УСТРОЙСТВО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗА В ШАХТНОЙ ЗЕРНОСУШИЛКЕ
VERTICAL GRAIN DRIER GAS DISTRIBUTOR

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к машинам для сушки фуражного, семенного зерна и может быть использовано на зернотоках и заготовительных предприятиях. Данное изобретение может быть использовано для сушки различных семян технических культур, а также различных сыпучих материалов в других отраслях промышленности.
Известен короб шахтной сушилки для зерна с размещенной в нем продольной вставкой для стабилизации газового потока, выполненной в виде профилированного желоба с переменным поперечным сечением, увеличивающимся от заглушенного конца короба к открытому, служащему для выхода отработанных газов (см. Авторское свидетельство СССР №364815, М.Кл.: F26B 17/12, 1969).
Недостатком устройства также является неравномерная подача газа в слой зерна по длине коробов.
Известен газораспределительный короб шахтной зерносушилки, содержащий открытый снизу и с одного из торцов корпус с распределителем газового потока внутри, выполненным в виде набора вертикальных перегородок различной высоты, частично выведенных снизу за пределы корпуса и образующих вертикальными концами с последним зазоры различной величины, при этом каждая перегородка установлена от открытого торца корпуса на расстоянии, пропорциональном ее высоте (см. Авторское свидетельство СССР №1275197, М.Кл.: F26B 17/12, 1984).
Недостатком устройства также является неравномерная подача газа в слой зерна по длине коробов.
Известно газораспределительное устройство шахтных зерносушилок (см. Самочетов В.Ф. и др. Техническая база хлебоприемных предприятий (зерносушение). М.: Колос, 1978, с.89, рис.20, а). Устройство содержит сушильную, подводящую и отводящую камеры, а также подводящие и отводящие короба либо полукороба, размещенные в сушильной камере чередующимися рядами. Подводящие и отводящие короба либо полукороба имеют одинаковое поперечное сечение по их длине, причем подводящие короба открытой торцевой поверхностью соединены с подводящей камерой, а отводящие - с отводящей, расположенной на противоположной стороне сушильной камеры.
Недостатком устройства является высокая степень неравномерности подачи газа в слой зерна по длине коробов. При этом (см. Платонов П.Н. и др. Распределение теплоносителя в шахтных зерносушилках // Хранение и переработка зерна. ЦИНТИ Госкомзага СССР. 1967. №1. - С.3-8) наибольшая подача газа наблюдается в начальной и конечной частях коробов, а наименьшая - в их центральной части. Неравномерная подача газа обусловливает неравномерность нагрева и сушки зерна в сушильной камере, что снижает качество сушки и производительность сушилки.
Одной из причин неодинакового расхода газа является неравномерное распределение вдоль коробов разности потенциалов (разности давлений), побуждающей течение газа в сушильном пространстве.
Результатами моделирования течения газа и экспериментальной проверкой полученных данных (см. Измайлов Д.А., Андрианов Н.М. Исследование распределения газа в шахтной зерносушилке // Тезисы докладов аспирантов, соискателей, студентов: Х научная конференция преподавателей, аспирантов и студентов НовГУ, 1-7 апреля 2003 г. - Великий Новгород, 2003. - С.8) подтверждено, что значение разности потенциалов между границами входа газа в слой зерна и выхода из него изменяется нелинейно вдоль коробов. Причем характер изменения разности потенциалов вдоль коробов идентичен характеру изменения зависимости расхода газа вдоль коробов, полученной экспериментально (см. статью Платонов П.Н. и др. Распределение теплоносителя в шахтных зерносушилках // Хранение и переработка зерна. ЦИНТИ Госкомзага СССР. 1967. №1. - С.7. Рис.3).
Этим подтверждается вывод, что поскольку разность потенциалов (разность давлений) является движущей силой потока частиц, то очевидно, что нелинейность функции разности потенциалов и есть причина неравномерного поля скорости (расхода) газа вдоль коробов в сушильной камере.
Исходя из механизма, объясняющего неравномерную подачу газа в слой зерна, вытекают две возможности исправления аэродинамической ситуации. Первая из них предполагает выравнивание разности потенциалов (разности давлений) между границами входа газа в слой зерна и выхода из него вдоль коробов в сушильной камере. Однако выравнивание потенциалов вдоль коробов представляет сложную задачу, решение которой приводит к существенному усложнению системы газораспределения.
Наиболее простым для решения задачи выравнивания расходов газа вдоль коробов является метод изменения аэродинамического сопротивления зернового слоя. Для этого необходимо изменить сопротивление зернового слоя вдоль коробов так, чтобы при известном характере нелинейности распределения разности потенциалов (разности давлений) обеспечить постоянство средних значений расходов газа вдоль них. Это может быть достигнуто изменением длины пути (длины линии тока) течения газа от границы входа газа в слой зерна до границы выхода из него, что легко реализуется путем выполнения в боковых стенках коробов либо полукоробов перфорации.
В анализируемом аналоге перфорация стенок коробов отсутствует, поэтому длина линии тока, а следовательно, и сопротивление зернового слоя вдоль коробов сохраняются постоянными. Отсюда вытекает, что при неравномерном распределении разности потенциалов (разности давлений) вдоль коробов и постоянном значении сопротивления зернового слоя расход газа вдоль коробов также будет осуществляться неравномерно.
Известно устройство распределения газа в шахтной зерносушилке (см. статью Платонов П.Н., Лебединский В.Г., Веремеенко Е.И. Распределение теплоносителя в шахтных зерносушилках // Хранение и переработка зерна. ЦИНТИ Госкомзага СССР. 1967. №1. - С.3. Рис.1, б) - прототип. Устройство содержит сушильную, подводящую и отводящую камеры, а также подводящие и отводящие короба либо полукороба, размещенные в сушильной камере чередующимися рядами. Часть площади боковых стенок коробов либо полукоробов перфорирована, подводящие короба открытой торцевой поверхностью соединены с подводящей камерой, а отводящие - с отводящей, расположенной на противоположной стороне сушильной камеры. Причем перфорация на боковых стенках коробов либо полукоробов по их длине выполнена неравномерно.
Недостатком устройства также является неравномерная подача газа в слой зерна по длине коробов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство распределения газа в шахтной зерносушилке (см. статью Платонов П.Н., Лебединский В.Г., Веремеенко Е.И. Распределение теплоносителя в шахтных зерносушилках // Хранение и переработка зерна. ЦИНТИ Госкомзага СССР. 1967. №1. - С.3. Рис.1, б) - прототип. Устройство содержит сушильную, подводящую и отводящую камеры, а также подводящие и отводящие короба либо полукороба, размещенные в сушильной камере чередующимися рядами. Часть площади боковых стенок коробов либо полукоробов перфорирована, подводящие короба открытой торцевой поверхностью соединены с подводящей камерой, а отводящие - с отводящей, расположенной на противоположной стороне сушильной камеры. Причем перфорация на боковых стенках коробов либо полукоробов по их длине выполнена неравномерно.
Недостатком устройства также является неравномерная подача газа в слой зерна по длине коробов.
Это объясняется тем, что разность потенциалов (разность давлений) между границей входа газа в слой зерна и выхода из него по длине коробов (как было показано выше) распределена нелинейно. Минимальные значения разности потенциалов наблюдаются в центральной части коробов, а максимальные в начале и конце коробов.
Для исправления аэродинамической ситуации необходимо изменить длину линий тока газа, а следовательно, и сопротивление зернового слоя вдоль коробов так, чтобы обеспечить постоянство средних значений расхода газа вдоль них. Для этого необходимо оставить без изменения длину линий тока в той части коробов, в которой наблюдаются максимальные разности потенциалов, а следовательно, и максимальные значения расходов газа. В тех частях коробов, где разности потенциалов, а следовательно, расходы газа меньше, необходимо уменьшить длину линий тока газа. Это приведет к уменьшению сопротивления зернового слоя и соответственно к увеличению среднего значения расхода газа в данной части короба.
В прототипе перфорация хотя и выполнена неравномерно вдоль короба, тем не менее характер ее выполнения не обеспечивает полного выравнивания расходов газа вдоль него. В прототипе приблизительно 75% длины боковых стенок коробов либо полукоробов от их начала (отсчет от подводящей камеры) имеют равномерно выполненную перфорацию, и часть длины стенок, приблизительно 25%, перфорации не имеют.
При таком характере исполнения перфорации по длине коробов обеспечивается большая длина линий тока газа в конечной части коробов и меньшая длина линий тока в их начальной и средней частях. Увеличение длины линий тока в конечной части коробов (там, где разность потенциалов высока) обеспечивает большее сопротивление слоя зерна течению газа и, как следствие, создает условия для уменьшения его среднего расхода.
В средней части коробов либо полукоробов (там, где разность потенциалов меньше) длина линий тока короче, а следовательно, сопротивление зернового слоя течению газа меньше. Этим обеспечиваются условия для увеличения расхода газа в средней части коробов. Таким образом, за счет изменения длины линий тока газа в прототипе достигается выравнивание средних значений расходов газа в средней и конечной частях коробов.
Однако в начальной части коробов там, где разность потенциалов высока (по сравнению со средней частью коробов), в прототипе выполнена такая же перфорация, как и в средней части коробов. Этим обеспечивается уменьшение длины линий тока газа и соответственно уменьшение сопротивления зернового слоя. Таким образом, за счет высокой разности потенциалов и одновременно малого сопротивления течению газа в слое в начальной части коробов создаются условия для еще больших расходов газа. Это и приводит к высокой неравномерности расходов газа вдоль коробов либо полукоробов.
Увеличенные расходы газа в начальной части коробов либо полукоробов и меньшие в их средней и конечной частях приводят к неравномерному нагреву и сушке зерна. Опасность перегрева зерна обусловливает необходимость снижения интенсивности сушки и ведет к уменьшению производительности оборудования. Неравномерность сушки обусловливает также низкое качество выполнения процесса.
В процессе многолетних наблюдений и экспериментальных работ на предприятии «Закрытое акционерное общество «Агротехника» было установлено то, что эффективность зерносушилки во многом зависит от конструктивных параметров элементов шахты, в которой зерно контактирует с агентом сушки. Метрический анализ элементов шахты известных зерносушилок показал, что между ними нет четкой конструктивной взаимосвязи. Поэтому с проектной точки зрения конструкцию шахты известных зерносушилок нельзя признать оптимальной.
Для обоснования конструкции шахты было принято, что равномерное распределение агента сушки в зерне возможно при кратности элементов шахты ширине окна (b) в нижней части короба, направляющего агента сушки в слой. При этом площади окон подводящих и отводящих коробов должны соответствовать Fпод. Fотв., а допустимые отклонения скорости истечения агента сушки по подводящим коробам не должна обеспечивать вынос зерна в отводящие короба.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение равномерного распределения газа вдоль коробов либо полукоробов за счет оптимизации конструктивных элементов шахты, вследствие чего может быть улучшено качество сушки и увеличена производительность сушильного оборудования, с одновременной экономией энергоресурсов.
1
2
3
4
5
6
3
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве распределения газа в шахтной зерносушилке, содержащем сушильную, подводящую и отводящую камеры, а также расположенные в сушильной камере чередующими рядами подводящие и отводящие короба либо полукороба, подводящие открытой торцевой поверхностью соединены с подводящей камерой, а отводящие - с отводящей, расположенной на противоположной стороне сушильной камеры, размеры элементов устройства определены в зависимости от ширины b впускного (выпускного) канала каждого короба следующими соотношениями: расстояние между коробами в каждом горизонтальном ряду: b=(1,9-2,1)b; максимальная ширина короба b=(1,6-1,7)b; расстояние между коробами по высоте шахты: b=(1,85-2,05)b; высота верхней части короба b=(1,5-1,6)b; высота нижней части короба b=(0,45-0,48)b; длина короба (шахты) b=(12-14)b, при этом устройство может содержать дополнительные 1 перегородки, установленные на вершине коробов, при этом высота перегородок равна расстоянию между коробами по высоте шахты b.
Устройство распределения газа в шахтной сушилке показано на фиг.1-4. На фиг.1 показана часть шахтной сушилки, поперечный разрез Г-Г; на фиг.2 - разрез по В-В; на фиг.3 показан вид по А; на фиг.4 - вид по Б.
Устройство распределения газа в шахтной зерносушилке содержит сушильную 1, подводящую и отводящую камеры (подводящая и отводящая камеры на чертежах не показаны), а также расположенные в сушильной камере 1 чередующими рядами подводящие 2 и отводящие 3 короба либо полукороба, подводящие 2 открытой торцевой поверхностью соединены с подводящей камерой (на чертежах не показана), а отводящие 3 - с отводящей (на чертежах не показана), расположенных на противоположных сторонах сушильной камеры 1. Позицией 4 показано впускное окно, позицией 5 - выпускное окно; позицией 6 - слой зерна (на чертеже зерно, находящееся в сушильной камере 1 не показано), через который проходит нагретый воздух, позицией 7 - окно отвода отработанного агента сушки; позицией 8 показаны перегородки, установленные на вершине коробов.
1
2
3
4
5
6
3
Размеры элементов устройства определены в зависимости от ширины b впускного (выпускного) канала каждого короба следующими соотношениями: расстояние между коробами в каждом горизонтальном ряду: b=(1,9-2,1)b; максимальная ширина короба b=(1,6-1,7)b; расстояние между коробами по высоте шахты: b=(1,85-2,05)b; высота верхней части короба b=(1,5-1,6)b; высота нижней части короба b=(0,45-0,48)b; длина короба (шахты) b=(12-14)b. Высота перегородки 8, служащей для обеспечения равномерности потока нагретого газа и равномерного движения зерна сверху вниз, равна расстоянию между коробами по высоте шахты b.
Распределение газа предлагаемым устройством осуществляется следующим образом. Нагретый газ из подводящей камеры (на чертеже не показана) поступает в подводящие газораспределительные короба (полукороба) 2 через их окна 4. Далее через открытое дно короба 2 входит в слой обрабатываемого зерна, нагревает его и поглощает испаренную влагу. Отработанный газ поступает в отводящие короба 3 через их открытое дно и через выпускное окно 5 выходит в отводящую камеру (на чертежах не показана).
1
2
3
4
5
6
Благодаря указанным выше соотношениям размеров элементов устройства, определенных экспериментально в течение последних десяти лет на предприятии «Закрытое акционерное общество «Агротехника», достигается выравнивание расходов газа вдоль коробов (полукоробов) 2 и 3. С апреля месяца 2011 года начат серийный выпуск зерносушилок типа «С-10», «С-15», «С-20», «С-30», «С-40» со следующими параметрами конструктивных элементов: b=115; b=230; b=190; b=230; b=180; b=75; b=1500 (данные приведены в миллиметрах).
Таким образом, в предлагаемом устройстве (в устройствах, серийный выпуск которых начат в апреле месяце 2011 года на предприятии «Закрытое акционерное общество «Агротехника», за счет оптимизации конструктивных элементов шахты получено более равномерное распределение газа вдоль коробов либо полукоробов, обеспечен более равномерный нагрев и высушивание материала. За счет этого повышена интенсивность сушки, увеличена производительность оборудования и достигнуто высокое качество обработанного материала при одновременной экономии энергоресурсов.