СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ФИЛЬТРАЦИИ ВОЗДУХА В МЕТАЛЛИЧЕСКОМ СИЛОСЕ
METHOD OF DETERMINING AIR FILTRATION RATE IN METAL SILO

Изобретение относится к аграрной отрасли, а именно к хранению зерна в металлических силосах.
Из авторского свидетельства №346975 кл. G01 1/00 известен способ определения скорости фильтрации воздуха. Патент SU 699433 A1 Союз Советских Социалистических Республик, G 01 P 5/12. Способ определения скорости фильтрации воздуха через слой аглошихты и устройство для его осуществления / Власюк Ю.Н., Бардиси С.-М.Ф., – Ждановский металлургический институт. – № 2531787; заявл. 10.19.1977; опубл. 25.11.1979. (аналог).
Недостатками данного способа являются: необходимость теплообмена между нагревателями термодатчиков и потоками воздуха, сравнении термо ЭДС наводимых термодатчиками, что приводит к увеличению затрат на электрическую энергию для нагрева и доставке воздуха.
Наиболее близким по реализации и получаемому результату является способ измерения скорости воздуха с помощью термоанемометра. Патент № 2267790, G 01 F1/68. Способ измерения скорости потока жидкости или газа/Купер В.Я.. Рубцов М.Г., Хозинский Е.Ф., Шамихин А.Н. - Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр ГеоПАЛС"; заявл. 22.01.2004; опубл. 10.01.2006 (прототип).
Недостатком данного способа является увеличение чувствительности измерений с возрастанием скорости газового потока.
Техническим результатом изобретения является определение скорости фильтрации воздуха для хранящегося зерна обеспечивающее увеличение сроков хранения за счет своевременного, энергоэффективного и точного контроля параметров: влажности и температуры.
2
3
Поставленная задача достигается тем, что измерение и перепад давления воздуха внутри силоса осуществляется дифманометром при помощи 12-ти штуцеров, расположенных по кругу через 90°, на 3-х разных уровнях, относительно решетки силоса; причем четыре из них установлены в одной плоскости на высоте от 0,9 до 1,1 метра; другие четыре установлены в одной плоскости на высоте от 1,8 до 2,2 метра, оставшиеся четыре установлены в одной плоскости на высоте от 3,6 до 4,4 метра, при этом высота зерновой насыпи составляет от 10 до 25 метров, размер ячеек вентиляционной решетки от 0,08 до 0,2 метра, сечение воздухоотводных каналов от 0,05 до 0,15 м в процессе вентилирования, при подаче воздуха от 9,6 до 10,4 м/ч⋅т.
2
При вентилировании зерна в силосе используются одинаковые вентиляторы. Каждый из вентиляторов подает воздух в отдельную систему воздухораспределительных каналов, расположенных в ¼ части площади силоса. При этом высота зерновой насыпи составляет от 10 до 25 метров, размер ячеек вентиляционной решетки от 0,08 до 0,2 метра, сечение воздухоотводных каналов от 0,05 до 0,15 м в процессе вентилирования, при больших или меньших значениях указанных параметров необходимо менять ширину сопротивления зернового слоя. Диапазон значений высоты зерновой насыпи, размеров ячеек вентиляционной решетки и сечение воздухоотводных каналов должен быть именно таким, так как позволяет наиболее точно определить скорость фильтрации воздуха в металлическом силосе, при значениях выходящих за указанные границы (высота насыпи, размер ячеек вентиляционной решетки и сечение воздухоотводных каналов) погрешность способа может составлять более 50 % из-за нехватки мощности электрических двигателей применяемых на производствах.
Исследования аэродинамических характеристик зерна в силосе с таким расположением воздухораспределительных каналов позволяет определить нижнюю границу слоя зерна, в котором следует измерять перепад давления для определения расхода воздуха.
Для измерения давления и перепада давления воздуха внутри силоса используют дифманометр-напоромер с особым расположением штуцеров. Используется 12-ть штуцеров, расположенных по кругу через 90°, на 3-х разных уровнях, относительно решетки силоса; причем четыре из них установлены в одной плоскости на высоте от 0,9 до 1,1 метра; другие четыре установлены в одной плоскости на высоте от 1,8 до 2,2 метра, оставшиеся четыре установлены в одной плоскости на высоте от 3,6 до 4,4 метра.  Данное расположение штуцеров является наиболее удобным при применении активного вентилирования в металлических силосах с 4-мя вентиляторами.
Для вычисления расхода воздуха, проходящего через зерновой слой внутри силоса, используется формула Рамзина.
n
∆P=9.81⋅A⋅H⋅ν, где
∆P – среднее значение перепада давления в слое зерна, Па;
H – толщина слоя, мм;
ν – скорость фильтрации или расход воздуха, отнесенный к площади силоса, м/с;
A, n – постоянные коэффициенты, зависящие от размеров, формы и степени уплотнения зерен в насыпи (см. таблицу 1).
Таблица 1 - Значения коэффициентов A и n для различных культур
Культура
А
n
Культура
А
n
Пшеница
1,41
1,43
Кукуруза
0,67
1,55
Рожь
1,76
1,41
Горох
0,82
1,51
Овес
1,64
1,42
Гречиха
1,76
1,41
Ячмень
1,44
1,43
Просо
2,34
1,38
Скорость фильтрации вычисляется по формуле:
Расход воздуха, проходящего через зерновой слой, вычисляли по формуле:
, где
з
3
Q – расход воздуха через зерновой слой, м/ч.
2
F – площадь сечения силоса, м.
Утечки воздуха из силоса вычисляли как разность расходов воздуха, нагнетаемого вентиляторами и проходящего через зерновой слой.
в
з
∆Q = Q– Q,  где
в
3
Q – расход воздуха, нагнетаемый вентиляторами в силос, м/ч.
Удельные затраты энергии определяли по следующей формуле.
, где
N – мощность эл. двигателей вентиляторов, кВт;
M – масса зерна вентилируемого в силосе, т.
Приведенные параметры процесса вентилирования зерна разрабатываются для применения с целью предупреждения рисков конденсационного увлажнения зерна.
Примеры осуществления способа.
2
3
Пример 1. Измерение перепада давления воздуха внутри силоса осуществляется дифманометром при помощи 12-ти штуцеров, расположенных по кругу через 90°, на 3-х разных уровнях, относительно решетки силоса; причем четыре из них установлены в одной плоскости на высоте 0,9 метра; другие четыре установлены в одной плоскости на высоте  1,8 метра, оставшиеся четыре установлены в одной плоскости на высоте 3,6  метра, при этом высота зерновой насыпи составляет 10 метров, размер ячеек вентиляционной решетки 0,08 метра, сечение воздухоотводных каналов  0,05 м в процессе вентилирования, при подаче воздуха 9,6 м/ч⋅т.
2
3
Пример 2. Измерение перепада давления воздуха внутри силоса осуществляется дифманометром при помощи 12-ти штуцеров, расположенных по кругу через 90°, на 3-х разных уровнях, относительно решетки силоса; причем четыре из них установлены в одной плоскости на высоте 1,0 метра; другие четыре установлены в одной плоскости на высоте  2,0 метра, оставшиеся четыре установлены в одной плоскости на высоте 4,0  метра, при этом высота зерновой насыпи составляет 17 метров, размер ячеек вентиляционной решетки 0,14 метра, сечение воздухоотводных каналов  0,1 м в процессе вентилирования, при подаче воздуха 10,0 м/ч⋅т.
2
3
Пример 3. Измерение перепада давления воздуха внутри силоса осуществляется дифманометром при помощи 12-ти штуцеров, расположенных по кругу через 90°, на 3-х разных уровнях, относительно решетки силоса; причем четыре из них установлены в одной плоскости на высоте 1,1 метра; другие четыре установлены в одной плоскости на высоте  2,2 метра, оставшиеся четыре установлены в одной плоскости на высоте 4,4  метра, при этом высота зерновой насыпи составляет 25 метров, размер ячеек вентиляционной решетки 0,2 метра, сечение воздухоотводных каналов  0,15 м в процессе вентилирования, при подаче воздуха 10,4 м/ч⋅т.
Способ определения скорости фильтрации воздуха был апробирован на металлическом силосе. Его технические характеристики и габариты: вместимость 10000 тонн, диаметр 28 метров, высота вертикальной стенки 17 метров, общая высота 25 метров. В результате испытаний были получены данные, подтверждающие ожидаемый технический результат. При применении данного способа повысилась точность измерений скорости фильтрации воздуха и определение пограничных условий для применения системы активного вентилирования, в результате этого увеличились предельно допустимые сроки хранимой продукции.