Аэрожёлоб универсальный энергосберегающий с автоматизированным управлением
AUTOMATED UNIVERSAL ENERGY SAVING AIR SLIDE CONVEYOR

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к установкам для сушки сыпучих и несыпучих материалов продукции растениеводства, например вороха семян зерновых, зернобобовых, кормовых, технических, лекарственных культур или измельченной массы как всего урожая этих культур, так и овощей, корнеклубнеплодов, фруктов, а также льносоломы, льнотресты и другой продукции растениеводства в рулонах, тюках, мешках и пиломатериалов древесины.
Известен аэрожелоб (патент №2499212, БИ №32 от 20.11.2013 г.), содержащий камеру, выполненную с наклонными боковыми, задней и передней стенками, днище из воздухораспределительных решеток и рассекателей, разравнивающий шнек, воздухоподводящий канал с топочным блоком и вентилятором, выгрузное окно с заслонкой, верхнюю каретку с двухъярусными полками, нижнюю каретку с полками, на нижней стороне которых имеются ворошители-разравниватели, механизм возвратно-поступательного движения верхней каретки, механизм включения и отключения привода на нижнюю каретку от верхней, а в камере над каждой двухъярусной полкой неподвижно установлен скребок.
Недостатки приведенного аэрожелоба:
1) не сушит измельченную массу овощей, корнеклубнеплодов, фруктов, а также льносолому, льнотресту и другую продукцию растениеводства в рулонах, тюках, мешках и пиломатериалы древесины;
2) во время сушки расход теплоты на удаление одного килограмма влаги или коэффициент условного влагосъема у одного и того же материала меняется в широких пределах от 0,7 до 1,7 в зависимости от влажности исходного материала (Малин Н.И. Энергосберегающая сушка зерна / Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений // - М.: КолосС, 2004. - 240 с.);
3) нет автоматической корректировки температуры и расхода сушильного агента в зависимости от относительной влажности отработавшего сушильного агента;
4) недостаточна равномерность распределения сушильного агента по площади и объему сушильной камеры;
5) нет условий для оптимального удаления влаги в процессе сушки с наименьшими энергозатратами на этот процесс;
6) нет условий для автоматизированного управления процессом удаления влаги во время сушки.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является аэрожелоб для сушки продукции растениеводства и пиломатериалов древесины (патент №2496069, БИ №29, 2013).
Аэрожелоб для сушки продукции растениеводства и пиломатериалов древесины, содержащий сушильную камеру, выполненную боковыми, задней и передней с дверью стенками, днище из воздухораспределительных решеток, воздухоподводящих каналов, диффузоров с жалюзийными заслонками, реверсивные с регулируемой частотой вращения вентиляторы, распределители с заслонками, воздуховоды, топочный блок, рельсовый путь, тележки, оборудованные электронным весоизмерительным устройством, контейнеры или штабеля, имеет в потолке аналогичные днищу воздухораспределительные решетки.
Недостатками приведенного аэрожелоба являются:
1) не сушит измельченную массу овощей, корнеклубнеплодов, фруктов, а также льносолому, льнотресту и другую продукцию растениеводства в рулонах или тюках;
2) во время сушки расход теплоты на удаление одного килограмма влаги или коэффициент условного влагосъема у одного и того же материала меняется в широких пределах от 0,7 до 1,7 в зависимости от влажности исходного материала;
3) нет автоматической корректировки температуры и расхода сушильного агента в зависимости от относительной влажности отработавшего сушильного агента;
4) недостаточна равномерность распределения сушильного агента по площади и объему сушильной камеры;
5) нет условий для оптимального удаления влаги в процессе сушки с наименьшими энергозатратами на этот процесс;
6) нет условий для автоматизированного управления процессом удаления влаги во время сушки.
Поставленная задача решается тем, что для сушки различной продукции растениеводства, пиломатериалов и древесины предлагается аэрожелоб универсальный энергосберегающий с автоматизированным управлением для сушки сыпучих и несыпучих материалов продукции растениеводства, например вороха семян зерновых, зернобобовых, кормовых, технических, лекарственных культур или измельченной массы этих культур, так и овощей, корнеклубнеплодов, фруктов, а также льносоломы, льнотресты и другой продукции растениеводства в рулонах, тюках, мешках, пиломатериалов и древесины, содержит герметичную камеру, днище и потолок из воздухораспределительных решеток с отверстиями и каретками, ползунами, рычагами, воздухоподводящие каналы, диффузоры с жалюзийными заслонками, поворотный патрубок, осевые вентиляторы, топочный блок, верхний и нижний вытяжные вентиляторы, раму, подрамник, лотки загрузочный и отгрузочный, окна выгрузки, заслонки, смотровые окна, пробоотборники, поддоны, электролебедки, отверстия воздухораспределительных решеток, рельсовый путь, причем он оборудован: автоматизированной системой взвешивания материала в сушильной камере от сенсорных датчиков, электронными датчиками: относительной влажности, температуры, скорости движения сушильного и отработавшего агентов, сменными адаптерами, включающими поперечный и продольный шнеки, тележечный конвейер с механизмом перемещения, поддоны c компьютерной программой, которая управляет эффективной, низкотемпературной, трехэтапной, одноразовой для любого исходного материала конвективной сушкой.
Новые существенные признаки:
1) для сушки разнообразной продукции растениеводства и сортимента пиломатериалов древесины аэрожелоб оборудован сменными адаптерами: продольным и поперечным шнеками, тележечным конвейером, поддонами, электролебедками;
2) предложен способ эффективной, низкотемпературной конвективной сушки сельскохозяйственной продукции и пиломатериалов древесины. Способ применим для высушивания как всего биологического урожая, так и отдельно основной или побочной продукций растениеводства, овощеводства, садоводства и всего сортимента пиломатериалов древесины. Он включает в себя три этапа: первый - пошаговое наращивание температуры сушильного агента от ее значения у окружающей среды, до одного выбранного значения из диапазона 30…60°C; второй этап - время постоянных температуры сушильного агента и скорости сушки; третий этап с пошаговым снижением температуры сушильного агента до ее значения у окружающей среды. Предложенный способ обеспечивает высокие показатели качества готового продукта со снижением энергозатрат на процесс сушки до четырех раз. Сушилку покрывают сверхтонким теплоизолирующим материалом. За все время сушки коэффициент условного влагосъема имеет постоянное минимальное значение;
3) автоматизацию управления процессом сушки обеспечивают:
а) автоматизированная система взвешивания материала в сушильной камере от сенсорных датчиков, расположенных между рамой сушильной камеры и подрамником. Эта систем взята от современных измельчителей - смесителей - раздатчиков полнорационных кормовых смесей;
б) математическая модель по результатам многофакторного опыта, проведенного на конкретном материале сушки;
в) электронные датчики по контролю относительной влажности сушильного и отработавшего агентов;
г) электронные датчики по контролю температуры сушильного и отработавшего агентов на входе и выходе из материала сушки;
д) электронные анемометры, определяющие скорость движения сушильного и отработавшего агентов;
е) компьютерная программа во время сушки контролирует и корректирует у сушильного и отработавшего агентов следующие параметры: температуру, относительную влажность, расход, скорость движения, статический и динамический напоры;
4) высокую равномерность по влажности у компонентов готового высушенного материала обеспечивают: реверсирование направления движения сушильного агента по вертикали толщины слоя материала сушки; пошаговое изменение температуры сушильного агента на первом и третьем этапах; оптимальная температура сушильного агента на втором этапе; автоматически поддерживаемые параметры у сушильного и отработавшего агентов: температура, расход, статический и динамический напоры; оптимальная относительная влажность и одинаковая скорость движения на выходе из материала сушки по всей площади сушильной камеры;
5) скошенную, подвяленную, измельченную, кормовую или лекарственную траву, ворох всех полевых культур, измельченную хлебную массу, измельченные овощи, корнеклубнеплоды, фрукты сушат навалом с использованием на загрузке поперечного и продольного разравнивающего шнеков. Весь расход сушильного агента направлен воздухораспределительными решетками в материал сушки без утечек в месте касания материала сушки со стенами. Поддоны с рулонами, тюками, мешками, штабелями пиломатериалов устанавливают в сушильной камере через лабиринтные уплотнения у стен;
6) за все время сушки сенсорные датчики, расположенные между рамой сушильной камеры и подрамником, автоматически, постоянно и непрерывно контролируют массу материала сушки. Эта система автоматического взвешивания материала взята от современных измельчителей - смесителей - раздатчиков полнорационных кормовых смесей и служит основой автоматизированного управления процессом сушки.
Перечисленные новые существенные признаки достаточны во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Выявленные отличительные признаки в совокупности с известными обеспечивают получение технического результата.
Любой исходный материал сушат за одну загрузку без лишних перевалок и дорогостоящих промежуточных операций: охлаждения, отволаживания, кондиционирования, термовлагообработки. Компьютерная программа во время сушки контролирует и корректирует у сушильного и отработавшего агентов следующие параметры: температуру, относительную влажность, расход, скорость движения, статический и динамический напоры.
На фиг. 1 приведен аэрожелоб общий вид сбоку; на фиг. 2 - поперечный разрез по А-А; на фиг. 3 - механизм перемещения тележечного конвейера, поперечный разрез по Б-Б; на фиг. 4 - аэрожелоб общий сверху; на фиг. 5 приведены сменные поддоны, общий вид сбоку и сверху.
Аэрожелоб содержит герметичную камеру 1, днище и потолок из воздухораспределительных решеток 2 с каретками 3, ползунами 4, рычагами 5, воздухоподводящие каналы 6, диффузоры 7 с жалюзийными заслонками 8, поворотный патрубок 9, осевые вентиляторы 10, топочный блок 11, верхний и нижний вытяжные вентиляторы 12, раму 13, подрамник 14, сенсорные датчики 15, автоматизированную систему взвешивания 16, электронные датчики: относительной влажности 17, температуры 18, скорости движения 19, поперечный шнек 20, продольный шнек 21, тележечный конвейер 22, кулису 23, гайку 24, винт 25, муфту 26, мотор-редуктор 27, датчик уровня 28, направляющие 29, конечные выключатели 30, лотки - загрузочный 31 и отгрузочный 32, окна выгрузки 33, заслонки 34, смотровые окна 35, пробоотборники 36, поддоны 37, электролебедки 38, отверстия 39 воздухораспределительных решеток 2, рельсовый путь 40.
Аэрожелоб работает следующим образом
Перед сушкой направляющие 29 закрепляют от воздухораспределительных решеток 2 на такой высоте, которая обеспечивает оптимальную толщину загружаемого материала сушки. Верхний вытяжной вентилятор 12 соединяют с диффузором 7, а поворотный патрубок 9 крепят к нижнему диффузору. Загруженный в лоток 31 ворох или измельченный материал направляют в сушильную камеру 1 шнеками 20 и 21. В процессе загрузки при срабатывании датчика 28 от контакта с влажным материалом у передней стенки аэрожелоба управляемая муфта 26 включает в работу мотор-редуктор 27, который вращает винт 25 и гайка 24 в кулисе 23 переводит тележечный конвейер 22 и лоток загрузочный 31 на фиксированное расстояние в поперечном направлении камеры 1 для поэтапной загрузки с одинаковой по высоте слоем материала у всей площади камеры. По окончании загрузки конечные выключатели 30 отключают мотор-редуктор 27 и шнеки 20 и 21. Процесс заполнения сушильной камеры 1 материалом контролируют и визуально, через смотровые окна 35, которые сделаны с обеих сторон. Автоматизированную систему взвешивания 16 переводят с блокировки на автоматический режим. По экспериментальным данным устанавливают положение заслонок 8 и кареток 3, у которых ползуны 4 перемещают рычагами 5. Включают в работу вентиляторы 10 и 12, а затем топочный блок 11. Сушильный агент по патрубку 9 поступает в диффузор 7 и воздухоподводящий каналу 6, через отверстия 39 воздухораспределительных решеток 2 в материал сушки. Решетки 2 меняют направление движения сушильного агента с горизонтального на вертикальное, то есть на 90°. Клиновая форма канала 6 обеспечивает равномерность распределения сушильного агента по длине аэрожелоба, так как скорость движения сушильного агента у всех отверстий 39 одинаковая. Равномерность распределения сушильного агента по площади и объему сушильной камеры регулируют включением или отключением одного из двух вентиляторов 10, изменением частоты вращения у второго вентилятора 10, заслонками 8, каретками 3 с рычагами 5 и толщиной слоя у материала сушки. Во время конвекции сушильный агент выполняет следующие функции:
1) нагревает материал;
2) перемещает влагу из внутренних слоев материала к наружным;
3) испаряет влагу с поверхности материала сушки;
4) удаляет влагу, с превращением ее в пар, из сушильной камеры, участвуя в тепломассобмене.
Удаление влаги с поверхности материала, которая омывается сушильным агентом, происходит при любой ее температуре в пределах от 0 до 100°C, но с постоянным расходом теплоты - 2260 кДж/кг. Поэтому выгоднее сушить при невысоких значениях температуры, сокращая затраты на нагрев материала. При невысоких температурах сушильного агента значительно выше коэффициент теплопередачи К, который определяют по известной формуле:
где q - плотность потока энергии, ΔT - температурный напор между средой сушильного агента и поверхностью материала.
Перемещение влаги из внутренних слоев материала, который является изотропной средой, определяет закон Фурье, согласно которому вектор плотности теплового потока пропорционален и противоположен по направлению градиенту температуры наружных и внутренних слоев компонентов материала. Предлагаем за все время сушки перемещать влагу только в одном направлении - от внутренних слоев к наружным, естественным путем, без энергозатрат. Для этого сушка должна быть трехэтапной. На первом этапе материал постепенно прогревают пошаговым во времени наращиванием температуры сушильного агента от окружающей до выбранной для данного материала из диапазона от 30 до 60°C. Отработавший сушильный агент вытяжной вентилятор 12 направляет наружу. Непрерывный контроль и корректирование параметров сушильного и отработавшего агентов от датчиков 17, 18, 19 совместно с автоматизированной системой взвешивания 16 материала сушки позволяют компьютерной программе оптимизировать процесс сушки. Выбранную оптимальную температуру не меняют на протяжении всего второго этапа. В средине сушки, которую определяют по дисплею автоматизированной системы взвешивания 16, меняют направление движения сушильного агента на противоположное для получения одинаковой конечной влажности у материала сушки. Отключают вентиляторы 10, 12 и топочный блок 11. На шарнирах поворачивают в сторону верхний вытяжной вентилятор 12. Патрубок 9 присоединяют к верхнему диффузору 7, а к нижнему диффузору 7 поворачивают и крепят вытяжной вентилятор 12. Процесс сушки продолжают включением вентиляторов 10, 12 и топочного блока 11 при выбранной температуре сушильного агента второго этапа сушки. На третьем этапе сушки, который по времени равен первому, проводят пошаговое во времени уменьшение температуры сушильного агента до ее значения у окружающей среды. Этот трехэтапный способ сушки обеспечивает неменяющееся нужное направление движения влаги внутри каждого компонента материала, когда в нем градиент температуры близок к минимальному значению. А это резко сокращает затраты энергии на перемещение влаги по слоям каждого компонента материала к его поверхности и повышает показатели качества готовой продукции. Любой исходный материал сушат за одну загрузку без лишних перевалок и дорогостоящих промежуточных операций: охлаждения, отволаживания, кондиционирования, термовлагообработки.
Как только материал сушки достигает кондиционной влажности, которую определяют по дисплею автоматизированной системы взвешивания 16, от сенсорных датчиков 15, расположенных между рамой 13 и подрамником 14, топочный блок 11, вентиляторы 10 и 12 отключают. На шарнирах поворачивают в сторону нижний вытяжной вентилятор 12, поворотный патрубок 9 присоединяют к нижнему диффузору, а к верхнему диффузору поворачивают и крепят вытяжной вентилятор 12. Включают вентиляторы 10 и подают не нагретый окружающий воздух по каналу 6 в камеру 1. Этим воздухом, выходящим из воздухораспределительной решетки 2, осуществляют дальнейшее охлаждение и выгрузку высушенного материала через открытое заслонкой 34 окно 33, в отгрузочный лоток 32. В конце выгрузки заслонку 34 окна 33 закрывают. Шнеки 20 и 21 формируют новый ровный заданный слой сырого материла в камере 1, а потом включают вентиляторы 10, 12 и топочный блок 11 для продолжения сушки вновь загруженного влажного материала.
Перед сушкой рулонов, тюков, мешков и пиломатериалов древесины демонтируют сначала поперечный шнек 20, а затем продольный 21 совместно с тележечным конвейером 22 и механизмом его перемещения 23, 24, 25, 26, 27. Перед сушильной камерой 1 на рельсовый путь 4 устанавливают на роликах поддон 37 для сушки рулонов, диаметр которых определяет ширина сушильной камеры 1.
Отличительной по цвету краской круговыми линиями на глухом поддоне 37 отмечают место установки каждого рулона. По центру каждого круга изготавливают меньшего диаметра отверстия, через которые во время сушки движется сушильный агент.
Загруженный рулонами поддон 37 через открытую дверь задвигают в сушильную камеру 1 с помощью электролебедки 38. Герметичность соединения поддона 37 со стенками камеры 1 обеспечивают лабиринтные уплотнения. Сушку в рулонах проводят в принятом выше порядке. Поддон 37 с высушенными рулонами выдвигают из камеры 1 другой электролебедкой 38.
Для сушки тюков, мешков с элитными семенами, штабелей пиломатериалов древесины используют решетчатый поддон 37.