УСТРОЙСТВО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗА В ШАХТНОЙ ЗЕРНОСУШИЛКЕ
FACILITY FOR DISTRIBUTING GAS IN SHAFT GRAIN DRYER

Изобретение относится к технике конвективной сушки дисперсных материалов, например зерна, в плотном слое и может быть использовано в сельском хозяйстве и других отраслях.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является газораспределительное устройство шахтных зерносушилок (см. Самочетов В.Ф. и др. Техническая база хлебоприемных предприятий (зерно-сушение). М.: Колос, 1978, с.87, рис.18) - прототип. Устройство содержит сушильную камеру, в которой подводящие короба открытой торцевой поверхностью соединены с подводящей камерой, а отводящие - с отводящей.
Недостатком устройства является неравномерная подача газа в слой зерна по длине коробов. При этом (см. Андрианов Н.М. и др. Моделирование аэродинамики шахтных зерносушилок // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-20: Сб. трудов ХХ Медунар. науч. конф. В 10 т. Т.5. Секция 11. - Ярославль: Изд-во Яросл. гос. техн. ун-та, 2007. - С.24-25.) наименьшая подача газа наблюдается в начальной части коробов.
В
Дело в том, что в современных шахтных зерносушилках теплоноситель (нагретый газ) к подводящим коробам подают по подводящей камере снизу. При входе в короб под действием разности статических давлений частицы газового потока должны изменить траекторию движения на угол от 90 до 180°. Под действием инерционных сил частицы в начале короба определенное время сохраняют вертикальную составляющую скорости (V) и движутся по искривленной траектории вглубь него. Искривлению траектории способствует соударение частиц между собой и верхними гранями короба, в результате чего динамическое давление (скоростной напор) переходит в статическое и в верней начальной части короба образуется зона повышенного статического давления. В нижней части короба (в результате «облета») образуется зона разрежения, в которой наблюдается пониженная фильтрация газа в зерне. Указанная особенность является одной из причин, обусловливающих неравномерные условия сушки зерна в сушильном пространстве шахтных сушилок.
В
B
B
Протяженность зоны пониженной фильтрации зависит от вертикальной составляющей скорости газа (V) в подводящей камере. Чем выше скорость V, тем протяженнее зона, что является следствием действия на частицы газового потока больших инерционных сил. Размеры зоны могут достигать 0,25 длины короба и более. Поскольку в нижней части подводящей камеры скорость газа (V) больше, чем в верхней (при условии подачи газа снизу), то и равномерность условий сушки в нижних зонах сушильной камеры хуже, чем в верхних.
Неравномерная подача газа в зерновой слой обусловливает неравномерный нагрев и сушку зерна в сушильной камере, что снижает качество сушки и производительность сушильного оборудования.
B
Для исправления аэродинамической ситуации необходимо устранить вертикальную составляющую скорости газа (обеспечить V=0 м/с) на входе подводящих коробов. Для этого необходимо либо изменить направление подвода газа к коробам (его нужно подводить не снизу, а сбоку), либо применить специальные насадки, позволяющие гасить вертикальную составляющую скорости газа до его входа в короб.
Первый способ требует полной и достаточно дорогой модернизации подводящей камеры, второй этого не требует.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение равномерного распределения газа вдоль коробов, вследствие чего может быть улучшено качество сушки и увеличена производительность сушильного оборудования.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предлагаемом устройстве распределения газа в шахтной зерносушилке, содержащем сушильную камеру, в которой подводящие короба открытой торцевой поверхностью соединены с подводящей камерой, а отводящие - с отводящей, согласно изобретению каждый подводящий короб соединен с подводящей камерой насадкой, продольный профиль которой имеет форму поперечного сечения короба, все боковые грани газонепроницаемы, а торцевые открыты, закрепленной на стенке сушильной камеры так, что одна из торцевых поверхностей насадки плотно прилегает к торцевой поверхности короба.
B
Назначением насадки является устранение влияния вертикальной составляющей скорости газа V в подводящей камере на процесс его распределения в зерновом слое.
B
B
Дело в том, что насадка имеет газонепроницаемые боковые стенки, поэтому газ, движущийся по подводящей камере снизу (с вертикальной составляющей скорости V), попадает в подводящий короб только через насадку. Место входа газа в открытую торцевую поверхность насадки отстоит от открытой торцевой поверхности подводящего короба на расстоянии L, равном длине насадки. В насадке направление движения газа изменяется с вертикального на горизонтальное, при котором V=0 м/с. Длина насадки L выбирается такой, чтобы обеспечить устранение (погашение) вертикальной составляющей скорости газа.
B
Таким образом, на входе в подводящий короб поток газа не содержит вертикальной составляющей скорости (V=0 м/с). Войдя в короб, под действием разности давлений газ сразу поступает в зерно, тем самым исключается зона пониженной фильтрации газа в зерновом слое в начальной части короба. За счет этого увеличивается скорость фильтрации газа в зерновом слое в начальной части подводящих коробов, это приводит к увеличению интенсивности сушки и увеличению производительности сушилки. Кроме этого, выравнивание поля скорости фильтрации газа в зерновом слое обусловливает выравнивание условий нагрева и сушки зерна, что приводит к повышению качества сушки. За счет повышения интенсивности проведения сушки может быть снижена удельная энергоемкость процесса.
B
B
B
B
B
Длина насадки L по высоте камеры сушки может быть различной. Это объясняется тем, что вертикальная составляющая скорости газа V в подводящей камере может изменяться по ее высоте. Так, при условии, что площадь поперечного сечения подводящей камеры по высоте неизменна, наибольшие значения скорости V достигаются в нижней части камеры, то есть в месте входа газа в камеру. По мере продвижения вверх и забора части газа через подводящие короба в сушильную камеру скорость газа V в подводящей камере постепенно снижается и достигает наименьших значений в ее верхней части. Таким образом, длина насадки L по мере снижения вертикальной составляющей скорости газа V в подводящей камере может уменьшаться. В случае, если площадь поперечного сечения подводящей камеры по высоте не одинакова, длина насадки должна выбираться в зависимости от фактических значений вертикальной составляющей скорости газа V в камере. Учет этой особенности позволяет снизить материалоемкость реализации предлагаемого решения.
В целях лучшего использования кинетической энергии потока газа основную насадку можно дооснастить дополнительной насадкой, выполненной в виде изогнутой трубы, у которой одна из отрытых торцевых поверхностей плотно соединена с основной насадкой, а вторая открытая торцевая поверхность развернута встречно потоку газа в подводящей камере. Такое исполнение позволяет использовать часть кинетической энергии потока газа, поступающего в дополнительную насадку из подводящей камеры, на преодоление аэродинамических сил сопротивления. Форма изгиба дополнительной насадки (ее обтекаемость) должна обеспечить ее минимальное аэродинамическое сопротивление. Эти решения позволяют улучшить использование энергии, затраченной на перемещение газа по сушильному агрегату.
Материал для изготовления насадок может быть различным (металл, пластмассы и т.п). По механической прочности детали должны выдержать аэродинамический напор газа в подводящей камере и не должны утратить прочностных характеристик при их нагреве до температуры теплоносителя (газа), подаваемого на сушку. Кроме того, для уменьшения аэродинамических потерь на трение внутренние стенки насадок должны иметь малый коэффициент трения.
В случае использования пластических материалов для изготовления насадок обе насадки (основную и дополнительную) можно изготовить (например, штамповкой или литьем) в виде единой детали, что снизит затраты на изготовление и монтаж.
Устройство распределения газа в шахтной зерносушилке показано на чертеже. Устройство содержит сушильную камеру 1 с подводящими газораспределительными коробами 2 и подводящую камеру 3. В подводящей камере 3 на стенке 4 сушильной камеры 1 закреплена насадка 5 так, что ее первая открытая торцевая поверхность 6 плотно прилегает к открытой торцевой поверхности подводящего короба 2. На второй открытой торцевой поверхности 7 насадки 5 плотно закреплена дополнительная насадка 8, выполненная в виде изогнутой трубы, у которой свободная открытая торцевая поверхность 9 повернута встречно потоку газа в подводящей камере 3.
B
B
Распределение газа предлагаемым устройством осуществляется следующим образом. Нагретый газ движется по подводящей камере 3 в вертикальном направлении снизу вверх. Через открытую торцевую поверхность 9 дополнительной насадки 8 он поступает в нее со скоростью V. Из дополнительной насадки 8 газ поступает в основную насадку 5. В насадках 5 и 8 газ меняет направление своего движения с вертикального на горизонтальное, при котором V=0 м/с. Далее газ через открытую торцевую поверхность 6 насадки 5 поступает в подводящий короб 2, где под действием разности давлений поступает в зерновой слой, а затем в отводящие короба и отводящую камеру.
B
Соединение подводящих коробов 2 сушильной камеры 1 с подводящей камерой 3 с помощью насадки 5 позволяет устранить влияние вертикальной составляющей скорости газа V в подводящей камере на процесс его распределения в зерновом слое.
B
B
Поскольку насадка 5 имеет газонепроницаемые боковые стенки, газ, движущийся по подводящей камере 3 снизу (с вертикальной составляющей скорости V), попадает в подводящий короб 2 только через насадку 5. Место входа газа в открытую торцевую поверхность 7 насадки 5 отстоит от открытой торцевой поверхности 6 подводящего короба 2 на расстоянии L, равном длине насадки. В насадке 5 направление движения газа изменяется с вертикального на горизонтальное, при котором V=0 м/с. Длина насадки L выбирается такой, чтобы обеспечить устранение (погашение) вертикальной составляющей скорости газа.
B
Таким образом, на входе в подводящий короб 2 поток газа не содержит вертикальной составляющей скорости (V=0 м/с). Войдя в короб 2, под действием разности давлений газ сразу поступает в зерно, тем самым исключается зона пониженной фильтрации газа в зерновом слое в начальной части короба 2. За счет этого увеличивается скорость фильтрации газа в зерновом слое в начальной части подводящих коробов 2, это приводит к увеличению интенсивности сушки и увеличению производительности сушилки. Кроме этого выравнивание поля скорости фильтрации газа в зерновом слое обусловливает выравнивание условий нагрева и сушки зерна, что приводит к повышению качества сушки. За счет повышения интенсивности сушки может быть снижена удельная энергоемкость процесса.
B
B
B
B
B
B
Материалоемкость предлагаемой конструкции может быть снижена за счет применения насадок 5 оптимальной длины L. Для этого необходимо учесть, что в сушилках, не оснащенных насадкой 5, протяженность зоны пониженной фильтрации газа в зерновом слое зависит от вертикальной составляющей скорости газа V в подводящей камере 3. Поскольку вертикальная составляющая скорости газа V в подводящей камере 3 может изменяться по ее высоте, то, очевидно, возможен выбор насадок 5 различной длины L. Так, при условии, что площадь поперечного сечения подводящей камеры 3 по высоте неизменна, наибольшие значения скорости V достигаются в нижней части камеры, то есть в месте входа газа в камеру. По мере продвижения вверх и забора части газа через подводящие короба 2 в сушильную камеру 1 скорость газа V в подводящей камере 3 постепенно снижается и достигает наименьших значений в ее верхней части. Таким образом, длина насадки L по мере снижения вертикальной составляющей скорости газа V в подводящей камере 3 может уменьшаться. В случае, если площадь поперечного сечения подводящей камеры 3 по высоте не одинакова, длина насадки L должна выбираться в зависимости от фактических значений вертикальной составляющей скорости газа V в камере 3.
Применение дополнительной насадки 8, выполненной в виде изогнутой трубы, у которой одна из отрытых торцевых поверхностей 7 плотно соединена с основной насадкой 5, а вторая открытая торцевая поверхность 9 развернута встречно потоку газа в подводящей камере 3, позволяет оптимальным образом использовать кинетическую энергию поступательного движения потока газа в подводящей камере 3. Этим создается возможность использования части этой энергии на преодоление аэродинамических сил сопротивления. Форма изгиба дополнительной насадки 8 (например в виде изогнутой трубы) должна обеспечить ее оптимальную обтекаемость, чем достигается ее минимальное аэродинамическое сопротивление. Эти решения позволяют улучшить использование энергии, затрачиваемой на перемещение газа по сушильному агрегату.
Материал для изготовления насадок 5 и 6 может быть различным (металл, пластмассы и т.п). По механической прочности детали должны выдержать аэродинамический напор газа в подводящей камере 3, и при этом не должны утратить прочностных характеристик при их нагреве до температуры теплоносителя (газа), подаваемого на сушку. Кроме того, для уменьшения аэродинамических потерь на трение внутренние стенки насадок 5 и 6 должны иметь малый коэффициент трения.
В случае использования пластических материалов для изготовления насадок 5 и 6 обе насадки (основную 5 и дополнительную 6) можно изготовить (например, штамповкой или литьем) в виде единой детали, что снизит затраты на изготовление и монтаж.
Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет применения насадок 5 и 8 достигается увеличение скорости фильтрации газа в зерновом слое в начальной части подводящих коробов 2. За счет этого увеличивается интенсивность сушки и возрастает производительность сушльного оборудования. Выравнивание поля скорости фильтрации газа в зерновом слое обусловливает выравнивание условий нагрева и сушки зерна, что приводит к повышению качества сушки. За счет повышения интенсивности сушки снижается удельная энергоемкость процесса.
Применение предлагаемого устройства распределения газа возможно в различных зерновых сушилках шахтного типа, например, сушилках с коробами, жалюзийных и т.п. В указанных сушилках применяют различные рабочие органы распределения газа, например короба (в шахтных сушилках с коробами) либо полукороба (в жалюзийных сушилках). Независимо от исполнения сушилки применение насадок 5 и 8 позволяет исключить зону пониженной фильтрации газа в зерновом слое в начальной части коробов либо полукоробов, обусловленную влиянием вертикальной составляющей скорости газа в подводящей камере.
Возможно применение предлагаемого устройства в шахтных сушилках с подвижным и неподвижным слоем, а также в камерах нагрева, сушки и охлаждения зернистого материала, так как независимо от состояния слоя и назначения камеры характер течения газа в начальной части подводящих коробов либо полукоробов в них одинаков.
Особенностью предлагаемого решения является его простота и технологичность при изготовлении, так как не требуется существенной модернизации подводящей камеры.
Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет более равномерного распределения газа вдоль коробов либо полукоробов возможен более равномерный нагрев и высушивание материала. За счет этого может быть повышена интенсивность сушки, увеличена производительность оборудования и достигнуто высокое качество обработанного материала.
Перечень позиций на чертеже.
1. Сушильная камера.
2. Подводящий газораспределительный короб.
3. Подводящая камера.
4. Стенка сушильной камеры.
5. Насадка.
6. Первая открытая торцевая поверхность насадки.
7. Вторая открытая торцевая поверхность насадки.
8. Дополнительная насадка.
9. Открытая торцевая поверхность дополнительной насадки.