Обоснование параметров инверсии зернового потока в колонковых сушилках блочно-модульного типа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Шаповалов, Денис Владимирович

• Шаповалов, Денис Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шаповалов, Денис Владимирович

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

Выводы и задачи исследования.

1. Теоретические исследования.

2. 1. Характер взаимодействия инвертора с зерновым потоком.

2.2. Определение местоположения инвертора в рабочей камере колонковой зерносушилки.

2. 3. Системное описание инвертора колонковой сушилки и рациональная форма лотка.

2. 4. К теории самотечного устройства лоткового типа.

2. 5. К определению элементов рассекателя инвертора.

Выводы по разделу.

3. Программа и методика экспериментальных исследований по обоснованию параметров инверсии зернового потока в колонковых сушилках блочно-модульного типа.

3. I. Программа исследований.

3.2. Обоснование значений параметров инвертора для реализации в модели оптимизации и изготовления сменных конструкций.

3. 3. Планирование эксперимента для отыскания оптимальных значений параметров инвертора.

3.4. Разработка лабораторной установки для проведения экспериментальных исследований.

3. 5. Порядок проведения эксперимента на установке.

Выводы по разделу.

4. Результаты экспериментальных исследований.

4.1. Исследования в условиях лаборатории.

4. 2. Исследования в условиях производства.

Выводы по разделу.

5. Определение эффективности основных результатов исследования.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров инверсии зернового потока в колонковых сушилках блочно-модульного типа»

Актуальность темы. Производство зерна является основным звеном с.-х. производства, от которого зависит обеспеченность промышленности сырьем, населения - хлебом, продуктами переработки зерна, животноводства - кормами.

Валовой годовой сбор зерна в Сибири в последние годы составлял около 15 - 18 % всего производимого в России зерна [ 1 ].

В этой связи наиболее остро встает проблема обеспечения сохранности выращенного урожая. Для Сибирского региона этот вопрос имеет особую актуальность, здесь экстремальные природно-климатические условия предопределяют первостепенность задачи сохранения зерна.

Анализ показывает, что свыше 70 % ежегодно выращиваемого в Сибири урожая имеет повышенную влажность, а в некоторые годы - 80 % и более.

Даже в относительно сухие годы на тока хозяйств поступает большое количество зерна с высокой влажностью. Чтобы сохранить такое зерно, его необходимо не только очистить, но и в кратчайшие сроки просушить, довести до кондиционного состояния, так как влажное зерно может испортиться уже через 1-2 суток.

Важность качественного выполнения и соблюдения параметров и режимов технологического процесса сушки как ключевого элемента послеуборочной обработки усиливается тем обстоятельством, что сушка является заключительным этапом в процессе производства зерна.

Несмотря на то, что современные зерносушилки отечественных и зарубежных фирм периодически претерпевают процесс модернизации, остаётся нерешённым целый ряд вопросов.

Так, при сушке зерна в колонковых сушилках с поперечной подачей агента сушки наблюдается неравномерность его нагрева в поперечном сечении камеры. Это обусловливает повышенную неравномерность сушки по толщине потока зерна и перегрев части его в потоке. Одностороннее продувание потока зерна теплоносителем перемещает сорные фракции к противоположной стенке рабочей камеры. Вследствие этого изменяются технологические свойства высушиваемого материала, забиваются отверстия в стенке камеры, уменьшается скважистость зернового потока и, как следствие, увеличиваются энергозатраты.

Одним из реальных путей устранения этих недостатков является инверсия зернового потока в сушилке.

Однако, особенности протекания технологического процесса сушки с применением инверсии зернового потока исследованы недостаточно. Не определены характеристики процесса сушки с учётом инверсии, не обоснованы оптимальные параметры и режимы работы инверторов, их рациональные технологические схемы и другие вопросы.

На основании отмеченного работу по обоснованию параметров инверсии зернового потока в колонковых сушилках блочно-модульного типа можно считать актуальной и имеющей народнохозяйственное значение.

Цель исследования. Повышение эффективности технологического процесса сушки за счёт инверсии зернового потока.

Объект исследования. Технологический процесс инверсии зернового потока в колонковых сушилках блочно-модульного типа.

Предмет исследования. Закономерности протекания процесса инверсии.

Методы исследования. Работа выполнялась в соответствии с планом НИР приоритетных фундаментальных исследований по заданию 02.01.04 «Разработать экологически безопасную ресурсосберегающую машинную технологию и обосновать комплекс технических средств нового поколения на принципах блочно-модульности для послеуборочной обработки зерна с учётом зональных условий».

Использовались методы оптимизации параметров, факторного эксперимента и математической статистики, регрессионного и экономического анализов.

Научная новизна:

1. Установлены закономерности процесса инверсии и обоснованы оптимальные параметры инвертора.

2. Показана возможность повышения эффективности конвективной сушки зерна в колонковых сушилках с поперечной подачей сушильного агента за счёт оптимизации параметров инвертора.

3. Разработана методика определения местоположения инвертора в рабочей камере сушилки и предложена модель выбора рациональной формы поверхности его транспортирующего органа.

Практическая значимость:

1. Обоснованы рациональные параметры инвертора и дана методика определения его местоположения в рабочей камере колонковой зерносушилки.

2. Результаты исследования являются основой создания новых типов устройств для реализации процесса инверсии зернового потока в колонковых сушилках.

Реализация результатов исследования. Результаты исследований легли в основу конструкции инвертора для колонковых блочно-модульных зерносушилок СЗ-10 и СЗ-16, разработанных совместно с ОПКТБ СибИМЭ, и выпускаемых ОАО «Сибирский агропромышленный дом». Сушилки, оснащённые новыми инверторами, прошли хозяйственную проверку в хозяйствах Новосибирской и Томской областей. По результатам исследований подана заявка на изобретение «Инвертор зернового потока для колонковых сушилок» и в 2003 году получена приоритетная справка. Результаты исследований могут быть использованы учёными, конструкторами при создании новых технологий и технических средств сушки зерна.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности процесса инверсии зернового потока в колонковой сушилке.

2. Оптимальные параметры инвертора и модель выбора рациональной формы поверхности его транспортирующего органа.

3. Методика определения местоположения инвертора в рабочей камере колонковой сушилки.

Апробация работы. Основные материалы работы в период с 2000 по 2004 год рассматривались на международных и региональных конференциях, учёных советах и семинарах, в частности: на конференции молодых учёных СО РАСХН «Сельское хозяйство Сибири на рубеже веков: итоги и перспективы развития» ( Новосибирск, 2001 г. ); на Междудародной научно-практической конференции в НГАУ «Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства» ( Новосибирск, 2003 г. ); на 6-й Международной научно-практической конференции «Аграрная наука Сибири, Монголии, Казахстана и Башкортостана — сельскому хозяйству» ( Павлодар, 2003 г. ), а также на учёных советах СибИМЭ в период с 2000 по 2004 год.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 7 работах, опубликованных в сборниках научных трудов, научно-технических бюллетенях и материалах международных и региональных конференций.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка использованной литературы из 34 наименований, в том числе 2 на иностранном языке, и приложений. Работа изложена на 99 страницах машинописного текста и включает 12 таблиц, 31 рисунок и 3 приложения.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Шаповалов, Денис Владимирович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа сушки зерна в колонковых сушилках установлено, что процесс перераспределения зерновых слоёв по ширине камеры (инверсия слоёв) может интенсифицировать процессы тепломассопереноса. Инверсия зерновых слоёв осуществляется с помощью технического средства - инвертора.

2. Показано, что инвертор можно рассматривать как ветвящуюся систему с однородной структурой элементов, эффективность которой определяется как совокупность их безотказной работы. Причём, за отказ работы системы принято нарушение требований выполнения технологического процесса, зависание материала в элементе «рассекатели зернопотока — направляющий переточный лоток».

3. На основе проведённых исследований разработана методика определения местоположения инвертора в рабочей камере колонковой сушилки. При этом, исходя из значения скорости вертикального движения зернового столба, и с учётом исключения термического повреждения зерна, определяется расстояние Н2 между соседними инверторами.

4. Разработана конструктивная схема инвертора. Установлены основные закономерности движения зерновых слоёв по рассекателям и направляющим лоткам. Предложена модель выбора рациональной формы транспортирующих поверхностей рабочих органов инвертора. Установлено, что направляющий переточный лоток должен иметь цилиндрическую форму поверхности.

5. Получено уравнение регрессии, связывающее основные конструктивные параметры, и определены их оптимальные значения: угол наклона переточного лотка к вертикали - 35°, центральный угол рассекателя зернового потока - 70°, длина переточного лотка - 200 мм, ширина центрального канала - 60 мм, высота перекрывающей пластины - 205 мм.

Оптимальные параметры инвертора с консольным расположением рассекателей и лотков обеспечивают их самоочищение от крупноволокнистых примесей и перемещение зерновых слоёв с эффективностью Кп=0,87.0,95.

6. При хозяйственной проверке результатов исследований установлено, что экспериментальный инвертор, по сравнению с базовым, при одинаковых условиях работы повышает эффективность сушки зерна за счёт более качественного перераспределения зерновых слоёв. При этом в слоях обеспечивается увеличение изменений температуры нагрева At3 на 3,0.4,0°С и влажности AW3 на 1,0.1,5%, что позволило повысить показатель интенсивности сушки по слоям на 7. 9%, в результате чего производительность сушилки, в сравнении с базовой, увеличилась на 8%.

7. Расчётный экономический эффект от использования инверторов с новыми параметрами при сезонной загрузке 500 часов составляет 95 тыс. руб. на сушилку в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шаповалов, Денис Владимирович, 2004 год

1. Кашеваров Н. И., Резников В. Ф. Сибирское кормопроизводство в цифрах / РАСХН. Сиб. отд-ние. СибНИИ кормов. - Новосибирск, 2004. - 140 с.

2. Пат. 2143090 РФ, МКИ3 F26 В17/12. Сушилка зерна и инвертор зерносушилки / Г. М. Меныциков, Г. Р. Озонов, М. С. Титов, Н. М. Иванов, В. В. Ботороев, В. С. Пияшев. №98116480; Заявлено 26. 08. 98; Приоритет 26. 08. 98.

3. Гинзбург А. С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. — М.: Пищевая промышленность, 1973. — 527 с.

4. Теплотехнический справочник. Т. 1 / Под ред. проф. С. Г. Герасимова, к.т.н. Я. А. Кагана, проф. П. Д. Лебедева и др. М.: Государственное энергетическое изд-во, 1957. - 727 с.

5. Тарасенко А. П., Оробинский В. И., Мерчалова М. Э. Влияние влажности зерна при уборке и послеуборочной обработке на его травмирование // Зерновые культуры. 1988. - №4. — С. 22 - 24.

6. Ахматов А. С. Молекулярная физика граничного трения. М.: Физматгиз, 1968. - С. 313 - 319.

7. Богомягких В. А. Теория и расчёт бункеров для зернистых материалов / Изд-во Ростовского Н/Д Ун-та, 1973. 152 с.

8. Шумской Д. В. Давление зерна на дно и стенки закрома // Советское мукомолье. 1929. - №1. - С. 81 - 89.

9. Никитин А. К. Введение в механику сплошной среды. Ч. 2. — Ростов Н/Д, 1978. С. 3 - 10.

10. Кунаков В. С., Земляков Н. Д., Алексеенко В. Д. Давление влажного зерна на стенки щелевого бункера / РИСХМ. — Ростов Н/Д, 1982. 9 с.

11. И. Семёнов В. Ф. Бункеры и хранилища зерна. Учеб. пособие / Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1999. 221 с.

12. Методика выбора показателей надёжности для оценки надёжности сложных технических систем. М.: Изд-во стандартов, 1977. -С. 23 - 24.

13. Стремнин В. А. Классификация систем технологических машин в животноводстве и модели оценки их эффективности // Сиб. вестн. с.-х. науки. 1986. - №5. - С. 80 - 85.

14. Хайкин С. Э. Физические основы механики. М.: Наука, 1971. - 556 с.

15. Бухгольц Н. Н. Основной курс теоретической механики. Ч. 2. М.: Наука, 1972. - 240 с.

16. Шнейкин В. Д. Оптимизация параметров самотечного устройства для сыпучих грузов // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. №12. -1980. - С. 17 - 18.

17. Зуев Ф. Г. и др. Механизация погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ. М.: Агропромиздат, 1988. - 447 с.

18. Jenike A. W. Better design for deilk handing // Chemical Engineering. -№12. 1954.

19. Jenike A. W. Why bins don't flow? // Mechanical Engineering. №7. -1964. - C. 40 - 43.

20. Блох В. А., Чайка Г. К. К вопросу рациональной формы бункера // Сталь. №6. - 1935. - С. 37 - 39.

21. Кунаков В. С. К вопросу движения связного сыпучего материала в бункерах сельскохозяйственного назначения / РИСХМ. Ростов Н / Д, 1985. - 16 с.

22. Муравкин Б., Сидоров П. Рациональные формы бункера для угольной пыли // Электрические станки. №4. - 1957. - С. 12 - 15.

23. Зенков P. JI. Механика насыпных грузов. Изд. 2-е. — М.: Машиностроение, 1964. — 251 с.

24. Красников В. В. Подъёмно-транспортные машины в сельском хозяйстве. — М.: Сельхозиздат, 1962. 252 с.

25. Шаповалов Д. В. Методика экспериментального обоснования оптимальных параметров инверторов зернового потока // Науч.-техн. бюл. / РАСХН. Сиб. отд-ние. СибИМЭ. Новосибирск, 2002. - С. 27 - 33.

26. Иванов Н. М. Сушилка зерновых культур модульного типа // Проблемы АПК в условиях рыночной экономики: Мат. регион, науч.-практ. конф. (Новосибирск, май 1996 г.) /НГАУ. Новосибирск, 1996. - С. 178 - 179.

27. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. — М.: Мин. сельхоз. прод. РФ., ВНИИЭСХ, 1998. 220 с.

28. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки. ГОСТ 23728-88 23730-88. - М.: Госком. СССР по стандартам, 1988. - С. 1 - 9.

29. Руководящий документ. Испытания сельскохозяйственной техники. Сушильные машины и установки сельскохозяйственного назначения. Программа и методы испытаний. РД 10.1-91. С. 116 - 121.

30. Нормативно-справочный материал для экономической оценки сельскохозяйственной техники. Издание официальное. Ч. 1. М.: АгроНИИЭИИТО, 1988. - 201 с.

31. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Ч. 2. М., 1998. - 252 с.

32. Начитов Ф. Я. Краткий конспект лекций по курсу «Организация и управление производством»: Учеб. пособие / Ом. гос. аграр. ун-т. — Омск, 2000. 92 с.