СУШИЛКА ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
DRIER FOR AGRICULTURAL CROPS

Изобретение относится к технике сушки, а именно к устройствам для сушки льняного вороха, семян льна, зерновых (рожь, овес, пшеница и т.д.), также может быть использовано для сушки мелких и крупных паковок льняной тресты.
Известна установка для сушки паковок (А.с. СССР №1486719, Кл. F26В 9/06, 1987), включающая сушильную камеру с перфорированным днищем, подвижную в вертикальном направлении и эластичным уплотнением по внутреннему периметру, конический колпак, размещенный в верхней части камеры, трубопроводы подачи и отвода сушильного агента.
Недостатком данной установки для сушки паковок является низкая производительность и качество сушки, обусловленные неэффективным использованием агента сушки.
Известна установка для сушки паковок льняной тресты, льносоломы, сена и других сельскохозяйственных материалов (Пат. РФ №2395767, Кл. F26В 9/06, 2009, прототип), содержащая цилиндрическую камеру с перфорированным днищем и эластичным уплотнением по внутреннему периметру, выполненную в виде двух полуцилиндров, установленных на вертикальной оси с возможностью раскрытия их относительно друг друга, колпак размещенный в верхней части камеры и подвижный в вертикальном направлении состоящий из диска с отверстием по центру и сопряженными с ним по наружному диаметру цилиндром, а по внутреннему с конусом, причем диаметр отверстия в диске меньше минимально допустимого диаметра паковки, трубопроводы подачи и отвода сушильного агента.
Недостатком данной установки является неэффективное использование сушильного агента из-за недостаточного теплообмена между теплоносителем и высушиваемым материалом и низкой производительности процесса.
В общем случае тепловой поток Ф (Вт) от источника тепла к нагреваемому материалу определяется уравнением закона Фурье (Членов В.А. Сушка сыпучих материалов в виброкипящем слое / В.А. Членов. - М.: Стройиздат. - 1967. - с.67-68)
<mrow><mi>Ф</mi><mo>=</mo><mi>α</mi><mo>⋅</mo><mi>F</mi><mo>⋅</mo><mi>θ</mi><mo>,</mo><mtext>                                                                                                 </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
2
где α - коэффициент теплообмена, Вт/(м·град),
2
F - действительная активная поверхность, через которую происходит теплообмен, м,
θ - средняя разность температур поверхности нагревания или теплоносителя и нагреваемого материала, град.
Из уравнения (1) следует, что процесс теплообмена может быть интенсифицирован тремя путями - увеличением F, θ, α.
Первый путь не приемлем для ряда культур из-за необходимости сохранения физиологических свойств семян, например льна (температура теплоносителя не должна превышать 45°С). Второй путь связан с усложнением и утяжелением сушильных устройств, что приводит к повышению их стоимости.
Наиболее перспективным является третий путь. Анализ работ в области тепло- и массообмена различных материалов показал, что вибрация при определенных параметрах увеличивает тепло- и массообмен тел со средой в 5…25 раз.
u
Вибрационные воздействия для интенсификации обменных процессов применяют для высушивания продукта и среды (в данном случае воздушной), в которой он находится, а также создания «виброкипящего слоя», используемого для сушки сыпучих и волокнистых материалов. Выбор частоты и амплитуды вибрации в соответствии с физико-механическими свойствами материала позволяет создать оптимальные условия для процессов, протекающих в его слое. Диапазон исследуемых частот находится в пределах 5…250 Гц. Интенсивность конвективного теплообмена в «виброкипящем слое» в сравнении с теплопроводностью в покоящейся среде характеризуется критерием Нуссельна N (Лачуга Ю.Ф., Ковалев М.М., Апыхин А.П. Интенсификация процесса сушки льняного вороха // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006. - №4. - С.4).
<mrow><msub><mi>N</mi><mi>н</mi></msub><mo>=</mo><mi>A</mi><mfrac><mi>B</mi><mrow><msqrt><mrow><mi>ω</mi><mi>D</mi></mrow></msqrt></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext>                                                                                             </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
где А - коэффициент зависящий от формы тела;
В - амплитуда изменения скорости, м/с;
-1
ω - циклическая частота, с;
2
D - коэффициент диффузии или температуропроводимость, м/с.
При постоянных А и D интенсивность тепломассообмена прямо пропорциональна изменению скорости и обратно пропорциональна корню квадратному из циклической частоты. Необходимо стремиться к увеличению скорости и снижению частоты. Например, эксперименты по сушке сепарированных головок льна в «виброкипящем слое» показали, что наибольший эффект получен при частоте колебания 16 Гц с амплитудой 5 мм (Лачуга Ю.Ф., Ковалев М.М., Апыхин А.П. Интенсификация процесса сушки льняного вороха // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006. - №4. - С.5).
Задачей изобретения является создание сушилки для сельскохозяйственных культур, преимущественно злаковых, семян льна, льняного вороха, паковок льняной тресты, обеспечивающей повышение производительности.
Технический результат от решения поставленной задачи заключается в ускорении процесса сушки сельскохозяйственных культур, снижении затрат теплоносителя.
Поставленная в изобретении задача достигается тем, что в сушилке для сельскохозяйственных культур, содержащей цилиндрическую камеру с перфорированным днищем и эластичным уплотнением по внутреннему периметру, выполненную в виде двух полуцилиндров, установленных на вертикальной оси с возможностью раскрытия их относительно друг друга, колпак, размещенный в верхней части камеры и подвижный в вертикальном направлении, состоящий из диска с отверстием по центру и сопряженными с ним по наружному диаметру цилиндром, а по внутреннему с конусом, причем диаметр отверстия в диске меньше минимально допустимого диаметра паковки, трубопроводы подачи и отвода сушильного агента, камера выполнена с возможностью поворота по днищу, а днище камеры снабжено амортизаторами и вибратором. Вибратор выполнен в виде диска с противовесом (дисбалансом), установленным с возможностью изменения радиуса вращения. Днище камеры снабжено окнами для осуществления сушки и выгрузки высушенного материала.
Установка в сушилке для сельскохозяйственных культур днища камеры на пружинных амортизаторах с возможностью совершать колебательные движения за счет вибратора увеличивает интенсивность (колебание днища передается высушиваемому материалу) тепло и массообмена между теплоносителем и продуктом сушки, что ускоряет процесс сушки и снижает затраты теплоносителя.
Выполнение вибратора в виде диска с противовесом, установленным с возможностью изменения радиуса вращения, позволяет изменять амплитуду колебательного движения днища камеры.
Установка цилиндрической камеры с возможностью поворота по днищу, снабженному окнами для осуществления сушки и выгрузки высушенного материала, позволяет значительно сократить продолжительность процесса перехода от операции загрузки сушимого материала до его сушки и выгрузки, что соответственно обеспечивает повышение производительности.
Изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 изображена сушилка для сельскохозяйственных культур, продольный разрез; на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вибратор.
Сушилка для сельскохозяйственных культур содержит цилиндрическую камеру 1, выполненную в виде двух полуцилиндров, установленных на вертикальной оси 2 с возможностью раскрытия их относительно друг друга и поворота по перфорированному днищу 3, имеющему пружинные амортизаторы 4, вибратор 5 и привод 6, снабженную замками 7, эластичными уплотнениями 8 по внутреннему периметру, при этом вибратор 5 выполнен в виде диска 9 с отверстиями 10 для крепления противовеса 11, установленного с возможностью изменения радиуса вращения, колпак 12, размещенный в верхней части камеры 1, состоящий из жестко соединенных диска 13 с отверстием по центру и сопряженными с ним по наружному диаметру цилиндром 14, а по внутреннему с конусом 15, и подвижный в вертикальном направлении с помощью привода 16, причем диаметр отверстия в диске 13 меньше минимально допустимого диаметра паковки, а днище 3 снабжено окном с трубопроводом 17 подачи сушильного агента и окном с трубопроводом 18 для транспортирования высушенного материала к месту хранения, трубопровод отвода 19 сушильного агента.
Сушилка для сельскохозяйственных культур работает следующим образом.
Цилиндрическая камера 1 с закрытыми замками 7 при поднятом колпаке 12 из позиции II разворачивается вокруг оси 2 и устанавливается на днище 3 в позицию I для загрузки высушиваемого материала 20, например головки семян льна. Загруженная камера 1 возвращается на позицию II, опускается колпак 12 до контакта поверхности диска 13 с поверхностью сырья 20, при этом эластичные уплотнения 8 плотно прилегают к цилиндру 14 и днищу 3. Затем агент сушки, нагретый калорифером или иным источником тепла, по трубопроводу 17 через перфорированное днище 3 камеры 1 нагнетается в объект сушки 20, отработанный теплоноситель выводится из сушильной камеры 1 по трубопроводу 19. Одновременно с подачей теплоносителя включается привод 6 вибратора 5. При вращении диска 9 с противовесом 11 вибратора 5 днище 3, установленное на пружинных амортизаторах 4, осуществляет колебательное движение. Изменением радиуса вращения противовеса 11 диска 9 регулируют амплитуду колебательного движения днища 3 камеры 1. За счет контакта днища 3 с сырьем 20 в последнем возникает эффект, так называемого «виброкипящего слоя», из-за чего активизируются теплообменные процессы, ускоряется процесс сушки. По окончании процесса сушки выключается вибратор 5, прекращается подача теплоносителя, поднимается колпак 12 приводом 16, камера 1 с материалом 20 разворачивается вокруг вертикальной оси 2 и устанавливается над местом выгрузки на позицию III. Высушенный материал 20 по трубопроводу 18 транспортируется к месту хранения, после чего камера 1 возвращается на позицию I для загрузки очередной партии сырья 20.