Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние и проблемы после-уброчной обработки и хранения зерна 12
1.1. Материально-техническая база послеуборочной обработки и хранения зерна в России 12
1.2. Тенденция развития системной номенклатуры хранения зерна 18
ГЛАВА 2. Классификационные признаки, технологические особенности и основные приемы хранения зерна 24
2.1. Обобщение классификационных, технологических и конструктивных признаков зернохранилищ 25
2.2. Технологические приемы хранения зерна и их особенности... 50
2.3. Краткий обзор и тенденции развития конструкций зернохранилищ 56
2.4. Анализ результатов исследований и выбор направления экспериментальных работ. 63
ГЛАВА 3. Анализ и методика рассчета процесса хранения зерна при вентилировании зерновой массы . 67
3.1. Исходные предпосылки для обоснования режимов хранения зерна при вентилировании зерновой массы 67
3.2. Анализ известных исследований по тепло-массообменным процессам в зерновой массе 70
3.3. Методика инженерного расчета основных параметров, способствующих влагоудалению из продуваемой зерновой массы 73
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования радиально продуваемого слоя зерна 80
4.1. Программа и методика лабораторных исследований 80
4.2. Методологический подход к расчету средней интегральной скорости воздуха в радиальном слое зерна 87
4.3. Результаты изучения влагоудаления и неравномерности распределения температур в радиально продуваемом слое зерна ... 89
4.4. Результаты изучения аэродинамического сопротивления емкостей заполненных зерном 95
4.5. Методика инженерного расчета сопротивления зерна, выбор параметров воздуха и режимов вентилирования радиального слоя. 98
ГЛАВА 5. Эксплуатационная проверка и экономическая оценка результатов исследований ... 101
5.1. Анализ климатических условий в период уборки зерновых в Центральном округе России 101
5.2. Описание аэродинамических систем, являющихся объектами исследований 104
5.3. Результаты изучения вентилирования зерновой массы атмо сферным воздухом 111
5.3.1. Результаты изучения вентилирования зерна в насыпи (бунтах) 111
5.3.2. Результаты изучения вентилирования зерна в кольцевом слое — 115
5.3.3. Результаты изучения вентилирования зерна в вертикально продуваемом слое 120
5.4. Эксплуатационно-экономическая оценка результатов исследований и перспектива промышленного производства зернохранилищ 127
1. Практическая реализация и изучение эксплуатационных возможностей хранения зерна в вентилируемых емкостях 127
2. Технолого-экономическая оценка эксплуатации вентилируемых металлических емкостей 133
3. Перспектива освоения производства металлических зернохранилищ арочного и цилиндрического типов 136
4. Рекомендации по хранению и режимам вентилирования зерна в зернохранилищах 144
Выводы и предложения 147
Литература 150
Приложения 157
- Материально-техническая база послеуборочной обработки и хранения зерна в России
- Обобщение классификационных, технологических и конструктивных признаков зернохранилищ
- Исходные предпосылки для обоснования режимов хранения зерна при вентилировании зерновой массы
- Результаты изучения влагоудаления и неравномерности распределения температур в радиально продуваемом слое зерна
Введение к работе
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 сбалансированные 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.
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 зернопроизводителеи 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 м /ч на тонну зерна; двухступенчатый подогрев воздуха (на 5 и 9°С), у немецкой конструкции - одна ступень до 7°С. 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. Од 8
нако, 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 венти-лирование, 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 ив 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 после И
дующим 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.
Материально-техническая база послеуборочной обработки и хранения зерна в России
Динамика производства зерна в России и основных зернопроизводящих странах мира [7] за последние годы свидетельствует о том, что в нашей стране, в отличие от зарубежных, имеет место существенный спад в его производстве. На этот спад, кроме экономического положения в стране, оказывают влияние ежегодные неоправданные потери убранного урожая; слабая и изношенная МТБ как у производителей, так и переработчиков зерна; отсутствие в России должного производства техники для обработки посевного (семенного) материала и зерносушилок технического уровня не ниже международных стандартов; практическое отсутствие отечественного производства металлических хранилищ для зерна.
Потери убранного урожая в России в наиболее неблагоприятные годы, как, например, 2003 год, достигают 50 процентов и более. При этом 2/3 потерь приходится на послеуборочную обработку и хранение урожая (см. табл. 1.1) [1]. Такое положение 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, особенного зерносушильнои, выпуск которой в настоящее время (за последние 5 лет) составляет в количественном сопоставлении 0,8... 1,2%, (в однотонном по производительности — 5...7% от достигнутого максимума), а также отсутствие промышленного производства механизированных зернохранилищ.
Такое положение с организацией МТБ повлияло на то, что в системе зер-нопроизводства России не был сформирован должный материально-технический парк технологических линий для послеуборочной обработки и хранения зерна. Да, и тот парк, который был организован в прошлом, существенно сократился и практически составляет (срок эксплуатации менее 15 лет), в физическом исчислении, в основном за счет импортной техники немецкого и польского производства (поставки по линии СЭВ), около 13...15% от достигнутого максимума 1981-1982 г.г. [1].
Все перечисленное отразилось на том, что основные зернопроизводящие регионы России: Центральный, Поволжский, ЦЧЗ, Северо-Кавказский, Уральский и Западно-Сибирский, которые производят до 85% зерна, оказались практически без зерносушильнои техники и механизированных зернохранилищ промышленного изготовления. Подобное состояние с МТБ послеуборочной обработки и хранения зерна привело и приводит к складированию свежеуб-ранного зернового вороха на площадках в бунты, что, в конечном счете, сказывается на значительных потерях и затратах труда у зернопроизводителей. К этому следует добавить, что эксплуатируемая в аграрном секторе России промышленного изготовления поточная техника для послеуборочной обработки зерна (около 75%) значительно превышает срок своей службы 10 лет, а зерносклады, предназначенные в основном для хранения семенного зерна, пришли к физическому и моральному старению.
Отрасли хлебопродуктов и производства кормов в России, рассчитанные в основном на прием, обработку, переработку и хранение больших объемов зерна, предварительно подработанных в хозяйствах-производителях, традиционно превосходили последние по оснащенности техникой. В силу сложившихся причин, в настоящее время, в этих отраслях подрабатывают менее 20% убираемого урожая. Подобная загрузка и неэффективное использование мощностей сказывается на моральном и физическом износе МТБ данных отраслей, а поддержание ее в рабочем состоянии, из-за необоснованности затрат и стоимости подработки зерна - на цене конечного продукта, например, хлебе.
Обеспеченность аграрного сектора России (статотчетность 1990 г.) поточными линиями для производства семян (зерна) составляла 20%. В основном семенной материал производители пытались и пытаются получить на разрозненных индивидуальных машинах, в т.ч. сушилках «самодельного» изготовления. Хранение кондиционных семян, в лучшем случае осуществляется в мешках или в складских отсеках с полом из дерева, а большей частью в складах или складских навесах насыпью. Все перечисленное существенно влияет на издержки производства и потери семян. При таком положении, по данным ВИМ [9], из года в год, производство (в прошлом) высококлассных семян (не ниже 1 класса) не превышало 30...40%, а в настоящее время - 5...8%.
Сложившимся условиям содействует и то, что отечественная промышленность не выпускала и не производит специализированной поточной техники для промышленного производства и хранения семян. Комплектация промышленных семенных предприятий в прошлом в стране осуществлялась в основном фирмами «Petkus» (ГДР), «Rofama» (Польша) и «Heid» (Австрия), которые не могли обеспечить производство этой техники в требуемых для страны объемах, да и стоимость ее была довольно высокая. К отмеченному добавим, что первые две фирмы поставляли почти 50% семяобрабатывающей техники для индивидуального использования на зернотоках. Прекращение централизованных поставок семяобрабатывающей техники и запасных частей к ней из-за рубежа существенно усугубило эксплуатацию еще функционирующей МТБ семеноводства России. Предлагаемая; на рынок разрозненная техника предприятия ОАО «Воронежзерномаш» неконкурентоспособна с импортной, да и технический уровень ее значительно снизился (рис. 1.1).
Обобщение классификационных, технологических и конструктивных признаков зернохранилищ
Создание и внедрение системной номенклатуры, также как и многофункциональной инфраструктуры зернохранения, невозможно без разработки и постановки на производство соответствующей техники и оборудования, которые обеспечили бы комплектацию МТБ на объектах назначения [7]. Анализ технологических схем и техники для различных объектов хранения [43, 64] показывает, что для поточной обработки зерна (наиболее приемлемый набор технологических операций), можно применить технологии, используемые в Англии, Германии, Швеции и Финляндии, т.к. в них учитываются условия рискованного производства зерна, которые специфичны для России. Технологии, применяемые в этих странах, включают в себя следующие основные операции: прием зернового вороха; предварительную отчистку его от соломистых, мелких и крупных примесей; временное хранение предварительно очищенного зерна; сушку зерна до базисных кондиций по влажности; первичную и окончательную очистку сухого зерна до базисных кондиций по назначению, а семян - по классности; длительное хранение кондиционного материала. В некоторых слу чаях используется временное хранение и накапливание зерна после сушки. Та кой технологический прием позволяет исключить пересушку зерна, снизить до 20% тепловой энергии в процессе сушки и, за счет накапливания зерна, обеспечить паспортную производительность зерноочистительных машин на последующих операциях.
Из перечисленных технологических операций, три приходятся на хранение зерна, т.е. в системной номенклатуре многофункциональной инфраструк туры, она является одной из основных функциональных составляющих. Причем каждая из трех операций соответствует различной технологии хранения. Первая - временное хранение предварительно очищенного зерна, влажность которого может быть более 35%. Вторая — временное хранение высушенного (14...16%) зерна. Третья - длительное хранение кондиционного зерна (13...15%). Такое разнообразие в условиях хранения зерна требует, по-видимому, и использования различных конструкций зернохранилищ. В этой связи, когда у зернопроизводителей практически нет МТБ для хранения убранного урожая, а в других отраслях, связанных с хранением и переработкой зерна, она требует капитальной модернизации, возникает необходимость поиска оптимальных конструкций емкостей (силосов), способных обеспечить сохранность зерна, при перечисленных технологиях и условиях его хранения. Приемлемое решение данной задачи возможно найти из анализа и обобщения известных технолого-конструктивных систем зернохранилищ, которые используются и применяются в мировой и отечественной практике хранения зерна. Многообразие классификационных признаков, присущих зернохранилищам, не позволило до сих пор создать единой системы их классификации, без которой весьма сложно отдать предпочтение той или иной конструкции, выбрать правильное решение при их разработке и обосновать режимы эксплуатации в зависимости от использования в технологической линии требуемого назначения и условий хранения зерна. В данной работе, попутно с целью описания известных систем для хранения зерна и входящих в них элементов конструкции, нами сделана попытка, составить такую классификацию. Она включает в себя четыре составляющих признака постоянства объекта в виде зернохранилища (см. табл. 2.1). К этим признакам мы отнесли (рис. 2.1): технологию хранения зерна, конструкцию единичного хранилища, режим работы и технологическую схему аэродинамической распределительной системы и варианты компоновок единичных хранилищ. Технология хранения зерна в первую очередь зависит от способа его хранения. Так, до периода начальной стадии первого этапа индустриального производства зерна (конец XIX - начало XX веков), временное хранение его осу ществлялось на открытых площадках (бунтовой) или зернохранилищах - амба рах (складской напольно-горизонтальный), возводимых, как правило, из мест у ных строительных материалов (дерева, кирпича, каменных обтесанных блоков, глины и т.д.). Длительное хранение осуществляли в зернохранилищах (амбарах) или в специально оборудованных ямах (траншейный), которые закрывали различными теплоизоляционными материалами (сучьями, соломой и т.д.) и засыпали землей. Такие способы хранения зерна были распространены в Европе, Америке и России.
Исходные предпосылки для обоснования режимов хранения зерна при вентилировании зерновой массы
Обобщая материалы исследований, изложенные в главах 1 и 2, можно заключить, что сохранность убранного урожая, особенно семян, является основной и неотъемлемой частью технологического процесса в производстве зерна. Компановки хранилищ и их индивидуальные конструкции имеют множество как технологических, так и инженерных решений. Однако, учитывая накопленный опыт как у нас в стране, так и за рубежом, можно предложить следующие технологические и технические решения для обеспечения сохранности и снижения потерь урожая у зернопроизводителей: в комплексах по послеуборочной обработки зерна обязательными элементами технологии должны быть силоса для временной консервации или хранения влажного и высушенного зерна, а для длительного хранения зернохранилища промышленного изготовления; для временного хранения влажного и высушенного зерна целесообразно использовать емкости с радиальной для длительного хранения кондиционного зерна, в зависимости от его объема, целесообразно использовать силоса или металлические сооружения для напольного хранения с вертикальной продувкой зерновой массы через воздухораспределительные аэродинамические системы различного конструктивного исполнения.. Эти положения, как основополагающие и были использованы в программе наших исследований в данной работе. Кроме этого, принималось во внимание, что металлические зернохранилища имеют следующие преимущества: промышленные методы изготовления и монтажа обеспечивают снижение капитальных затрат в 2 - 3 раза, трудоемкость в 4 - 5 раз и сокращение сроков монтажа до нескольких дней; возможность использования таких хранилищ на всех четырех видах объектов хранения зерна [6], особенно у его производителей, с увязкой в один уборочно-послеуборочный технологический комплекс; широкое использование методов активного вентилирования и других технологических приемов в период временного хранения зерна, а после сушки последнего, длительное его складирование с минимальными потерями; осуществление полной механизации погрузочно-разгрузочных работ и обеспечение наименьших (технических) потерь убранного урожая. Целесообразность широкого использования металлических зернохранилищ подтверждается и значительным зарубежным опытом. Ряд стран (США, Германия, Франция, Великобритания, Канада и др.) широко эксплуатируют такие зернохранилища более 50 лет. Однако, хранение зерна в металлических (в основном цилиндрических) зернохранилищах значительной вместимостью имеет определенные специфические признаки или особенности. Во-первых, такие силосы непригодны для хранения зерна влажностью выше 20%, т.к. в этом случае возникает опасность его быстрой порчи и трудности, особенно экстренной выгрузки влажного зерна. Во-вторых, при хранении зерна имеет место возникновение разности температур у стенок и в центре емкости. Причем зимой и летом градиент температуры меняется. В течение срока хранения, в зависимости от климатических особенностей региона, он перемещается по объему зерна. В-третьих, температурный градиент обуславливает и перемещение влаги в насыпи зерна в направлении его движения, которое может привести к образованию очагов повышенного увлажнения, особенно если на хранение закладывалось зерно неоднородное по влажности, к его порче. В-четвертых, сама оболочка металлического силоса поддается атмосферному температурному воздействию, от которого она сокращается или расширяется, а находящаяся в силосе зерновая масса в первом случае уплотняется и сжимается, а во втором - разрыхляется, что способствует перемещению и внутренней миграции зерна по массе. При этом в металле происходит постоянная смена напряжений. В-пятых, в силосах больших диаметров (15 метров и более) трудно обеспечить равномерную загрузку зерном, которая вызывает неравномерное напряжение в оболочке силоса.
При таких условиях необходимо иметь четкие рекомендации по использованию металлических зернохранилищ (особенно большой вместимости) в зависимости от регионов их использования и кратности разгрузки-выгрузки. Другая проблема, связанная с наращиванием объемов производства и снижения потерь убранного урожая, состоит во внедрении в России аграрно-промышленного производства зерна. При решении ее необходимо рассмотреть специфику и обосновать содержание (в т.ч. номенклатуру) базовых принципов хранения зерна по объектам их назначения, размерам, территориальному размещению и составу оборудования. При этом следует учитывать экономические и рыночные отношения, которые имеют место, и будут образовываться в перспективе. В этой связи, на первом этапе реализации перечисленного, и необходимо внедрить систему хранения для производителей зерна, которая до настоящего времени в нашей стране не разработана, а техника и оборудование практически не выпускается. При решении этой задачи, особое внимание следует уделить промышленному производству технических средств для системы хранения семян, с учетом регионов их районирования и распространения. Так как решение данной проблемы является обоснование и постановка к реализации многофункциональной технологической, проектной и конструкторской задачи, то в нашей работе, как один из этапов перечисленного, выбраны в виде объектов исследований, системы хранения зерна при вертикальной и радиальной продувке зерновых масс.
Результаты изучения влагоудаления и неравномерности распределения температур в радиально продуваемом слое зерна
Данная серия опытов позволила проследить влияние температуры атмосферного воздуха на изменение температуры зерна в вентилируемом радиальном слое в зависимости от его исходной влажности и температуры, толщины слоя, удельного расхода воздуха, продолжительности и цикличности вентилирования.
На рисунке 5.9 показаны результаты изучения условий хранения зерна в четырех емкостях СЗЦ — 1,5 (рис. 5.4, а). Исходная температура зерна при засыпке в емкости находилась в пределах от 7 до 11,5С и влажности от 17,5 до 21,6%. За двое суток (44 часа) пребывания зерна в емкостях температура атмосферного воздуха применялась ночью до -1,0 и днем до +13С при относительной влажности 53.. .64%. Анализ графических зависимостей показывает, что хранение зерна в кольцевом слое толщиной 550 мм имеет тенденцию к прямой зависимости от температуры атмосферного воздуха. С повышением или понижением последней аналогично изменяется и температура зерна. Часовое вентилирование зерновой массы в ночное время (в 23 часа), способствовало некоторому снижению температуры зерна и, в основном, стабилизировало ее до 10 часов утра. После этого времени, с увеличением температуры атмосферного воздуха, поднималась и температура зерновой массы. Последующие наблюдения (27.08) за изменением температур атмосферного воздуха и зерна показали практическое соответствие результатам наблюдениям предыдущего дня (26.08).
Результаты данных исследований позволяет сделать вывод в том, что на хранение зерна в емкостях с кольцевым слоем 550 мм, независимо от его исходной влажности и температуры, существенное влияние оказывает температура атмосферного воздуха. Повышение или понижение его соответствует аналогичному колебанию температуры зернового слоя. При этом влияние места расположения слоя относительно входа воздуха в воздухораспределитель (рис. 5.4, а см. установка термодатчиков) на изменение температуры зерна нами не зафиксировано. В этом случае, можно предположить, что толщина такого слоя зерна не создает должного сопротивления для естественной аэрации зерновой массы атмосферным воздухом. При этом, воздух в зерновую массу может поступать как через наружную перфорацию корпуса емкости СЗЦ- 1,5, так и через ее вентиляционную систему, т.е. через вентилятор и воздухораспреде-литель.В первом варианте, аэрация может иметь место за счет наружной скорости атмосферного воздуха, который встречает сопротивление емкости. Во втором, когда скорость атмосферного воздуха около, емкости равна нулю, за счет перепада давлений внутри аэродинамической системы, емкости, происходит самотяга воздуха через нее и зерновой слой. При этом ночная температура атмосферного воздуха может стабилизировать температуру зерновой массы и без работы вентилятора. Таким образом, можно сделать вывод, что длительное хранение зерна в подобных емкостях при значительных положительных температурах атмосферного воздуха (20С и более) весьма проблематично, особенно при повышенной его влажности. Временное хранение зерна в таких емкостях возможно при наличии зерносушилок.
Изучение условий хранения зерновой массы в течении 96 часов в кольцевом слое толщиной 1160 мм (рис. 5.10) показало, что изменение положительной температуры атмосферного воздуха от 3 до 15С, практически не влияет на исходную температуру зерна, если она была около 11С. Предварительное непрерывное вентилирование, около 18 часов, а затем с цикличностью ежесуточно с 6 до 7 часов утра позволяют гарантированно поддерживать температуру зерна практически на одном уровне. Следует заметить, что вентиляционные системы емкостей СЗЦ-1,5 и К-878 аналогичны (рис. 5.4), но толщина вентилируемого слоя во второй емкости почти в 2,3 раз больше. Сопоставительный анализ графических зависимостей (рис. 5.9 и рис. 5.10) показывает, что уровень изменения температур зерна при его хранении в этих емкостях различный. Во втором опыте температура зерновой массы отклонялась от установившейся после непрерывного вентилирования в основном в сторону снижения в диапазоне 0,5...1,0С, что сопоставимо с оценкой пределов ошибки измерений (10%). В первом опыте такое отклонение максимально составило около 6С. Q3l «»c
Полученные результаты свидетельствуют о том, что после поступления зерна на хранение, непрерывное его вентилирование в кольцевом слое толщиной 1160 мм в течение 15...20 часов при температуре атмосферного воздуха в пределах 6... 12С, способствует стабилизации температуры зерновой массы. Последующая циклическая ежесуточная одночасовая продувка последней с 6 до 7 часов утра поддерживает стабильность полученной зерном температуры. Данной серией опытов, в т.ч. с емкостями СЗЦ-1,5, определено и подтверждено, что цикличность колебаний температур аналогична результатам анализа. Таким образом, в металлических емкостях с кольцевым слоем зерна толщиной 1160 мм можно хранить свежеубранное зерно. При этом, данная толщина слоя не способствует естественной аэрации зерновой массы. В таких емкостях можно осуществлять гарантированное временное хранение влажного (19,5%) зерна при температуре атмосферного воздуха не менее 15С, в течение нескольких суток.
