УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ РУЛОНОВ ЛУБЯНОГО СЫРЬЯ

Полезная модель относится к области сельскохозяйственного оборудования и предназначена для сушки паковок лубяного сырья, преимущественно рулонов льна.
В настоящее время на льнообрабатывающих предприятиях достаточно широко применяются машины для сушки рулонов льняной тресты СЛР-3М2. Результат сушки в этих машинах во многом зависит от начальной влажности и плотности прессования сырья в рулонах, а также от неравномерности распределения этих параметров по объему рулона. При этом, учитывая одновременность сушки нескольких рулонов, наличие отличий в начальных параметрах рулонов между собой будет вызывать неравномерность сушки рулонов по отношению друг к другу. Такая неравномерность, в конечном итоге, означает возможное неоптимальное значение влажности льняной тресты после сушки (когда фактическая влажность льняного сырья не соответствует технологической, обеспечивающей наилучшие результаты переработки), а также отрицательно влияет на эффективность использования потенциала сушильного агента.
Для уменьшения неравномерности высушивания материала в рулонах целесообразно использование в сушильной машине автоматической системы управления.
Известны устройства для сушки или досушивания рулонов сельскохозяйственного сырья, оснащенные подобными системами [см., например, Пат. №2524265. Российская Федерация. Устройство для сушки рулонов льна / Шушков Р.А. и др.; патентообладатель ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. - Опубл. 27.07.2014 - Режим доступа: 1.; Пат. №2449533. Российская Федерация. Устройство для досушивания рулонов сельскохозяйственных культур / Терентьев А.В. и др.; патентообладатель ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. - Опубл. 10.05.2012. - Режим доступа: 1.]. Их общими недостатками являются сложность технологии и конструкции, неравномерность сушки, а также большая металлоемкость, высокая вероятность повреждения досушиваемого материала дополнительными конусными штырями, неэффективное использование теплоносителя.
Наиболее близкой по сути, принятой в качестве прототипа заявленной полезной модели, является сушильная машина для тресты СЛР-3М2 [Новиков Э.В. Оборудование для сушки лубоволокнистых материалов: конструкции и расчеты: учебное пособие / Э.В. Новиков. - Кострома: Изд-во Костром, гос. технол. ун-та. - 2009. - 123 с. ]. К числу ее недостатков следует отнести регулирование процесса сушки вручную, что увеличивает трудоемкость процесса сушки и в некоторой степени снижает его эффективность в силу органолептического контроля регулируемых параметров, наличие дроссель-клапанов (клапанов, как указано в прототипе) для изменения количества сушильного агента, подаваемого к месту сушки, для которых характерно большое усилие на привод затвора, большое гидравлическое сопротивление, наличие противодавления рабочей среды.
Технической задачей полезной модели является снижение материалоемкости, энергоемкости устройства для сушки, повышение эффективности его работы.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в упрощении конструкции элементов, регулирующих подачу сушильного агента, что снижает материале- и энергоемкость устройства в целом, в повышении эффективности использования потенциала сушильного агента за счет управления воздушными потоками, а также в снижении трудоемкости обслуживания устройства за счет использования автоматической системы управления подачи воздуха к месту сушки.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-4.
На фиг. 1 изображена структурная схема системы автоматического управления подачи воздуха к каждому рулону.
Фиг. 2 представляет собой геометрическую модель устройства для сушки рулонов, где 1 - рулоны тресты (домены RULON, RULON1, RULON2); 2 - нижний воздухораспределитель (домен Niz); 3 - верхний воздухораспределитель (домен Verh); 4, 5 - отводящий и подводящий воздуховоды (домены VOUT, VIN); 6 - области между верхним воздухораспределителем и рулонами (домены KV, KV1, KV2); 7 - области между нижним воздухоразпределителем и рулонами (домены KN, KN1, KN2).
На фиг. 3 приведена графическая зависимость изменения средней влажности рулонов в процессе сушки.
На фиг. 4 представлена графическая зависимость изменения максимальной влажности рулонов в процессе сушки.
Полезная модель в сравнении с сушильной машиной СЛР-2М дополнительно содержит датчики влажности под каждым из воздухонепроницаемых чехлов мест сушки рулонов, блок управления и исполнительный механизм. Датчики влажности закрепляют на высоте, большей максимально возможной высоты рулона льняного сырья. В качестве исполнительного механизма используются заслонки, заменяющие дроссель-клапаны.
В основу работы устройства положен принцип отсоса влажного воздуха из рулона. Рулоны устанавливают вертикально на круглое основание, накрывают воздухонепроницаемыми чехлами, например, брезентовыми рукавами, которые закрепляют на корпусе устройства. Подготовка сушильного агента осуществляется вне устройства, например, в тепловентиляторе/теплогенераторе. Достижение требуемых давления и скорости движения сушильного агента обеспечивается вентагрегатом, подающим поток агента в нижний воздухораспределитель, имеющий под каждым из рулонов отверстия с закрепленными в них заслонками, связанными с блоком управления. Сушильный агент просачивается через рулон снизу вверх, а его влажность контролируется датчиками, закрепленными в отверстиях верхнего воздухораспределителя, сигнал от которых передается в блок управления. Отработавший сушильный агент через отверстия верхнего воздухораспределителя, расположенные над каждым воздухонепроницаемым чехлом, герметично соединенным с верхним воздухораспределителем, поступает в последний и отводится из устройства.
Блок управления функционирует по принципу управления по отклонению (принципу обратной связи), при этом в роли регулируемого параметра системы выступает влажность теплоносителя, выходящего из рулона. Поскольку эта характеристика выходящего воздуха позволяет косвенным образом объективно оценить текущее состояние влажности высушиваемого материала. Снижение значения влажности воздуха ниже задаваемого уровня означает, что проходящий через рулон сушильный агент уже не насыщается влагой, то есть рулон высушен.
В результате сравнения сигнала датчика влажности воздуха U с заданным значением влажности Uz (см. фиг. 1), система управления в нужный момент времени инициирует соответствующее управляющее воздействие Y. В основе работы регулятора САУ лежит двухпозиционный (релейный) закон регулирования, который оценивает ошибку рассогласования Е. В качестве исполнительного механизма используются заслонки, которые могут находиться в двух положениях - «открыто» или «закрыто». Данные заслонки устанавливаются в отверстиях нижнего воздухораспределителя, расположенных под каждым из рулонов, вместо дроссель-клапанов и позволяют полностью перекрывать подвод сушильного агента к каждому рулону в случае достижения агентом заданного значения влажности. При этом после перекрытия подвода теплоносителя к высохшему рулону, весь теплый воздух устремляется к оставшимся двум недосушенным рулонам, тратя только на них свой энергетический потенциал, что ускоряет их сушку. После высыхания второго рулона весь воздух направляется в последний рулон, досушиваемый при максимальном расходе сушильного агента.
Для оценки эффективности работы заявленного устройства разработана компьютерная модель процесса сушки рулонов тресты. Геометрическая модель сушильной машины создана в среде DesignModeler ANSYS WorkBench, размеры соответствуют сушильной машине СЛР-3М2, вентилятор и калорифер не воспроизводились. Модели создавались состоящими из отдельных 3D объектов (доменов) (фиг. 2), с назначением соответствующих интерфейсов, задающих внутренние краевые условия. Сушка производится при температуре горячего воздуха 90°С и относительной влажности 11%. Разрежение, создаваемое вентилятором, 2200 Па, расход воздуха при этом разрежении составил 8520 м3/ч. Смена направления подачи воздуха через 60 с, рециркуляция не используется. Начальная влажность тресты 36%. Также задавалось значение относительной влажности воздуха на выходе из рулона, при котором прекращается подача воздуха, на уровне 20%.
Результаты моделирования приведены на фиг. 3-4.
После высыхания рулона RULON2 через 1500 с (кривая 3 фиг. 4), подача воздуха к нему прекращается и его влажность далее остается постоянной. Через 2000 с высыхает рулон RULON1 (кривая 2 фиг. 4), после чего оставшийся рулон RULON (кривая 1) высыхает до максимальной влажности 25% уже через 100 с. Таким образом, общее время сушки рулонов составляет 2100 с. При этом после отключения подачи воздуха в уже высохшие рулоны, относительная влажность выходящего воздуха повышается, а температура падает.
Средняя тепловая мощность калорифера, по данным расчета, составила 185 кВт; при времени сушки до максимальной влажности 25% 2100 с затраты тепла равны 388 МДж. Удельный расход тепла на 1 кг испаренной влаги получается на уровне 2,7 мДж/кг.
Таким образом, время сушки трех рулонов на модернизированной машине СЛР-3М2 сокращается с 4100 с до 2100 с, или в 1,95 раза, а удельный расход тепла (без учета потерь в окружающую среду) - с 5,43 мДж/кг до 2,7 мДж/кг, или в 2 раза.
Приведенные расчетные значения контролируемых параметров процесса сушки свидетельствуют об эффективности предложенной конструкции.