Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 11
1.1. Физико-механические свойства зерновых смесей 11
1.2. Обзор пневмосепарирующих устройств с замкнутым и комбинированным циклами воздуха 16
1.3. Работы в области диаметральных вентиляторов 31
1.4. Работы по исследованию процесса пневмосепарирования 35
1.5. Задачи исследования 38
2. Теоретические предпосылки к оценке эффективности комбинированной зерноочистительной машины 40
2.1. Прогнозирование технологической эффективности пневмосепарирования 40
2.1.1. Обоснование функции распределения по скорости витания для частиц сыпучего материала 40
2.1.2. Определение в контрольном объёме исходной зерносмеси количества частиц аэроотделимой примеси и полноценного продукта 52
2.1.3. Связь критической скорости витания частицы с заданными физико-механическими и геометрическими параметрами процесса пневмосепарирования 57
2.1.4. Вероятностная оценка показателей эффективности процесса пневмосепарирования 61
2.1.5. Обоснование потерь давления и расхода воздуха на пневмосепарирования смеси 65
2.2. Регрессионный анализ эффективности процесса пневмосепарирования 69
2.3. Компьютерное моделирование и исследование параметров работы диаметрального вентилятора на базе САЕ-системы COSMOSFlo Works 73
2.4. Компьютерное моделирование и исследование параметров работы воздушной системы комбинированной зерноочистительной машины с использованием САЕ-системы COSMOSFloWorks 77
2.4.1. Моделирование параметров работы воздушной системы 77
2.4.2. Моделирование движения частиц в поле скоростей воздушного потока внутри воздушной системы 84
2.5. Выводы 88
3. Программа и методика экспериментальных исследований 91
3.1. Программа экспериментальных исследований 91
3.2. Экспериментальные установки 92
3.3. Методика проведения экспериментальных исследований и обработки опытных данных 102
4. Результаты экспериментальных исследований 107
4.1. Обоснование рациональной схемы диаметрального вентилятора 107
4.2. Определение давлений по трассе воздушной системы комбинированной зерноочистительной машины 116
4.3. Определение аэродинамических свойств зернопродуктов 123
4.4. Исследование эффективности процесса осаждения примеси в осадочной камере 126
4.5. Исследование эффективности процесса осаждения примеси в зависимости от скорости воздуха в пневмосепарирующем канале 130
4.6. Влияние удельной зерновой нагрузки на эффективность процесса очистки зерна 131
4.7. Влияние предварительного расслоения зерносмеси на эффективность процесса пневмосепарирования 132
4.8. Выводы 136
5. Практическое применение результатов исследования 138
5.1. Обоснование принципиально схемы и параметров комбинированной зерноочистительной машины 138
5.2. Обоснование технологической схемы подготовки зерна к помолу 144
5.3. Пневмосепарирующие устройства к сепараторам типа А1-БЛС и А1-
БИС 147
5.3.1. Пневмосепарирующее устройство к сепаратору А1-БЛС-16 147
5.3.2. Пневмосепарирующее устройство к сепаратору А1-БИС-100 151
5.4. Аспирационная система камнеотделительной машины 154
5.5. Выводы 159
Общие выводы 161
Литература 164
Приложения 173
- Обзор пневмосепарирующих устройств с замкнутым и комбинированным циклами воздуха
- Обоснование функции распределения по скорости витания для частиц сыпучего материала
- Моделирование параметров работы воздушной системы
- Определение давлений по трассе воздушной системы комбинированной зерноочистительной машины
Введение к работе
Сепарирующие машины занимают важное место в технологических процессах переработки зерна. Качество готовой продукции зависит от эффективности их работы в значительной степени. В мукомольно-крупяной промышленности пневмосепарирование является одним из основных процессов и используется для очистки зерна от аэроотделимых примесей. Для обеспечения технологического процесса подготовки зерна к помолу необходимо наличие высокоэффективных воздушных сепараторов.
Возможности повышения технологической эффективности пневмосе-парирования находятся в снижении удельной зерновой нагрузки, снижении неравномерности поля скоростей воздушного поток в рабочей зоне, обеспечении более рациональных параметров подачи зерносмеси в пневмосепари-рующий канал и других факторов.
Несмотря на достаточно серьезные разработки в области пневмосепа-рирования в настоящее время имеются резервы для совершенствования этого процесса.
В последние годы в деятельности передовых фирм, выпускающих зерноочистительное оборудование,' прослеживается тенденция создания комбинированных машин, включающих различные рабочие органы, и в том числе, пневмосепарирующие. Кроме того, традиционно выпускаемые машины, в которых воздушный поток используется в совокупности, например, с вибрациями рабочих органов, переводятся на замкнутый цикл воздуха, взамен разомкнутого, что обеспечивает существенное энерго- и ресурсосбережение на зерноперерабатывающих предприятиях.
Разработка новых воздушных систем комбинированных зерноочистительных машин, совершенствование существующих пневмосепарирующих устройств и их элементов (таких как диаметральные вентиляторы, относо-осаждающие устройства, пневмосепарирующие каналы) является актуальной задачей.
Решение данных задач не только позволит существенно улучшить качество готовой продукции, но и снизит капитальные затраты, уменьшит пылевые выбросы в атмосферу, улучшит микроклимат в рабочих помещениях, сократит энергопотребление.
Цель исследования. Целью данной работы является научное обоснование аэродинамической схемы и параметров основных элементов воздушной системы комбинированной зерноочистительной машины, а также совершенствование технологического процесса пневмосепарирования при подготовке зерна к помолу.
Объект исследования. В качестве объекта исследования выбраны: замкнутая воздушная система, включающая в себя пневмосепарирующий канал, диаметральный вентилятор и осадочная камера, физико-механические свойства зернопродуктов, технологический процесс пневмосепарирования.
Методика исследования. При выполнении диссертационной работы были использованы стандартные и вновь разработанные методики с применением математического и натурного моделирования, статистической обработки полученных результатов. Математическая обработка производилась с использованием систем Mathcad 12 и MATLAB 7.0, а статистическая обработка - с использованием систем STATISTICA 7.0 и SYSTAT 11.0. При геометрическом моделировании воздушной системы комбинированной зерноочистительной машины использовалась CAD-система SolidWorks, а для аэродинамического анализа САЕ-система COSMOSFloWorks.
Научная новизна. Теоретически получены аналитические зависимости по скоростям и траекториям частиц сыпучего материала при квадратичном законе сопротивления частицы воздушному потоку по местной (относительной) скорости частицы.
Теоретически обоснованы: критическое значение скорости витания частиц разделяемых компонентов; зависимости для расчета эффективности процесса пневмосепарирования на базе закона распределения частиц по скорости витания, скоростей и траекторий частиц в пневмосепарирующем кана-
7 ле, а также для расчета энергетических затрат на осуществление процесса пневмосепарирования.
Научно обоснованы новая аэродинамическая схема и параметры основных конструктивных элементов воздушной системы комбинированной зерноочистительной машины.
Научно обоснована необходимость применения двух независимых воздушных систем при создании новой комбинированной зерноочистительной машины: разомкнутой - для обеспечения более интенсивного самосортирования зерновой смеси на ситовой поверхности и замкнутой - для осуществления процесса пневмосепарирования.
Экспериментально обоснованы направления совершенствования процесса пневмосепарирования в замкнутой воздушной системе комбинированной зерноочистительной машины, позволяющие достичь более высокой технологической эффективности очистки зерна.
Достоверность. Основные положения диссертационной работы и выводы подтверждены данными экспериментальных исследований, проведенных с использованием последних достижений в области математического моделирования процессов и новых компьютерных программ обработки экспериментальных данных.
Практическая ценность и реализация результатов исследования. Проведенные исследования и содержащиеся в диссертационной работе научные положения и выводы позволили обосновать замкнутую воздушную систему комбинированной зерноочистительной машины и основные конструктивные параметры аэродинамической схемы диаметрального вентилятора и осадочной камеры.
Подтверждена возможность практического применения современных CAD- и САЕ-систем по моделированию аэродинамических процессов в воздушной системе комбинированной зерноочистительной машины.
Результаты исследования использованы ЗАО «СОВОКРИМ» при разработке конструкторской документации для изготовления опытного образца
8 комбинированного воздушного сепаратора производительностью 6 т/ч. Кроме того, результаты научных исследований использованы при создании ОАО «Мельинвест» воздушного сепаратора А1-БДЗ-16, применяемого с зерноочистительным сепаратором А1-БЛС-16, и конструкторской документации для изготовления пневмосепарирующего устройства к сепаратору зерноочистительному А1-БИС-100. Разработано и передано в ЗАО «СОВОКРИМ» техническое задание на замкнутую воздушную систему камнеотделительной машины КО-15.
Предложенный ряд зерноочистительных машин с пониженным воздухообменом позволяет существенно снизить энергозатраты, кратность воздухообмена в рабочих помещениях зерноперерабатывающих предприятий, выбросы запыленного воздуха в атмосферу. Технические задания на эти машины переданы таким ведущим отечественным машиностроительным предприятиям, как ЗАО «СОВОКРИМ» и ОАО «Мельинвест», выпускающими оборудование для зерноперерабатывающих предприятий. В ОАО «Мельинвест» осуществлялся авторский надзор при разработке конструкторской документации и изготовлении опытных образцов машин по переданным техническим заданиям, а также проведены заводские испытания.
Осуществлено согласование комбинированной зерноочистительной машины с технологическим процессом зерноочистительного отделения мельницы.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе ГОУ ВПО МГУПП при изучении дисциплин «Технологическое оборудование отрасли» и «Аспирационные установки», в курсовом и дипломном проектировании, учебно-исследовательской работе студентов.
Апробация работы. Основные материалы диссертации были представлены на следующих конференциях: Научно-практическая конференция «Проблемы переработки крупяных культур и развитие крупяной промышленности», посвященная 100-летию со дня рождения профессора М.Е. Гинзбурга (г. Москва, 2003); III Юбилейная международная выставка-
9 конференция «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (г. Москва, 2005); IV международной конференции-выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (г. Москва, 2006), Инновационный форум пищевых технологий, посвященный юбилею МГУПП (г. Москва, 2010).
Результаты диссертационной работы представлены в отчете МГУПП по теме «Создание высокоэффективного зерноочистительного концентратора-аспиратора с пониженным воздухообменом» по Договору № 63/03 от 03 января 2003 г. с ЗАО «СОВОКРИМ».
Во Втором Всероссийском смотре на лучшую изобретательскую и рационализаторскую работу в мукомольно-крупяной промышленности, проводимом совместно Междунаоднои промышленной академией и Российским Союзом мукомольных и крупяных предприятий в сентябре 2008 г., представленное изобретение «Комбинированный сепаратор» заняло III место.
По материалам исследований опубликовано 13 печатных работ, из них 8 научных статей, 1 глава в монографии, получено 3 патента РФ на изобретение, 1 патент РФ на полезную модель.
На защиту выносятся следующие положения: о теоретические предпосылки, определяющие закономерности распределения дисперсного состава частиц разделяемых компонентов по скорости витания; о аналитическая зависимость для расчета скоростей и траекторий частиц сыпучего материала при квадратичном законе сопротивления движения частицы со стороны потока воздуха по местной (относительной) скорости частицы; \ о метод теоретического определения энергетических затрат на осуществление процесса воздушного сепарирования сыпучей смеси; о использование возможностей современных CAD- и САЕ-систем для моделирования аэродинамических процессов в воздушной системе комбинированной зерноочистительной машины;
10 о аэродинамическая схема замкнутой воздушной системы комбинированной зерноочистительной машины; о рациональные конструктивные параметры относоосаждающего устройства и диаметрального вентилятора, позволяющие достичь более высокий технологический эффект процесса пневмосепариро-вания зерна. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 203 страницы, из них 172 страницы основного текста, 77 рисунков, 8 таблиц и 19 приложений. Список литературы включает 92 наименования.
Обзор пневмосепарирующих устройств с замкнутым и комбинированным циклами воздуха
Воздушные сепараторы представляют собой технологическое оборудование, предназначенное для разделения сыпучих смесей с помощью воздушного потока. Процесс разделения смесей в воздушном сепараторе носит название пневмосепарирование. В основу принципа пневмосепарирования положено различие аэродинамических свойств частиц разделяемых компонентов смеси. Воздушные сепараторы используют для очистки зерна и разделения продуктов шелушения крупяных культур. При очистке зерна воздушным потоком выделяют так называемые аэроотделимые примеси, к которым относят цветочные оболочки, части стеблей и колосьев, полову, семена сорных растений, щуплые и битые зерна основной культуры, пыль и т.д.
В зависимости от взаимодействия сил, действующих на частицы разделяемых компонентов сыпучей смеси воздушные сепараторы подразделяются на гравитационные, центробежные, аэрогравитационные и др. По принципу использования воздушных потоков эти сепараторы подразделяются на три группы: с разомкнутым циклом воздуха (РЦВ), с замкнутым циклом воздуха (ЗЦВ) и с комбинированным циклом воздуха (КЦВ).
Отдельную группу составляют воздушные сепараторы, встраиваемые в пневмотранспортные установки и совмещающие функции разгрузителя транспортируемого продукта и воздушного сепаратора. Такие воздушные сепараторы носят название «пневмосепараторы» [21, 85].
В зерноперерабатывающих предприятиях используют преимущественно гравитационные воздушные сепараторы с разомкнутым, замкнутым или комбинированным циклом воздуха. При этом в зависимости от конструкции воздушного сепаратора в рабочем (пневмосепарирующем) канале воздушный поток может быть вертикальным (восходящим), наклонным или горизонтальным. Наибольшее распространение благодаря конструктивной простоте и компактности устройств получили сепараторы с вертикальным воздушным потоком. Гравитационные воздушные сепараторы с разомкнутым циклом воздуха называются аспирационными колонками. Основным недостатком аспирационных колонок является большое влияние их работы на воздухообмен в рабочем помещении. К их достоинствам относится использование относительно чистого воздуха, забираемого из помещения для пневмосепарирования. Воздушные сепараторы с замкнутым циклом воздуха носят название аспираторы. Циркулирующий в машине воздушный поток не оказывает влияния на воздухообмен в помещении. В этом главное достоинство аспираторов. Воздушный поток для осуществления процесса пневмосепарирования создается в различных конструкциях аспираторов радиальным, осевым или диаметральным вентилятором. Наиболее совершенным аспиратором является конструкция с применением диаметрального вентилятора, обладающего лучшими компоновочными свойствами, чем радиальный и осевой вентиляторы [15,34]. Результаты сравнительных испытаний [77] проведенных во ВНИИЗе для выяснения эффективности работы машин с замкнутым циклом воздуха, указывают на целесообразность их использования. Так, при снижении степе 18 ни очистки лишь на 2...9 % происходит уменьшение энергоемкости на 18.. .20 % и расхода воздуха на 26.. .27 %. Пальцевым B.C. [58] доказано, что технологический эффект работы машин с замкнутым циклом воздуха мало отличается от эффекта машин с переменным объемом воздуха, циркулирующего внутри машины. Результаты испытаний проведенных во ВНИИЗе также показали, что через некоторое время после работы воздушного сепаратора количество пыли, содержащееся в воздухе, становится постоянным и достигает величины 1,4 г/м3. В работе Костюка Г.Ф. [49] отмечено, что установившийся пылевой режим наступает через 0,10...0,15 мин. после начала работы машины. В мукомольно-крупяной промышленности широкое применение нашли воздушные сепараторы с замкнутым циклом воздуха У1-БСЗ, А1-БДА, А1-БВЗ, СТ-121 [18, 19, 34, 57]. Эти воздушные сепараторы не оказывают влияния на воздухообмен в рабочем помещении, так как внутри них циркулирует постоянное количество воздуха. Снижение воздухообмена позволяет обеспечивать лучшие санитарно-гигиенические условия работы, а также существенно снизить материальные затраты на установку и эксплуатацию аспирационных сетей и экономию энергоресурсов в отопительный период. Недостатками указанных выше машин являются относительно большие габаритные размеры, повышенная энергоемкость, неравномерность поля скоростей воздушного потока по ширине пневмоканала вследствие применения радиального вентилятора, который создает трехмерный воздушный поток (рис. 1.2.а.) [11].
Этих недостатков удается избежать путем применения в воздушных сепараторах с замкнутым циклом воздуха диаметрального вентилятора (рис. 1.2.6.). Диаметральный вентилятор создает двухмерный плоскопараллельный воздушный поток по всей ширине входного и выходного патрубков, существенно превосходит радиальные вентиляторы по величине коэффициентов давления и производительности, уступая им лишь по значениям КПД. Сечения входного и выходного патрубков диаметрального вентилятора имеют форму прямоугольников с одинаковыми размерами в направлении оси вращения рабочего колеса, что упрощает компоновку воздушных сепараторов, оснащенных ими. [9, 74].
Обоснование функции распределения по скорости витания для частиц сыпучего материала
В основу теории информации положен предложенный К. Шенноном [88, 89] метод исчислений количества новой (непредсказуемой) и избыточной (предсказуемой) информации, содержащейся в сообщениях, передаваемых по каналам технической связи. Предложенный метод измерения количества информации оказался универсальным, что позволило при его применении не ограничиваться рамками чисто информационных приложений. Этот метод стал находить все более широкое применение в исследованиях физических, биологических и социальных систем.
Ключом к новому пониманию сущности механизма информационных процессов послужила установленная Л. Бриллюэном [6] взаимосвязь информации и физической энтропии. Эта взаимосвязь была первоначально заложена в самый фундамент теории информации, поскольку для исчисления количества информации К. Шеннон предложил использовать заимствованную из статистической термодинамики вероятную функцию энтропии.
В диссертационной работе на базе информационного энтропийного подхода выводится, как основная характеристика гранулометрического состава зерносмеси, функция распределения по скорости витания для взвешенных в потоке воздуха смеси частиц, содержащих полноценный продукт и аэроотделимые примеси, обосновывается расчёт эффективности и удельной энергии процесса разделения частиц с разными показателями аэродинамического сопротивления. Эти материалы изложены в работе [92].
Известно, что функция распределения содержит исчерпывающую информацию о дисперсном составе зерновой смеси частиц. При этом аргументом данной функции может выступать как размер частиц, так и связанные с ним и более удобные для конкретного анализа величины: масса частицы, время осаждения её в осадочной камере и др. При исследовании проблемы пневмосепарирования сыпучей смеси в качестве аргумента выбирают так называемую скорость витания частицы, зависящую, в том числе, от размера частицы и ее удельного веса.
В предположении, что частица движется в вертикальном воздушном потоке под действием силы тяжести G и силы сопротивления воздуха Fc, под скоростью v витания частицы будем понимать относительную (по отношению к потоку воздуха) скорость частицы: U - скорость потока воздуха (переносная скорость).
Если ось у направлена вверх, то, имея в виду, что V U, скорость витания частицы v 0. При этом всегда гипотетически существует частица такого предельного диаметра d , при котором она под действием силы тяжести и силы сопротивления уравновешена, т.е. в абсолютной системе отсчёта находится во взвешенном состоянии (состоянии покоя или прямолинейного и равномерного движения), причём, относительная скорость частицы v = - U. В таком случае все частицы диаметром d d (соответственно, частицы, движущиеся со скоростью, меньшей скорости частицы критическим диаметром) уходят в зону очищенного продукта, а частицы диаметром d d (т.е. движущиеся со скоростью большей, чем скорость частицы критическим диаметром) - уносятся с потоком воздуха в относы. На этой концепции основан принцип пневмосепарирования.
Имея в виду, что в реальных условиях в процессе сепарирования зер-носмеси размеры разделяемых частиц имеют величину порядка 10"3 м, при скорости потока воздуха порядка 5...10 м/с и более, следует считать, что кинетика частиц в рабочем объёме воздушного сепаратора протекает при немалом значении числа Реинольдса. Поэтому в применяемых на производстве пнемосепарирующих каналах при разделении зернопродуктов в основном имеют дело с турбулентным режимом воздушного потока [21, 35].
Исходя из того, что кинематическая ситуация по скоростям частиц в потоке воздуха в условиях турбулентного режима движения его во многом отличается неясностью, при большом числе трудно учитываемых факторов, определение дисперсионного состава частиц по скоростям их витания в - данном потоке проводим на основе информационного подхода [42, 55, 69, 70,79]!
Данный подход к решению проблемы определения гранулометрии частиц дает возможность на основе известных статистических моментов различных порядков, таких как средний диаметр, стандартное отклонение и др., получить плотность и функцию распределения частиц в зависимости от значений этих параметров.
С целью исследовать дисперсионный состав смеси частиц рассматривают элементарный объем, в котором находится достаточное количество частиц смеси, в дополнительном предположении, что движение, как потока воздуха, так и взвешенных в нём частиц является одномерным. Тогда вероятность того, что в элементарном объеме имеются частицы, движущиеся со скоростями витания (v, v + dv) равна p(v)dv, где v - скорость витания.
Пусть на основе статистических измерений найдено медианное значение скорости витания v = V50 как условной скорости, при которой скорость витания всех частиц, движущихся медленнее или быстрее v , составляет 50 %, а также стандартное отклонение а как среднее квадратическое отклонение скорости витания v от v .
Для упрощения количественного моделирования задачи определения дисперсионного состава сыпучего материала, при нахождении плотности и функции распределения частиц по скорости витания вместо скорости v вре Несмотря на то, что заключающаяся в (2.2) - (2.4) информация сравнительно невелика, ее достаточно для определения плотности вероятности p(w), если всю недостающую информацию о распределении частиц по скорости витания пытаться получить как наиболее вероятную, используя для этой цели принцип максимальной информационной энтропии [79].
В качестве информационной энтропии, с помощью которой оценивают неопределенность распределения частиц по скоростям в элементарном объеме, принимаем:
Моделирование параметров работы воздушной системы
Найдено выражение для определения времени достижения частицей противоположной месту ввода продукта стенки канала, позволяющее теоретически оценить экспозицию процесса пневмо-сепарирования сыпучего материала. 5. Предложен метод прогнозирования технологической эффективности процесса пневмосепарирования двухкомпонентной сыпучей смеси на основе рассчитанных кинематических зависимостей для разделяемых частиц. 6. Предложен метод теоретического определения энергетических затрат на осуществление процесса пневмосепарирования сыпучей смеси. 7. Предложенный метод определения энергетических затрат на основе расчета сопротивления зернового слоя по формуле Шкля-рова С.С. при заданных значениях средней скорости воздушного потока, удельной зерновой нагрузке, размерах поперечного сечения пневмоканала позволяет теоретически определить расход воздуха для пневмосепарирования. 8. Получена регрессионная модель эффективности пневмосепарирования. 9. В системе COSMOSFlo Works разработана компьютерная модель функционирования диаметрального вентилятора, позволяющая разработать наиболее рациональную аэродинамическую схему. Обоснована перспективность применения компьютерного моделирования диаметральных вентиляторов к зерноочистительным машинам с пониженным воздухообменом. 10. Использована возможность современных CAD- и САЕ-систем для моделирования аэродинамических процессов в воздушной системе комбинированной зерноочистительной машины. В результате компьютерного моделирования получены значения различных физических параметров для аэродинамической схемы комбинированной зерноочистительной машины и выполнен качественный анализ процесса пневмосепарирования в разрабатываемой комбинированной зерноочистительной машине. Исходя из задач исследования и теоретических предпосылок, намечена следующая программа экспериментальных исследований замкнутой воздушной системы комбинированной зерноочистительной машины: о провести исследование и определить параметры рациональной аэродинамической схемы диаметрального вентилятора применительно к замкнутой воздушной системе комбинированной зерноочистительной машины; о определить аэродинамические свойства зерна пшеницы и примесей; о изучить распределение статических давлений по длине трассы воздушной системы, установить рациональное значение средней скорости воздуха в пневмосепарирующем канале, получить на основе измерений аэродинамическую характеристику вентилятора и определить его КПД, построить эпюры скоростей воздуха в пневмосепарирующем канале, а также выбрать рациональные схему и параметры осадочной камеры; о исследовать процесс осаждения аэроотделимых примесей в осадочной камере; о изучить влияние удельной зерновой нагрузки на эффективность процесса очистки зерна воздушным потоком. Для экспериментального исследования аэродинамической схемы диаметрального вентилятора использовался стенд, представленный на рис. 3.1, а его схема на рис. 3.2. . Стенд предназначен для определения аэродинамических характеристик диаметральных вентиляторов, полного давления Pv, развиваемого вентилятором, мощности на валу вентилятора NB, КПД вентилятора гв и исследования параметров воздушного потока внутри вентилятора. Вентилятор 1 (рис. 3.2.) установлен между двумя стенками 2, закрепленными на станине 11. Передняя стенка сделана из органического стекла, что позволяет визуализировать процессы, происходящие внутри вентилятора. Рабочее колесо диаметрального вентилятора закреплено консольно и приводится от асинхронного электродвигателя 4АХС71В4УЗ мощностью N = 0,55 кВт с частотой вращения п = 1500 мин"1 , КПД л = 68,5% и cos ф = 0,75 посредством клиноременной передачи 13. Рабочее колесо диаметрального вентилятора стенда идентично рабочему колесу диаметрального вентилятора экспериментальной установки. Вентилятор соединен с расширительной камерой 4 посредством переходного диффузора 3 внутри расширительной камеры установлена выравнивающая сетка 5. К фланцу камеры приварен коллектор 6 диаметром 130 мм. Образующей коллектора является лемниската с параметром а = 0,8. К коллектору присоединен диффузор 7, далее смонтирован прямик 8 и выходной конфузор 10. Корпус вентилятора выполнен по логарифмической спирали [56]. Регулировка расхода вентилятора осуществляется при помощи сменных диафрагм (бленд), поочередно вставляемых в кассету 9. Расширительная камера и коллектор снабжены штуцерами, к которым присоединяется микроманометр. При помощи стенда можно определять полное, статическое, динамическое давления, производительность вентилятора, КПД вентилятора и мощность на его валу. Для измерения активной и полной мощности к электродвигателю подключен ваттметр. Схема диаметрального вентилятора показана на рис. 3.3. При проведении исследований за основу была принята аэродинамическая схема диаметрального вентилятора, предложенная Романовым Г.И. [67].
Определение давлений по трассе воздушной системы комбинированной зерноочистительной машины
Как видно из показанной на рис. 4.10. характеристики, установка с нагнетательной стороны вентилятора выхлопного патрубка в форме конфузора с углом сужения (р = 5 является более предпочтительным и позволяет улучшить аэродинамические параметры воздушной системы комбинированной зерноочистительной машины.
Максимальная производительность QMAX диаметрального вентилятора не изменилась и составляет 0,2 м /с при снижении значения полного давления Pv на 4 Па. Некоторое снижение аэродинамических показателей работы диаметрального вентилятора связано с увеличением потерь давления на преодоление местных сопротивлений. Однако, увеличение скорости воздушного потока при сужении канала снизит вероятность осаждения циркулирующих пылевидных частиц в выхлопном патрубке вентилятора.
Для определения величин статического давления по трассе воздушного потока, циркулирующего внутри воздушной системы комбинированной зерноочистительной машины в боковой стенке корпуса были просверлены отверстия 0 1 мм. Сечения для измерения давлений по трассе были выбраны таким образом, чтобы в пневмосепарирующем и рециркуляционном канале было минимум по четыре сечения. Кроме того, сечения выбраны в осадочной камере в месте поступления в нее воздушного потока, а также во всасывающем и нагнетательном сечениях диаметрального вентилятора.
О работоспособности разрабатываемой зерноочистительной машины можно судить по полученному графику распределения статических давлений представленному на рис. 4.12. Экспериментальные исследования были проведены для двух различных положений выхлопного патрубка вентилятора (рис. 4.9.).
Влияние герметичности устройства ввода зерновой смеси в пневмосе-парирующий канал на эпюры скоростей в пневмосепарирующем канале и распределение статических давлений Ps по трассе изучали при полностью герметичной и полностью открытой питающей щели.
По оси ординат на графике обозначены значения статического давления Ps, а по оси абсцисс протяженность трассы воздушного потока.
Как видно из графика (рис. 4.12.), место ввода зерновой смеси в замкнутую воздушную систему и патрубок для вывода относов находятся в зоне отрицательных статических давлений, таким образом, исключается возможность выделения из них запыленного воздуха в рабочее помещение. Патрубок для вывода очищенного зерна находится в зоне положительных статических давлений, и, как видно из графика, величина на которую необходимо уменьшить статическое давление составит 30 Па в случае полностью герметичных устройств ввода и вывода зерновой смеси, и до 70 Па в случае не герметичности воздушной системы. Целесообразно произвести снижение линии статических давлений на величину Ps = 70 Па, путем организованного отвода 10 % циркулирующего внутри нее воздуха в атмосферу, т.е. присоединением замкнутой воздушной системы комбинированной зерноочистительной машины к аспирационной сети в месте перехода выхлопного патрубка диаметрального вентилятора в рециркуляционный канал.
Наиболее важным участком пневмосепарирующего канала является зона ввода в него исходной зерновой смеси. На этом участке происходит основной технологический процесс - выделение примеси из зерновой смеси. Исходя из этого, было принято решение изучить поле скоростей воздушного потока, зоне подачи зерновой и в самом пневмосепарирующем канале, соответственно, в сечениях 9 — 9и11 — 11 (рис. 4.11.). Замеры производились согласно рекомендациям, изложенным в [67]. Эпюры распределения скоростей воздушного потока показаны на рис. 4.13. и 4.14. При постановке задачи на данном этапе были рассмотрены работы [11, 56, 71, 81], где изучены закономерности распределения скоростей воздушного потока в каналах прямоугольного сечения. Результаты исследований этих авторов показывают, что неравномерность поля скоростей воздушного потока зависит от конструктивных параметров как самого пневмосепарирующего канала, так и трассы в целом.
Изучение характера течений воздушного потока в воздушной системе комбинированной зерноочистительной машине включало также и исследование неравномерности поля скоростей в сечениях 9-9и 11-11 пневмосепарирующего канала (рис. 4.11.).
