терморежимам и циклам воздушного вентилирования зерна при различных приемах его хранения; методика инженерного расчета основных параметров хранилищ с ра-диально и вертикально продуваемой зерновой массой.

Реализация результатов исследования. Результаты исследований внедрены ЗАО «СКВ по сушилкам «Брянсксельмаш» и ООО «Юнитэкс» в конструкциях выпускаемой техники, предназначенной для временного и длительного хранения зерна. По рекомендуемым режимам вентилирования в ЗАО «Колхоз Уваровский» (Можайский район, Московской области) было осуществлено временное хранение зерна урожая 2003 года.

На защиту выносятся: анализ современного состояния и проблемы послеуборочной обработки и хранения зерна; классификация технологических приемов и систем хранения зерна; методика инженерного расчета основных параметров хранилища с ра-диально и вертикально продуваемой зерновой массой; результаты лабораторно-эксплуатационных исследований и производственной проверки хранения зерна в металлических силосах при радиальной и вертикальной продувке зерновой массы; результаты экономической оценки выполненных исследований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Выполненные теоретические, экспериментальные и эксплуатационные

• исследования позволяют сделать следующие основные выводы и рекомендации.

1. Разработана обобщенная схема классификационных признаков безопасных приемов хранения зерна. Номенклатура технических средств для хранения зерна по функциональному назначению может быть представлена для: временного хранения предварительно очищенного зерна влажность более 20%; временного хранения высушенного зерна влажностью 14. 16%; длительного хранения кондиционного по влажности зерна 13. 15%. Для обеспечения хра нения зерна с минимальными потерями объекты хранения должны характеризоваться следующими признаками: технологией хранения зерна; конструктивными особенностями единичного хранилища; аэродинамической распределительной системой и вариантами компоновок хранилищ.

2. Исследования тепло-массообменных процессов при вентилировании неподвижного слоя зерновой массы позволили разработать инженерную методику расчета основных параметров, способствующих влагоудалению при храг» нении зерна. В основе этой методики принято, что при постоянстве скорости влагоудаления из всего зернового объема продолжительность влагоудаления обратно пропорциональна удельной подаче воздуха и степени влагонасыщения воздуха (зависимость 4). При этом учитывается, что затраты электроэнергии на вентилирование зерновой массы, отнесенные к единицы испаренной влаги, прямо пропорциональны общему гидравлическому сопротивлению аэродинамической системы, в т.ч. зернового слоя, и обратно пропорционально его на* чальной температуре.

3. Эксплуатационными исследованиями определено, что стабилизация съема влаги при радиальной продувке зерновой массы до средней конечной влажности 16,8% при температуре нагретого воздуха 38°С достигается только после 20 часов вентилирования и при удельной подаче воздуха равной 1,06 м3/ч-кг.

4. По результатам исследований разработана инженерная методика расчета аэродинамического сопротивления вентиляционной системы силоса с кольцевым зерновым слоем, выведено уравнение регрессии для определения продолжительности вентилирования зерна и скорости влагоудаления в интервале удельной подачи воздуха 0,4.2,0 м3/ч-кг, исходной влажности зерна 24,7% и температуре подогретого воздуха 40°С, а также номограмма для определения параметров воздуха и режимов вентилирования радиального слоя толщиной 1,1 м при исходной влажности зерна 25% и удельном расходе воздуха 0,7 м3/ч-кг.

5. Хозяйственная эксплуатация трех вариантов вентилирования зерновой массы показала, что хранение зерна в бунтах (насыпью) неэффективно из-за неравномерного снижения температуры. Однако вентилированием насыпи атмосферным воздухом в ночное время, в период с 23 до 8 ч утра, можно добиться положительных результатов при удельном расходе воздуха 0,25 м3/ч-кг.

6. Металлические силосы с радиальным слоем более 1160 мм обеспечивают временное и длительное безопасное хранение зерна нагретого до 40°С, если вентилирование его атмосферным воздухом начинать после сушки с расходом 0,3.,04 м /ч-кг. При этом интенсивность охлаждения, при температуре атмосферного воздуха 3.6°С и его удельном расходе до 0,4 м3/ч-кг, составляет 0,55°С/ч. Хранение зерновой массы в металлическом силосе при вертикальной

4 продувке в слое высотой более 7 м в течение 96 часов при средней суточной температуре атмосферного воздуха 19,5°С и удельном расходе 0,06 м3/ч-кг не эффективно для процесса охлаждения зерна при начальной его температуре 36°С.

7. Полученные данные в виде рекомендаций по совершенствованию конструкции бункера БВ-40А и технологическому его назначению в составе поточных линий агрегатов и комплексов для послеуборочной обработки и хране-♦ ния зерна переданы ЗАО «СКБ по сушилкам «Брянсксельмаш» и ООО «Юнит-экс». Материалы исследований использованы этими предприятиями при корректировке конструкторской документации, в инструкциях по эксплуатации и проектированию поточных технологических линий. С 2004 года рекомендации вошли в сопроводительную документацию к выпускаемым аэродинамическим системам для временного хранения зерна.

Технико-экономическими расчетами определено, что при модификации цилиндрических металлических емкостей с кольцевым продуваемым слоем БВ-40А и использование их для временного хранения зерна до сушки и после нее абсолютная эффективность составляет 2393,4 тыс. рублей (на четыре емкости), а окупаемость их происходит за один сезон эксплуатации.

1. Авдеев А.В. Механико-технологические основы расчета и проектирования сельскохозяйственных зерносушильных линий. Дис. док. техн. наук. - М.: ВИСХОМ, 1992.

2. Авдеев А.В. и др. По материалам Международного салона с/х техники SIMA-2001. -М.: ИНФРА-М, 2001.

3. Авдеев А.В. и др. Современные сельскохозяйственные машины и оборудование для растениеводства (конструкции и основные тенденции развития). По материалам Международного салона с/х техники SIMA-97. -М.: ИНФРА-М, 1997.

4. Авдеев А.В. Современный технический уровень машин для послеуборочной обработки зерна // Механизация и электрификация сельского хозяйства, №6, 2002.

5. Авдеев А.В., Жуков М.А. Сапожников В.Д. Перспективная зерносушильная техника. Сборник научных докладов международной научной конференции. Земледельческая механика в растениеводстве, т. 3, ч. 2,.

6. Авдеев А.В., Левков Л.Э. Тенденции развития системной номенклатуры хранения зерна. Ж. Тракторы и сельскохозяйственные машины. №2.

7. Авдеева А.А. Обоснование термо-технических приемов сушки пшеницы на сушилках типа «С». Дис. канд. техн. наук М.: ВИСХОМ, 2004с.

8. Алабушев В.А. и др. Растениеводство. Учебное пособие. Ростов на — Дону. Издательский центр «МарТ», 2001.

9. Анискин В.И. Исследование процесса активного вентилирования семян применительно к условиям поточной послеуборочной обработки. Автореферат дис. канд. тех. наук, М., 1965.

10. Анискин В.И. Консервация влажного зерна. Колос, М.: 1968.

11. Баум А.Е. Применение искусственно охлажденного воздуха при хранении зерна за рубежом. М.: ЦНИИТЭИ Минзага СССР, 1977.

12. Бибик В.И., Уколов B.C. и др. Вентилирование зерна пшеницы в сдвоенном силосе с ячеями квадратного сечения. Труды ВНИИЗ. Хранение и переработка зерна, вып. 105, М.: 1984.

13. Бибик В.И., Уколов B.C. и др. Эффективность вентилирования зерна повышенной влажности в силосе элеватора. Труды ВНИИЗ. Хранение и переработка зерна, вып. 95, М.: 1981.

14. Богданов Г.С. Послеуборочная обработка свежеубранного зерна. ЦНИИТЭИ Минзаг СССР. Обзорная информация, серия: Элеваторная промышленность, М.: 1975, с. 9.

15. Босин И.Н. Исследование процесса сушки семенного зерна в бункерах радиального вентилирования. Дис. кан-та техн. наук М.:ВИСХОМ, 1972.

16. Вальднер Н.К. Методика испытаний сушильных установок сельскохозяйственного назначения. М.: Машиностроение, 1970.

17. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1973.

18. Вобликов Е.М. и др. Послеуборочная обработка и хранение зерна. Ростов -на-Дону. Издательский центр «МарТ», 2001.

19. Гержой А.П., Самосчетов В.П. Зерносушение. 1951.

20. Гинзбург А.С. Сушка пищевых продуктов. Пищепромиздат. М.: 1960.

21. Глаголев Н.А. Курс номографии. Высшая школа. М.: 1961.

22. Голек М.Г. Значение обмолота в системе мероприятий по хранению кукурузы. Тр. ВНИИЗ. Вопросы хранения зерновых запасов, вып. 25, М.: 1953.

23. Голек М.Г. и др. Применение искусственного холода при хранении зерна. ЦНИИТЭИ Минзаг СССР. Обзорная информация. Серия: Элеваторная промышленность. М.: 1974.

24. Гольтянин В.Я., Савенко В.Г. Металлические зернохранилища силосного типа. Ж. Техника и оборудование для села, №2,2001с.

25. ГОСТ 23728.23730. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки.

26. Губарева М.В. Обоснование режимов активного вентилирования в процессе сушки хлебной массы ячменя в условиях Восточной Сибири. Автореферат к.т.н. Новосибирск, 2003.

27. Демидович В.И., Акивис С.И. О применениях веса зерновой массы при хранении ее в силосах. Тр. ВНИИЗ. Вопросы хранения зерновых злаков, вып. 25, М.: 1953.

28. Драгалин К.В. Об оптимальных технических условиях вентилирования зерна в силосах. Тр. ВНИИЗ. Вопросы хранения зерновых злаков, вып. 25. М.: 1953.

29. Егоров Г.А. Расчетное определение площади внешней поверхности и объема зерна. Изв. высш. учеб. завед. Пищевая технология, №4, 1959.

30. Жахангиров А. Обоснование параметров и разработка плоского аэродна для выгрузки зерна из силосных хранилищ сельскохозяйственного назначения. Автореферат, к.т.н., М.: 1988.

31. Жуков М.А. Обоснование параметров и режимов работы газораспределительной системы шахтных зерносушилок с коробами открытого исполнения. Дис. канд. техн. наук . М. ВИСХОМ, 1998.

32. Захарченко И.В. Производство семян на промышленную основу. Пермское книжное издательство, 1977.

33. Кан Г.В. и др. Хранение зерна ячменя в металлическом силосе большой емкости в условиях Башкирской АССР. Тр. ВНИИЗ. Хранение и переработка зерна, вып. 105, М.: 1984.

34. Кармановский Л.П. и др. Машинная пускозатратная и энергосберегающая технология производства зерна с ограниченным применением средств химизации в центральных районах Нечерноземной зоны. М.: Информагротех, 1999.

35. Карпов Б.А. Предельно допустимые температуры сушки семян активным вентилированием. Тр. ВНИИЗ. Хранение и переработка зерна, вып. 9. М.: 1964.

36. Кауконен А. Сушка зерна и его длительное хранение. Доклад на симпозиуме. «Сельхозтехника-84».

37. Кокаровцева В.Г. и др. Инструкция по активному вентилированию зерна в силосах и на площадках. ЦНИИТЭИ Минзага СССР. М.: 1970.

38. Колуженин А.Б. Технология и установки для консервации свежеубранного зерна в агроклиматических условиях Восточной Сибири. Автореферат канд. техн. наук, Новосибирск, 2003.

39. Лихачева О.Т. Исследование процесса активного вентилирования зерна в условиях ЦЧЗ. Диссертация канд. техн. наук, 1970.

40. Лыков А.В. Теория сушки. М.: Энергия., 1968.

41. Любарский В.И. и др. Активное вентилирование сельскохозяйственных продуктов. М.: «Колос», 1968.

42. Машины для послеуборочной поточной обработки семян. Машиностроение. М.: 1967.

43. Мельник Б.Е. Активное вентилирование зерна. М.: Агропромиздат, 1986.

44. Мельник Б.Е. Повышение эффективности активного вентилирования зерна. Обз. инф. Элеваторная промышленность, ЦНИИТЭИ. М.,1984.

45. Мельник Б.Е. Эффективные способы временного хранения заготовляемого зерна. Обз. Инф-ия. Элеваторная промышленность, ЦНИИТЭИ. М., 1985, с. 2.

46. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Под редакцией Шпилько А.В., М.: 1998.

47. Муравьев А.И. Критериальные уравнения для расчета тепло и массообмена в слое при реверсивном движении воздуха через слой. Сб. работ. Наука и техника. Минск, 1968

48. Обработка и хранение зерна. Под редакцией Юкиша А.Е. М.: Агропромиздат, 1985.

49. Окунь Г.С. К расчету продолжительности сушки зерна в слое. // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. №3,1963.

50. Онхонова JI.O. Аэрожелоба для временного хранения зернового вороха. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1999, №12.

51. Онхонова Л.О. Научные основы создания и применения универсальных аэрожелобов в процессах послеуборочной обработки зерна и семян. М.: ВИМ ГОСНИТИ, 2000.

52. Особенности характеристик машин для краткосрочного возведения строительных объектов. Сборник научных трудов:

53. Попов А.А., Гейштор А.Д. Американские элеваторные зерносушилки. Одесса, 1929.

54. Протокол № 31-5-87 (1121410) государственных приемочных испытаний модульного механизированного зернохранилища вместимостью 1000 т. г. Солнечногорск, 1987.

55. Птицын С.Д. Основные параметры способа сушки зерна. М.: Тр. ВИМ, т. 34, 1964.

56. Пупков С.П., Изатаев А.И. Совершенствование технологического оснащения хлебоприемных предприятий и элеваторов Казахской ССР. Обзорная информация. Серия 2. Сельскохозяйственные машины и орудия, вып. 4, ЦНИИТЭИ, М.: 1973.

57. Рамзин Л.К. Газовое сопротивление сыпучих материалов. Известия ВТИ, № 7 (20), 1926.

58. Ровный Г.А. и др. Тенденции развития конструкций машин для послеуборочной обработки зерна. Обзорная информация. -М.: ЦНИИТЭИ Тракторсельхозмаш, 1986.

59. Ровный Г.А. Расчет процесса сушки при вентилировании // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. №2, 1965.

60. Ровный Г.А., Вальдиер Н.К., Фрегер Ю.Л. Состояние и перспективы развития средств механизации сушки зерна. Обзорная информация. Серия 2. Сельскохозяйственные машины и орудия, вып. 4, ЦНИИТЭИ, М.: 1973.

61. Российский статистический ежегодник. 2002: Статистический сборник Госкомстат России. М.: 2002.

62. Скориков Б.А. и др. Конструкции и расчет элеваторов. М.: Агропромиздат, 1987.

63. Сологубик А.А. и др. Изменение температуры зерна, хранящегося в • силосах из сборных железобетонных конструкций и монолитногожелезобетона. Тр. ВНИИЗ. Хранение и переработка зерна, вып. 95, М.: 1981, с. 31.

64. Сололнецкий В.В. Концепция механизации хранения зерна до 2010 года. Сб. науч. док., т. 3, 2.2, ВИМ, М: 2001.

65. Солонецкий В.В. Комплексы хранения зерна проблемы и решения // Науч. тр. ВИМа, т. 132. М., 2000.

66. Сорочинский В.Ф. Повышение эффективности конвективной сушки и охлаждения зерна на основе интенсификации тепломассообменных процессов. Дис. док. техн. наук М.: 2003.

67. Сорочинский В.Ф. Послеуборочная обработка зерна на хлебоприемных и зерноперерабатывающих предприятиях // Науч. тр. ВИМа, т. 132. М., 2000.

68. Талиев В.Н. Аэродинамика и вентиляция. М.: 1963.

69. Трисвятский JI.A. Хранение зерна. М.: Колос, 1966.

70. Уколов B.C. Анализ и обобщение режимов активного вентилирования зерна. Труды ВНИИЗ, вып. 64, М.: 1968.Ф

71. Уколов B.C., Бибик В.И. Распределение воздуха при вентилировании зерна пшеницы в силосе элеватора, оборудованным установкой для поперечно-горизонтального продувания зернового слоя. Тр. ВНИИЗ. Хранение и переработка зерна, вып. 95, М.: 1981.

72. Феста Н.Я. и др. Дыхание зерна и потери сухого вещества пшеницы и овса при хранении. Труды ВНИИЗ. Вопросы хранения зерновых злаков, вып. 25, М.: 1953.

73. Французские технологии по хранению и переработке зерна. Коллоквиум, г. Ростов-на-Дону, 1991 г.

74. Фрегер Ю.Л. Исследование процесса конвективной сушки зерна в слое. Дис. к.т.н. М.: 1966.

75. Шашко Д.И. Агроклиматическое районирование СССР. М.: Колос, 1967.

76. Шибаев П.Н., Карпов Б.А. Активное вентилирование семян. Россельхозиздат, М.: 1965.

77. Юкиш А.Е. Справочник по оборудованию элеваторов и складов. М.: Колос, 1978.

78. Яппинен Паво. Контролер температуры Хелкама. Тезисы доклада на 2— Международной конференции «Качество зерна, муки и хлеба», М.: 2002.

79. Brunner Н. Njegoranje zitarica postupkom nladog konzerviranja. 11th International symposium of technologists for drying and storing. Stublerke Toplice, 1995.

80. FAO. Production Yearbook Vol. 55 2003.

81. Katie Z. Susenje u susare u poljoprivredi. Zagreb, g. 1997.V

82. Rak A., Bzric D., Bukvic Z. Ekonomichnost sustava za curvanje zitarica u silosima system economy for grain storage in silos. XI Megunarodno sarjetovaje tehnologa susenja I skladistenja. 17-20 sijecnya 1995. Zagreb.

83. Swievzkowski K. Einsatz von Sonnenenergie in Heubeliftungsonlagen. Agratechnik. DDR, №2, 1986.

84. OCT 70.10.2-83. Испытания сельскохозяйственной техники. Зерно-очистительно-сушильные комплексы. Программа и методы испытаний — М.: Изд. Стандартов, 1984.

85. Фирсов М. М. Планирование эксперимента при создании сельскохозяйственной техник. -М.: изд. МСХА, 1999.

86. Исполнитель: Зав.отделом машин для уборки и обработкиых кулыур, д.т.н.1. А.В.Авдеев1. Москва, 20022 1591. Продолжение приложения 1.1. СОДЕРЖАНИЕ1. Стр. •. .

87. Наименование и область применения (использования). 3

88. Основание для разработки. 43. Цель и задачи работы. 54. Источники разработки. 65. Технические требования. 7

89. Экономические показатели. 12

90. Стадии и этапы разработки.:. 13•