Экспериментальное исследование скорости воздушного потока и частоты колебаний сетчатой деки вибропневматического оборудования

В статье рассмотрены вопросы, связанные с экспериментальным исследованием зависимости коэффициента разделения и производительности от скорости воздушного потока и частоты колебаний сетчатой деки оборудования вибропневматического принципа действия. Приводится описание разработанного лабораторного стенда для изучения процесса самосортирования сыпучих компонентов в псевдоожиженном слое. На основании экспериментальных исследований установлены параметры скорости воздушного потока и частоты колебаний сетчатой деки разработанного сепаратора вибропневматического принципа действия с рециркуляцией воздушного потока, обеспечивающие максимально эффективное разделение компонентов зерновой массы на фракции, отличающиеся между собой удельной плотностью в пределах 10-15%.

Введение

Технологический процесс сепарирования зерновой массы на вибропневматическом сепараторе протекает на вибрирующей шероховатой поверхности – деке, которая продувается восходящим воздушным потоком. Эффективность выделения примесей, отличающихся удельной плотностью, и четкое сортирование основного (полноценного) компонента зависит не только от конструктивных особенностей оборудования, но и во многом определяется режимными параметрами работы данных машин. Наряду с направлением и значением колебаний сетчатой деки существенное влияние на процесс оказывает скорость воздушного потока, проходящая через обрабатываемый зерновой слой. Поэтому определение рациональных значений скорости воздушного потока в рабочей камере и частоты колебаний сетчатой декивибропневмосепаратора является актуальной научно- практической задачей в контексте общего совершенствования работы данного оборудования.

Материалы и методы

При проведении экспериментальных исследованийскорости воздушного потокаи частоты колебаний сетчатой деки разработанного сепаратора вибропневматического принципа действия определялитакие показатели как коэффициент разделения Кр и производительность Q сепаратора.

Для проведения экспериментальных исследований процесса вибропневмо- сепарирования зерновой массы изготовлен экспериментальный стенд, с помощью которого можно проводить исследования процессов разделения зерновой массы по удельной плотности под действием вибрации и восходящих потоков воздуха. Схема экспериментального стенда представлена на рисунке 1.

 

Главным элементом экспериментального стенда является созданный лабораторный сепаратор вибропневматического принципа действия для разделения зерновой смеси по удельной плотности, общий вид сепаратора представлен на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – Общий вид лабораторного сепаратора вибропневматического принципа действия:

Принцип действия разработанного лабораторного сепаратора основан на вибропневматическим методе сепарирования. Вибропневматический метод сепарирования компонентов зерновой массы является одним из наиболее эффективных, т.к. разделение зерновой массы ведется под воздействием гравитационных сил, создаваемых воздушным потоком и вибрацией. Признаками делимости являются различие удельной плотности частиц, составляющих зерновую массу, частично их форма и коэффициент трения. Удельную плотность можно рассматривать как комплексную характеристику, суммарно отражающую такие показатели физико- химических свойств зерна, как структура, химический состав, масса 1000 зерен, стекловидность и т. п. Принцип вибропневматического разделения основан на избирательном транспортировании с последующим удалением отличающихся удельной плотностью частиц зерновой смеси в псевдоожиженом слое.

Результаты исследований и обсуждение

Для проведения экспериментальных исследований использовалась яровая пшеница сорта «Контеса» I репродукции с влажностью 14%. Относительная влажность пшеницы определялась наанализаторе влажности МАХ 50.

На начальном этапе исследования была проведена серия отсеивающих экспериментов, которая позволила из всего многообразия факторов, влияющих на эффективность процесса сепарирования, определить основные. После обобщения результатов предварительной серии экспериментов для проведения экспериментальных исследований  процесса  сортирования  компонентов зерновой  массы по  плотности  на разработанном    сепараторе    факторами    варьирования   были      выбраны   следующие параметры, оказывающие наибольшее влияние на процесс вибропневмосепарирования:

  • угол наклона сетчатой деки к горизонту – 2-5 град;
  • амплитуда колебаний сетчатой деки – 2-4 мм;
  • частота колебаний сетчатой деки – 17-22 Гц;

В качестве выходных функций исследовались такие  показатели, характеризующие эффективность работы разработанного сепаратора, как коэффициент разделения зерновой массы на фракции и производительность.

Для определения коэффициента разделения зерна (семена пшеницы сорта Контесса) с высокой удельной плотностью более 1,27 г/см3 окрашивались при помощи раствора бертолетовой соли (рисунок 3) и выделялись из общей зерновой массы при помощи создания водных растворов заданной плотности на основе принципов флотации. Контроль плотности отдельных зерновок осуществлялся пикнометрическим методом.

 

После обработки результатов эксперимента получены графические зависимости производительности Q и коэффициента разделения Крот скорости воздушного потока υ врабочей камере(рисунок 4) и от частоты колебаний сетчатой деки (рисунок 5)разработанного лабораторного сепаратора вибропневматического принципа действия при угле наклона деки – 4град., угле наклона вибраторов 50 град., частоте колебаний сетчатой деки – 20 Гц.   

Рисунок 4 – Зависимость Кр и Q от υ, при α=4°, β=50°

Из графика на рисунке 4 видно, что с увеличением скорости воздушного потока в рабочей камере сепаратора вибропневматического принципа действия производительность уменьшается. Это объясняется тем, что при увеличении скорости восходящих потоков воздуха сцепление зерновок и сетчатой деки уменьшается, что приводит к уменьшению скорости перемещения зерновой массы по сетчатой деке и соответственно к уменьшению производительности. Зависимость коэффициента разделения от скорости воздушного потока при неизменных остальных параметрах, носит более сложный характер. При скоростях воздушного потока от 0,9 до 1,2 м/сзерновая масса переходит в состояние псевдоожижения, что способствует повышению коэффициента разделения компонентов зерновой массы по удельной плотности. При увеличении скорости воздушного потока свыше 1,2 м/сзерновая масса переходит из состояния псевдоожижения в состояние «кипения». «Кипящий» режим сопровождается интенсивным перемешиванием компонентов зерновой массы, процесс самосортирования прекращается, и коэффициент разделения снижается.  Таким образом, для обеспечения эффективного расслоения компонентов зерновой массы по удельной плотности скорость воздушного потока в рабочей камере сепаратора должна находится в пределе от 1,1 м/с до 1,3 м/с.

На рисунке 5 представлена зависимость производительности Q и коэффициента разделения Крот частоты колебанийf сетчатой деки. 

Рисунок 5 – Зависимость Q и Крот f, при α=4°, β=50°

Из графика на рисунке 5 видно, что с увеличением частоты колебаний сетчатой деки производительность увеличивается. Это объясняется тем, что с увеличением частоты колебаний сетчатой деки возрастает средняя скорость движения зерновой массы вдоль деки к выходным патрубкам, вследствие чего зерно быстрее проходит процесс сепарирования. Коэффициент разделения с ростом частоты колебаний деки увеличивается и достигает максимального значения при f=19,5 Гц. Это обусловлено тем, что при увеличении частоты колебаний деки процесс самосортирования происходит интенсивнее и более плотные зерновки,вследствие уменьшения сцепления друг с другом под действием вибрации, опускаются в нижние слоя. При дальнейшем увеличении частоты колебаний деки, свыше 20 Гц, зерновая масса переходит из равномерного протекания по деке в состояние «подпрыгивания» и интенсивного перемешивания, зерна хаотично движутся по деке и коэффициент разделения уменьшается. Таким образом, для обеспечения максимального коэффициента разделения частота колебаний сетчатой деки должна находиться в пределе от 19 до 20 Гц.

После проведения сепарирования исходной зерновой массы определялась масса 1000 зерен, которая может служить качественным показателем разделения зерновой массы по удельной плотности. Определение массы 1000 зерен проводилось в соответствии с ГОСТ 10842-89 «Зерно зерновых и бобовых культур и семена масличных культур. Метод определения массы 1000 зерен или 1000 семян»[1].Для определения массы 1000 зёрен навеску после сепарирования распределяли ровным слоем в виде квадрата, который делили по диагонали на четыре треугольника и из каждых двух противоположных треугольников отсчитывают пробы по 500 целых зёрен (по 250 зёрен от каждого треугольника). Массу обеих проб складывали и получили массу 1000 зёрен. За окончательный результат определения массы 1000 зерен приняли среднеарифметическое значение двух результатов нахождения массы 1000 зерен, т.к. расхождения между ними не превысили 6% в соответствии с ГОСТом.В результате измерения массы 1000 зерен получены следующие данные:

  • средняя масса 1000 зерен исходной смеси 31,1 г;
  • средняя масса 1000 зерен средней фракции 31,4 г;
  • средняя масса 1000 зерен после сепарирования 33,8 г.

Результаты измерений сведены в гистограмму, представленную на рисунке 6.

 

Рисунок 6 – Масса1000 зерен различных фракций   

Из гистограммы видно, что масса 1000 зерен после сепарирования и, соответственно количества веществ, содержащихся взерне, больше на 8%  по сравнению с исходной зерновой смесью. Отсепарированное зерно, имея больший запас питательных веществ, обладает большей энергией прорастания, всхожестью и, естественно, дает максимальный урожай.

Выводы

После обобщения результатов предварительной серии экспериментов по исследованию процесса сортирования компонентов зерновой массы по плотности на разработанном сепараторе факторами варьирования были выбраны следующие параметры, оказывающие наибольшее влияние на процесс:

  • угол наклона сетчатой деки к горизонту – 2-5 град;
  • амплитуда колебаний сетчатой деки – 2-4 мм;
  • частота колебаний сетчатой деки – 17-22 Гц; В качестве выходных параметров выбраны:
  • коэффициент разделения;
  • производительность.

Экспериментально установлено, что для обеспечения эффективного расслоения компонентов зерновой массы по удельной плотности скорость воздушного потока в рабочей камере сепаратора должна находится в пределе от 1,1 м/с до 1,3 м/с, а частота колебаний сетчатой деки – 19-20,5 Гц.

Эффективность разделения зерновой массы подтверждается таким показателем как масса 1000 зерен, которая у отсепарированного зерна больше на 8%. Такие семена могутдать более мощные и более продуктивные растения.

 

Литература

  1. Зерно зерновых и бобовых культур и семена масличных культур. Метод определения массы 1000 зерен или 1000 семян: ГОСТ 10842-89 (ИСО 520 - 77). –ИПК Издательство стандартов, 2001. – С. 5-7.
Фамилия автора: Поздняков В.М., Зеленко С.А.
Год: 2014
Город: Алматы
Яндекс.Метрика