Условия эффективного разделения пивной дробины в вибрационно-центробежной центрифуге

междискового пространства. Величина коэффициента зависит от расстояния между следами дисков, диаметра диска и угла его установки к направлению движения агрегата;

— дисковая борона с Х-образным расположением осей имеет значение коэффициента обработки междискового пространства, равное единице, при следующих параметрах: диаметр диска — 0,8 м, расстояние между соседними дисками на оси — 0,28 м; диаметр сферического диска — 0,66 м расстояние между соседними дисками — 0,22 м;

— дискатор с установкой сферических дисков диаметром 0,56 м на индивидуальной оси и расстоянием между дисками в ряду 0,25 м имеет значение коэффициента обработки междискового пространства, равное 0,8 при угле их установки к направлению движения 20°;

— дисковая борона диаметром 0,8 м и расстоянием между дисками на оси 0,28 м обеспечивает полную обработку междискового пространства при угле атаки 24°. Дисковая борона с диаметром диска 0,66 м и расстоянием между дисками на оси 0,22 м обеспечивает полную обработку междискового пространства при угле атаки, равном

18°. Дискатор, оснащённый диском диаметром

0,56 м и установленный на индивидуальной оси

с расстоянием между соседними дисками в ряду

0.25.м, не обеспечивает полноту обработки почвы

за один проход.

Литература

1. Припоров Е.В. Центробежный аппарат с подачей материала вдоль лопаток // Инновации в сельском хозяйстве. 2016. № 3 (18). С. 243-247.

2. Припоров Е.В., Юдт В.Ю. Анализ дисковых орудий с четырёхрядным расположением сферических дисков // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2016. № 118. С. 1413-1427.

3. Левченко Д.С., Припоров Е.В. Анализ сошников сеялок ресурсосберегающих технологий посева зерновых культур // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2015. № 109. С. 379-391.

4. Припоров Е.В. Технологическая колея и проблемы её создания // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 2 (64). С. 82-84.

5. Припоров Е.В. Анализ факторов, влияющих на ширину полос технологической колеи // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 5 (61). С. 57-59.

6. Сохт К.А., Трубилин Е.И., Коновалов В.И. Дисковые бороны и лущильники. Проектирование технологических параметров. Краснодар: КубГАУ, 2014.

7. Канарёв Ф.М. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия. М.: Машиностроение, 1983.

Условия эффективного разделения пивной дробины в вибрационно-центробежной центрифуге

В.Н. Николаев, к.т.н., М.С. Ахметвалиев, соискатель, А.В. Литаш, соискатель, В.В. Первушин, магистрант, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ

Высокий уровень продуктивности сельскохозяйственных животных, их здоровье и качество получаемой от них продукции во многом зависят от полноценного кормления, формирования прочной кормовой базы и рационального использования всех кормовых источников для балансирования рационов. В пополнении кормовой базы весьма актуально использование побочных продуктов пивоваренного производства: пивной дробины, солодовых ростков и дрожжей. Исходная пивная дробина обладает высоким количеством воды. В 1 кг пивной дробины содержится 0,8 ЭКЕ, 42 г переваримого протеина. Крупному рогатому скоту выдают в составе кормовой смеси до 20 кг пивной дробины, свиноматкам и хрякам — 4—6 кг на голову в сутки. Пивная дробина, прошедшая сушку, является очень питательным концентрированным кормом. Она используется в качестве сырья в приготовлении комбикормов [1].

В решении проблемы утилизации отходов пивоваренного производства и реализации их в качестве кормовых добавок актуальным вопросом является разработка прогрессивного ресурсосберегающего оборудования [2, 3].

Известно, что основным недостатком пивной дробины является относительно небольшой срок хранения из-за высокой влажности, создающий ряд проблем при её использовании [2-4], поэтому необходимо проводить обезвоживание пивной дробины в центрифугах с последующей сушкой или прессованием, что позволит длительное время хранить сухой корм до его реализации.

Цель исследования - определение условий эффективного разделения пивной дробины в вибрационно-центробежной центрифуге на густую и жидкую фракции.

Материал и методы исследования. Для разделения пивной дробины на жидкую и густую фракции нами предложена вибрационно-центробежная центрифуга [5-8], в которой ротор снабжён перфорированными прямолинейными и криволинейными лопастями, установленными друг за другом по ходу его вращения, и он совершает осевые вибрации в вертикальной плоскости перпендикулярно плоскости своего вращения.

На рисунке 1 представлена схема разделения пивной дробины на жидкую и густую фракции на лопастях ротора предлагаемой вибрационно-центробежной центрифуги. Эта схема поясняет, что исходная масса пивной дробины в первую очередь подаётся на прямолинейную лопасть с прямоугольными отверстиями высотой до 2 мм.

На этой лопасти осуществляется первичная фильтрация пивной дробины, большая её часть густой фракции задерживается и центробежными силами выбрасывается из центрифуги. Жидкая фракция пивной дробины с твёрдыми частицами меньше 2 мм попадает для окончательного разделения по такому же принципу на криволинейную лопасть с прямоугольными отверстиями высотой до 0,25 мм. В результате очистки жидкой фракции от твёрдых частиц на криволинейной лопасти она собирается в патрубки для удаления из центрифуги.

В итоге происходит дифференциация (распределение) исходной массы жидкого потока в процессе разделения пивной дробины на жидкую и густую фракции и обеспечение тем самым равноутолщённого слоя фильтруемого материала по всей поверхности лопастей вращающегося ротора с осевыми колебаниями, которые способствуют эффективной фильтрации и снижают забивание отверстий перфорированных лопастей.

В создании непрерывного технологического процесса центрифуги необходимо взаимно увязать между собой производительность операций: подачу исходной массы пивной дробины и обработку её на роторе. При этом обеспечение условий непрерывности потока и баланса влаги математически выражается зависимостью:

о. ^ п • о+ег),

где п — количество пар прямолинейной и криволинейной лопастей на роторе, шт.;

— производительность подачи исходной пивной дробины в ротор центрифуги, кг/с; 0ж — производительность центрифуги по выходу жидкой фазы (фильтрата), кг/с.

Производительность подачи исходной пивной дробины в ротор центрифуги рассчитывается как:

Ои = ррд  Яжс  Vи = ррд  ^. ,

где рпд — плотность исходной пивной дробины, кг/м3;

Бжс — площадь живого сечения подачи, м2;

— скорость движения пивной дробины по лопасти, м/с;

Ф — коэффициент истечения. Производительность центрифуги по выходу жидкой фазы (фильтрата) рассчитывается как:

=Рж  ^  ^  пл,

где рж — плотность фильтрата, кг/м3;

| — удельная площадь отверстий фильтрационной поверхности;

Ел — площадь фильтрующей поверхности ло-

л

пасти;

— скорость фильтрации, м/с. Выражение удельной площади отверстий фильтровальной поверхности имеет вид:

f.=_oms_ п

j j-i оте

F е

где Some — площадь одного отверстия фильтрационной поверхности, м2;

Fe — единица площади фильтрующей поверхности, м2;

потв — количество отверстий на единице площади фильтрующей поверхности. Площадь лопасти рассчитывается по выражению:

F = H L ,

л л л' 4 '

где Нл — высота лопасти, м; Ьл — длина лопасти, м.

Результаты исследования. Длину прямолинейной лопасти определим исходя из размеров ротора центрифуги (рис. 2).

Длина прямолинейной лопасти Lp определяется как:

= гд - у COS 63

Lл = ;; ,

cos 02

где r0 — радиус горловины ротора центрифуги, м; rg — радиус ротора центрифуги, м. Углы треугольника Аг0гдLp можно рассчитать как:

Исходная масса

Рис. 1 - Схема разделения потока пивной дробины на лопастях вибрирующего ротора

89

0j = 180-a + ß;

02 = asin

^ • sin 01

03 = 180-(0j + 02), где a — угол установки лопасти, град.; Р — угол атаки лопасти, град.

LKp =-

180

где Ял — радиус пасти, м;

кривизны криволинеинои ло-

\ук - угол сектора круга, град. Угол сектора круга рассчитаем по выражению:

ук = a cos

1 -

a

2R2 I'

л J

где a — хорда дуги окружности, м.

Выражение хорды дуги окружности имеет вид:

а = 7г2 + гд - 2г0гд 008 Уз.

Углы треугольника Ьг0гда рассчитываем как:

у1 = 90 + а + Р;

Y 2 = asin

- • sin y1

Y3 = 180-(Y1+Y J-

Рис. 2 - Схема прямолинейной лопасти ротора центрифуги

Угол установки и угол атаки во многом зависят от физико-механических свойств пивной дробины, а также от конструкции перфорированных лопастей. Наибольшее влияние на углы оказывает коэффициент трения, который мы принимаем постоянным, так как воздействие осевой вибрации при разделении суспензии пивной дробины на изменение коэффициента трения незначительно. Вибрация оказывает большее влияние на увеличение коэффициента проницаемости. Вследствие этого угол атаки выбираем в пределах изменения эффективного угла трения пивной дробины по перфорированным лопастям, который составляет от 45-55°.

Длина криволинейной лопасти (рис. 3) определится, как:

Рис. 3

Схема криволинейной лопасти ротора центрифуги

Скорость фильтрования или скорость прохождения жидкой фазы через перфорированную перегородку для лопастной вибрационно-центробежной установки [9]:

кс г,

= — • Fr •

где - скорость фильтрования, м/с;

ц - кинематическая вязкость суспензии, 10-6 м2/с;

кс - коэффициент проницаемости суспен-

зии, м2

g - ускорение свободного падения, м/с; Ег - фактор разделения.

Коэффициент проницаемости кс В.И. Соколов [9] предлагает определять как:

к =

0.246 • Б'

* 52 (1 - В)2 где В - часть объёма суспензии, занятая дисперсной средой (В и 0.7);

S - удельная поверхность частицы, 1/м.

Удельную поверхность частицы определяем как: ? 6

х-Т.-

где йэ - эквивалентный диаметр частицы.

С учетом (17) и (18) уравнение (16) примет вид:

0.246- Б3 -d'

Fr-,

зб^

Одним из главных параметров центрифуг, определяющим напряжённость силового центробежного поля, является безразмерная величина — фактор разделения ¥г Фактор разделения показывает, во сколько раз развиваемое ускорение центробежного поля больше ускорения гравитационного поля в данной центрифуге и определяется по формуле: [9—11]:

Fr =

2

ю2 r

g

где ю — угловая скорость вращения ротора, с-1; r — радиус ротора, м.

Уравнение (20) применяется для сплошных роторов (конических, цилиндрических, тарельчатых), а для лопастных центрифуг оно равно отношению ускорения Кориолиса к ускорению гравитационного поля [10]:

2rov

Fr =-^,

g

где vr — относительная скорость, м/с.

Уравнение (21) описывает фактор разделения, когда лопасть имеет форму в виде прямой, направленной по радиусу ротора.

В случае, когда лопасть отклонена на угол от радиуса или имеет форму дуги окружности, фактор разделения равен отношению ускорения Кориолиса и центробежного ускорения в переносном движении к ускорению гравитационного поля:

roV sin (у) + 2юе vr

Fr = -

g

Fr =-

ю r  Sin

(Y) + 2юЛ

/

g

1 -

Ак ю2 sin

где Ак — амплитуда колебаний ротора центрифуги, м;

юк — частота колебаний ротора центрифуги, с-1.

А Ю^т

Величина 1 --

показывает, что воз-

g

Рис. 4 - Схема сил, действующих на частицу пивной дробины на лопасти ротора при осевой вибрации

Fmpz — проекция силы трения в направлении оси z, Н;

G — сила тяжести, Н.

Вибрационная сила инерции, сила трения, сила тяжести и нормальная реакция лопасти Ыл равны:

Фв = m- Ак юК sin

F = F

mpz тр

sin ф = f  N л  sin ф;

N = Ф + Ф, = Frg;

л еу к <-> '

где у — угол между радиальным направлением и направлением лопасти, град.

Фактор разделения при осевой вибрации в случае, когда колебания направлены вверх на горизонтальный вращающийся ротор с лопастями (рис. 4), способствующими созданию микропор в осадке, равен [10]:

еу

О = ш^.

С учётом выражений

Из уравнения (29) получим условия для определения значений амплитуды Ак и частоты колебаний юк ротора, при которых частица пивной дробины от вибрационных возмущений начнёт колебаться:

•

А >-

юк >

действие вибрации на вращающийся ротор способствует увеличению фактора разделения установки.

Для того, чтобы частица начала перемещаться по лопасти от воздействия вибрации, должно выполняться условие:

Ф > Ртр2 + О,

где Фв — вибрационная сила инерции, Н;

Соблюдение условий (30) и (31) позволяет задаться необходимыми минимальными значениями параметров вибрации для эффективного разделения пивной дробины.

Выводы.

1. Обосновано применение дифференциации (распределения) потока суспензии пивной дробины в процессе разделения на жидкую и густую фракции и создание равноутолщённого слоя фильтруемого материала по всей поверхности перфорированных прямолинейных и криволинейных лопастей, установленных друг за другом по ходу вращения на роторе с осевыми колебаниями.

к

2. Определены фактор разделения и условия вибрации лопастного ротора, позволяющие задаться необходимыми минимальными значениями основных параметров вибрационно-центробежной центрифуги для эффективного разделения пивной дробины на густую и жидкую фракции.

Литература

1. Кирсанов В.В. Механизация и технология животноводства: учебник / В.В. Кирсанов [и др.]. M.: ИНФРА-М, 2013. 585 с.

2. Рециклинг отходов в АПК: справочник / И.Г. Голубев [и др.]. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2011. 296 с.

3. Батищева Н.В. Инновационные способы утилизации пивной дробины // Научное обозрение. Технические науки. 2016. № 6. С. 10-14.

4. Балашов О.Ю., Утолин В.В., Лузгин Н.Е. Особенности получения прессованных кормов из побочных продуктов пивоваренного производства // Аграрный вестник Верхневолжья. 2018. № 1 (22). С. 50-54.

5. Устройство для обезвоживания пивной дробины : пат. 157095 Рос. Федерация. № 2015129920; заявл. 20.07.2015; опубл. 20.11.2015. Бюл. № 32.

6. Пат. 172014 Рос. Федерация. № 2016124822. Устройство для обезвоживания пивной дробины; заявл. 21.06.2016; опубл. 26.06.2017. Бюл. № 18.

7. Николаев В.Н., Ахметвалиев М.С., Литаш А.В. Результаты экспериментальных исследований вибрационно-центробежной установки для разделения пивной дробины // Аграрный вестник Урала. 2017. № 4 (158). С. 57-61.

8. Ахметвалиев М.С., Николаев В.Н., Литаш А.В. Теоретическое определение выхода жидкой фракции пивной дробины в вибрационно-центробежной центрифуге // Аграрный вестник Урала. 2017. № 8 (162). С. 56-59.

9. Соколов В.И. Современные промышленные центрифуги. М.: Машиностроение, 1967. 523 с.

10. Дарханов А.И. Разработка и обоснование основных параметров вибрационно-центробежной установки для разделения пивной дробины на жидкую и густую фракции: дис. ... канд. техн. наук. Челябинск, 1994. 167 с.

11. Соколов В.И. Современные методы разделения суспензий и эмульсий // Журнал Менделеевского общества. 1965. № 1. 34-43 с.

Устройство для досвечивания рассады при массовом производстве

В.А. Шилин, к.т.н., профессор, О.А. Герасимова, к.т.н., В.В. Морозов, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Великолукская ГСХА; В.В. Шахов, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Выращивание рассады при массовом производстве и в домашних условиях проблематично из-за недостатка освещённости, что связано с тем, что начало выращивания приходится на окончание зимы - февраль. При необходимой суточной освещённости (светового дня) 12-16 часов с 06.00 до 20.00 ч фактически имеется 6-7 часов активной дневной освещённости. Недостаток освещённости должен восполняться досвечиванием.

Материал и методы исследования. В массовых условиях выращивание рассады чаще всего производится на специальных стеллажах. Для более эффективного развития растений необходимы освещённость растений со всех сторон (сверху и по бокам) и светильники с холодным светом максимальной высоты до 0,5 м [1]. По мере получения всходов и развития растений надо изменять высоту светильников в зависимости от состояния растений, требуется использование специальных мер для их активного развития. Целесообразны определённые средства электромеханизации (и автоматизации) для изменения высоты облучения, изменения спектрального состава света и соблюдения определённого светового режима. Условием выполнения работ принимается минимизация затрат труда и низкая стоимость комплекса технических средств по сравнению с аналогами. Кроме того, принимается ещё одно условие, исходное - выращивание рассады для последующей пикировки, при котором семена засеваются в грунт густо, а по достижении необходимого роста

и развития осуществляется их перенос на большие площади.

Результаты исследования. На основе вышеизложенных требований разработана рекомендуемая поточно-технологическая линия производства рассады с досвечиванием (рис. 1).

Освещение планируется осуществлять с помощью устройства (рис. 2) со светодиодными линейными алюминиевыми светильниками 1 и 2, а для изменения высоты - приспособлением на основе ножничного механизма 3, установленного между пластиковыми поддонами 4. Спектральный состав света рассчитан на досвечи-вание растений при изменяющемся их биологическом состоянии.

На рисунке 2 Б приведена схема линейного многорядного светильника из алюминиевых плат со светодиодами красными и синими в количестве по 144 шт.

Подъём плат, смонтированных в центральной части устройства на механизме ножничного типа, по мере роста растений осуществляется за счёт винтового механизма 6.

Увлажнение (полив) грунта (торфо-опилочного субстрата или других компонентов) производится с помощью полива распылением, вода с минеральным питанием подаётся по магистральным и распределительным трубопроводам 5.

Светильники рассчитаны на освещение сверху и по бокам растений. На каждой из линейных плат светодиоды размещены в несколько рядов: в каждом ряду в центральной части размещены светодиоды холодного света (два ряда), светодиоды красного света и светодиоды синего света (по два ряда). Каждый ряд включается в зависимости от текущего состояния растений. Требуемая мощность