facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Page translation
 

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ В СУШИЛКАХ С ГРАВИТАЦИОННЫМ ДВИЖУЩИМСЯ СЛОЕМ / REGULATION OF THE HEATING RATES IN DRYERS WITH A GRAVITATIONAL MOVING FIBRE

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ В СУШИЛКАХ С ГРАВИТАЦИОННЫМ ДВИЖУЩИМСЯ СЛОЕМ / REGULATION OF THE HEATING RATES IN DRYERS WITH A GRAVITATIONAL MOVING FIBREРЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ В СУШИЛКАХ С ГРАВИТАЦИОННЫМ ДВИЖУЩИМСЯ СЛОЕМ / REGULATION OF THE HEATING RATES IN DRYERS WITH A GRAVITATIONAL MOVING FIBRE
Andrianov Nikolay, professor, doctor of technical science, full professor

Yaroslav-the-Wise Novgorod State University, Russia

Mei Shunqi, dean, ph.d. of technical science, full professor

Уханьский текстильный университет

Championship participant: the National Research Analytics Championship - "Russia";

the Open European-Asian Research Analytics Championship;

На основе экспериментальных данных выполнен анализ динамики процессов регулирования тепловых режимов в сушилках с гравитационным движущимся слоем. Установлено, что стабилизация температуры теплоносителя не обеспечивает стабилизацию температуры зерна. Значительные колебания подачи газа и теплоты в камеру сушки обусловлены изменением аэродинамических характеристик подвижного зернового слоя. Для лучшей стабилизации режимов предложена система регулирования количества теплоты в сушильной камере.

 

На основе экспериментальных данных выполнен анализ динамики процессов регулирования тепловых режимов в сушилках с гравитационным движущимся слоем. Установлено, что стабилизация температуры теплоносителя не обеспечивает стабилизацию температуры зерна. Значительные колебания подачи газа и теплоты в камеру сушки обусловлены изменением аэродинамических характеристик подвижного зернового слоя. Для лучшей стабилизации режимов предложена система регулирования количества теплоты в сушильной камере.

Ключевые слова: сушилки с гравитационным движущимся слоем, режимы сушки, регулирование, оптимизация.

On the basis of experimental data the analysis of dynamics of processes of regulation of thermal regimes in dryers with a gravitational moving layer is made. It is established that stabilization of temperature of the heat carrier doesn't provide stabilization of temperature of grain. Considerable fluctuations of feeding of gas and warmth in the camera of dryer are caused by change of aerodynamic characteristics of a moving grain layer. For the best stabilization of regimes the system of regulation of amount of heat in the camera of dryer is offered.

Keywords: dryers with a gravitational moving layer, drying regimes, regulation, optimization

 

В зерносушении и других отраслях широкое применение получили конвективные сушилки с гравитационным движущимся слоем, к ним относятся шахтные, колонковые, жалюзийные, бункерные, башенные и др. Сушилки для стабилизации тепловых режимов оснащаются автоматическими регуляторами температуры теплоносителя [1] при этом давление вентилятора, обеспечивающего его подачу в камеру сушки, как правило, поддерживается постоянным. Это отразилось на динамических свойствах сушилок. Однако достоверных сведений об особенностях влияния изменившихся динамических характеристик сушилок на качество их работы пока имеется не достаточно.

Особенностью зернового слоя, перемещающегося под действием гравитационных сил, является зависимость его физико-механических характеристик от начальных параметров обрабатываемого материала и задаваемого режима движения. На примере сушилок шахтного типа [2 - 7] установлено, что аэродинамическое сопротивление зернового слоя и скорость течения газа в нем зависят от влагосодержания и скорости перемещения зерна по камере сушки. Так с уменьшением влагосодержания от 30 до 14% скорость газа в слое при постоянном давлении вентилятора уменьшается на 8 – 19%. Это объясняется тем, что уменьшение влагосодержания вызывает усадку зерновок и обусловливает их более компактную укладку, что ведет к увеличению аэродинамического сопротивления слоя. Изменение влагосодержания зерна в процессе сушки может приводить к заметному перераспределению потоков газа по высоте сушильной камеры [2, 8].

С увеличением скорости перемещения слоя от 0 до 8 мм/с скорость газа в нем возрастает на 7 – 21%. Это объясняется увеличением работы сил трения между зерновками, что ведет к разуплотнению слоя и, как следствие, к уменьшению его аэродинамического сопротивления. Работа сил трения с увеличением влагосодержания зерновок еще более возрастает, поскольку увеличивается шероховатость их поверхности. Поэтому совокупное влияние указанных переменных обусловливает изменение скорости газа в зерновом слое в интервале 19 - 25%.

В условиях производства начальное влагосодержание и скорость перемещения зернового слоя изменяются в широких пределах [8 - 11], что обусловливает изменение его аэродинамического сопротивления и вызывает существенные колебания массовой подачи теплоносителя в камеру сушки, поскольку давление вентилятора поддерживается постоянным. При стабилизированной температуре теплоносителя это ведет к колебаниям потока тепловой энергии и возбуждает колебания температуры зерна. В связи с этим возникла необходимость дополнительного изучения динамики процессов, протекающих в рабочих камерах сушилок, оснащенных системой стабилизации температуры теплоносителя.

Изменение аэродинамических характеристик зернового слоя в процессе сушки сказывается на изменении температуры зерна, как в отдельных зонах сушильной камеры, так и по ее высоте [2, 8 - 14]. На рис. 1 показаны зависимости температуры зерна θЗ от его влагосодержания W и скорости перемещения V. Видно, что влияние переменныхW и Vна температуру зерна в различных зонах по высоте камеры сушки различно. На уровне 2-го, 4-го и 6-го ряда коробов с увеличением Wтемпература зерна увеличивается (рис. 1, а), а на уровне 10-го, 12-го и 15-го ряда происходит её понижение.

Это связано с одновременным протеканием двух процессов: изменением аэродинамического сопротивления слоя по мере высыхания и постепенным перераспределением составляющих теплового баланса. Так увеличение влагосодержания W приводит к увеличению размеров зерновок (вследствие набухания), что вызывает увеличение пористости слоя, и сопровождается снижением его аэродинамического сопротивления. Это ведет к автоматическому увеличению подачи теплоносителя и обусловливает пропорциональное увеличение количества теплоты подводимой к зерну. В связи с этим повышается его температура в начальных зонах камеры сушки (рис. 1, а).

По мере снижения влагосодержания W в нижних зонах меняется характер изменения температуры зерна. На процесс перераспределения потоков газа накладывается процесс перераспределения составляющих теплового баланса. Доля теплоты, затрачиваемая на испарение из зерна влаги, уменьшается, но за счет этого прирастает составляющая, затрачиваемая на его нагрев, поэтому температура зерна интенсивно увеличивается.

Рис. 1 – Зависимость температуры зерна от его начального
влагосодержания (а) и скорости перемещения (б)

Еще более заметное влияние на температуру зерна θЗ оказывает изменение скорости перемещения слоя V. Из протекания зависимостей (рис. 1, б) видно, что с увеличением V монотонно возрастает θЗ на уровне 8-го и 12-го ряда коробов. Это объясняется непрерывным увеличением работы сил трения между зерновками и уменьшением вследствие этого аэродинамического сопротивления слоя, что ведет к автоматическому увеличению подачи теплоносителя и теплоты в зерновой слой и, как следствие, к повышению его температуры.

На уровне 2-го и 4-го ряда коробов картина качественно иная, поскольку доминирующее влияние на нагрев зерна здесь оказывает тепловая инерционность слоя.

В нижних зонах камеры сушки (15-й ряд коробов) при малом влагосодержании зерна его нагрев протекает с доминирующим влиянием процесса перераспределения составляющих теплового баланса. Доля теплоты на испарение влаги сокращается, но за счет этого возрастают затраты теплоты на нагрев зерна, поэтому его температура интенсивно повышается.

Изменение коэффициентов передачи по каналам преобразования сигналов W– θЗ и V– θЗ (рис. 2) также подтверждает нелинейный характер влияния переменных W и Vна температуру зерна θЗ. Их значения имеют знакопеременный характер изменения по высоте камеры сушки, чем объясняется то, что в одних зонах изменение переменных W и V может вызывать положительные приращения температуры зерна, а в других отрицательные, причем значения коэффициентов изменяются не только по высоте камеры, но и зависят от значений самих переменных W и V.

Наибольших значений коэффициенты передачи достигают в нижнем горизонтальном сечении камеры сушки (15-й ряд коробов), чем подтверждается то, что в этой зоне наблюдаются наибольшие и наиболее опасные приращения температуры зерна. Из анализа абсолютных значений коэффициентов следует, что наиболее опасными являются режимы сушки зерна при низких значениях W и V.

Рис. 2 – Изменение коэффициентов передачи по высоте камеры
сушки в зависимости от начального влагосодержания зерна (а) и скорости его перемещения (б)

Это подтверждается также зависимостями, приведенными на рис. 3. Из их протекания видно, что нелинейный и знакопеременный характер влияния переменных W и V на температуру зерна наблюдается не только по высоте камеры сушки, но и в ее отдельных зонах, а наибольшие значения температуры θЗ соответствуют наименьшим значениям W и V.

Рис. 3 – Изменение температуры зерна на выходе камеры сушки в зависимости от
его начального влагосодержания (а) и скорости перемещения (б)
при постоянной температуре теплоносителя

Характерной особенностью протекания зависимостей (рис. 1, 2 и 3) является то, что при высоких значениях влагосодержания (22% и выше) положительные приращения переменных W и V ведут к положительным приращениям температуры зерна в камере сушки. Это можно объяснить только влиянием изменчивости аэродинамических характеристик подвижного зернового слоя при стабилизированной температуре теплоносителя.

Реакции изменения температуры зерна на скачкообразное приращение скорости перемещения зернового слоя представлены на рис. 4. Особенностью их протекания является кратковременное интенсивное повышение температуры зерна в начале переходного процесса. Это объясняется скачкообразным уменьшением аэродинамического сопротивления зернового слоя, что ведет к автоматическому увеличению подачи теплоносителя и теплоты в камеру сушки. Вследствие этого температура зерна возрастает. Превышение температуры ΔθЗ может достичь 2 – 8°С и стать опасным для качественных показателей зерна. Причем большие значения ΔθЗ соответствуют большим значениям переменных W и V. На втором этапе переходного процесса заметную роль начинают оказывать более инерционные процессы тепло- и массопереноса, поэтому с увеличением влагосодержания зерна его температура постепенно понижается.

При высоких влажностях (W > 24%) установившаяся температура зерна в конце переходного процесса может быть выше начальной, а при меньших (W < 22%) – ниже. Это является следствием нелинейности статических характеристик камеры сушки (рис. 2 и 3). Неоднозначные приращения температуры зерна при изменении скорости перемещения слоя V свидетельствует о невозможности использования экспозиции сушки для управления его температурой.

Динамические свойства камеры сушки для учета особенностей протекания переходных процессов по каналу преобразования сигналов V– θЗ могут быть аппроксимированы уравнением динамического звена третьего порядка [12 - 14].

Рис. 4 – Переходные процессы на выходе камеры сушки, возбужденные изменением скорости перемещения V зернового слоя при температуре теплоносителя θТ = 100⁰С

Возможные отклонения температуры зерна по высоте камеры сушки, вызванные колебаниями его начального влагосодержания и скорости перемещения, представлены в таблице. Из таблицы следует, что стабилизация температуры теплоносителя не обеспечивает стабилизацию температуры зерна и не исключает возможности его перегрева.

Таблица

Отклонения температуры зерна, вызванные изменением его начального влагосодержания и скорости перемещения, в сушилке СЗШ–8 с системой стабилизации температуры теплоносителя

Варьируемый фактор

Интервал изменения

Интервал отклонения температуры зерна, °С

4-й ряд коробов

6-й ряд коробов

8-й ряд коробов

10-й ряд коробов

12-й ряд коробов

15-й ряд коробов

Влагосодержание, %

14 – 30

4,83

4,78

3,75

8,34

13,88

19,66

Скорость перемещения, мм/с

2 – 8

7,28

6,49

7,26

8,51

9,12

15,44

Отмеченный характер изменения статических и динамических характеристик сушилок указывает на недостатки применения систем стабилизации температуры теплоносителя, так как стабилизация температуры при возможных колебаниях его подачи ведет к колебаниям количества теплоты подводимой к зерну и не способствует стабилизации тепловых режимов. Наиболее целесообразным для повышения стабильности тепловых режимов является реализация принципа стабилизации количества теплоты подаваемой в сушильную камеру (патент RU 2135917) [15].

Построение такой системы может быть реализовано в соответствии со схемой, показанной на рис. 5.

Рис. 5 – Структурная функциональная схема системы стабилизации подачи теплоты в
камеру сушки (обозначения в тексте):

 – направление движения зерна;

 – направление движения теплоносителя

Она содержит камеру сушки 1, в которой скорость перемещения зерна регулируется устройством 2. Теплоноситель, нагретый в теплогенераторе 3, подается в камеру сушки через диффузор 4, а удаляется из нее вентилятором через диффузор 5. Регулирование температуры теплоносителя осуществляется регулирующим органом 6, а скорости газа в зерновом слое – регулирующим органом 7. Система контроля температуры зерна включает датчик 8, задатчик 9, элемент сравнения 10 и устройство сигнализации 11.

Для стабилизации подачи теплоты в камеру сушки система оснащена двумя независимыми контурами: контуром регулирования температуры и контуром регулирования скорости теплоносителя. Каждый из контуров содержит датчик 12 (13), задатчик 14 (15) и элемент сравнения 16 (17), который через регулирующий прибор 18 (19) соединен с регулирующим органом, соответственно, температуры 6 или скорости газа 7.

Работа контуров обеспечивает одновременную стабилизацию температуры и массовой подачи теплоносителя в камеру сушки, чем обеспечивается стабилизация подачи теплоты. Использование системы позволяет исключить колебания потока теплоносителя, а, следовательно, и теплоты на входе в камеру сушки и осуществить регулирование тепловых режимов в ней с меньшей погрешностью, чем достигается лучшее качество выполнения рабочего процесса.

 

Литература:

  • 1. Колесов Л.В., Андрианов Н.М. Исследование средств управления температурой теплоносителя топочного агрегата // Техника в сельском хозяйстве. 1988. № 1.
  • 2. Андрианов Н.М., Мэй Шуньци и др. Регулирование тепловых режимов в сушилках с гравитационным движущимся слоем // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 4.
  • 3. Андрианов Н.М. Оптимизация структуры потоков газа и теплоты в шахтных зерносушилках // Хранение и переработка зерна. 2010. № 11.
  • 4. Андрианов Н.М., Николаенок А.В. Совершенствование системы распределения газа шахтных зерносушилок // Вестник Новгородского государственного университета. 2013. № 71. Т. 2.
  • 5. Андрианов Н.М. и др. Оптимизация структуры потоков газа и теплоты в шахтных зерносушилках // Наукові праці Одеської національної академії харчових технологій. Міністерство освіти і науки України. – Одеса: 2010. – Вип. 38. – Том. 1.
  • 6. Андрианов Н.М. и др. Оптимизация системы распределения теплоносителя шахтных зерносушилок // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2008. №10.
  • 7. Андрианов Н.М. Как улучшить сушку зерна // Сельский механизатор. 2008. № 9.
  • 8. Андрианов Н.М. Совершенствование технологического процесса в шахтной зерносушилке // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2004. № 7.
  • 9. Андрианов Н.М. Повышение эффективности функционирования зерновых сушилок // Современные наукоемкие технологии. 2004. № 2.
  • 10. Андрианов Н.М. Особенности работы зерновых сушилок // Техника в сельском хозяйстве. 2006. № 4.
  • 11. Колесов Л.В., Андрианов Н.М. Исследование шахтной зерносушилки в условиях нормального функционирования // Сб. научных трудов ЛГАУ "Интенсификация технологических процессов в растениеводстве". Л., 1991.
  • 12. Колесов Л.В., Андрианов Н.М. Экспериментальное обоснование совершенствования процесса сушки в шахтных зерносушилках // Сб. научных трудов ЛСХИ «Методы и средства интенсификации технологических процессов на базе микроэлектроники». Л., 1990.
  • 13. Андрианов Н.М. Исследование шахтной зерносушилки как объекта управления // Успехи современного естествознания. 2004. № 9.
  • 14. Андрианов Н.М. Математическая модель сушильной камеры зерновых сушилок // Успехи современного естествознания. 2003. №11.
15. Патент RU 2135917 Способ автоматического регулирования процесса сушки зерна и устройство для его осуществления / Н.М. Андрианов и др. Бюл. №24. от 27.08.99.Ключевые слова: сушилки с гравитационным движущимся слоем, режимы сушки, регулирование, оптимизация.
On the basis of experimental data the analysis of dynamics of processes of regulation of thermal regimes in dryers with a gravitational moving layer is made. It is established that stabilization of temperature of the heat carrier doesn't provide stabilization of temperature of grain. Considerable fluctuations of feeding of gas and warmth in the camera of dryer are caused by change of aerodynamic characteristics of a moving grain layer. For the best stabilization of regimes the system of regulation of amount of heat in the camera of dryer is offered.
Keywords: dryers with a gravitational moving layer, drying regimes, regulation, optimization
В зерносушении и других отраслях широкое применение получили конвективные сушилки с гравитационным движущимся слоем, к ним относятся шахтные, колонковые, жалюзийные, бункерные, башенные и др. Сушилки для стабилизации тепловых режимов оснащаются автоматическими регуляторами температуры теплоносителя [1] при этом давление вентилятора, обеспечивающего его подачу в камеру сушки, как правило, поддерживается постоянным. Это отразилось на динамических свойствах сушилок. Однако достоверных сведений об особенностях влияния изменившихся динамических характеристик сушилок на качество их работы пока имеется не достаточно.
Особенностью зернового слоя, перемещающегося под действием гравитационных сил, является зависимость его физико-механических характеристик от начальных параметров обрабатываемого материала и задаваемого режима движения. На примере сушилок шахтного типа [2 - 7] установлено, что аэродинамическое сопротивление зернового слоя и скорость течения газа в нем зависят от влагосодержания и скорости перемещения зерна по камере сушки. Так с уменьшением влагосодержания от 30 до 14% скорость газа в слое при постоянном давлении вентилятора уменьшается на 8 – 19%. Это объясняется тем, что уменьшение влагосодержания вызывает усадку зерновок и обусловливает их более компактную укладку, что ведет к увеличению аэродинамического сопротивления слоя. Изменение влагосодержания зерна в процессе сушки может приводить к заметному
перераспределению потоков газа по высоте сушильной камеры [2, 8].
С увеличением скорости перемещения слоя от 0 до 8 мм/с скорость газа в нем возрастает на 7 – 21%. Это объясняется увеличением работы сил трения между зерновками, что ведет к разуплотнению слоя и, как следствие, к уменьшению его аэродинамического сопротивления. Работа сил трения с увеличением влагосодержания зерновок еще более возрастает, поскольку увеличивается шероховатость их поверхности. Поэтому совокупное влияние указанных переменных обусловливает изменение скорости газа в зерновом слое в интервале 19  25%.
В условиях производства начальное влагосодержание и скорость перемещения зернового слоя изменяются в широких пределах [8 - 11], что обусловливает изменение его аэродинамического сопротивления и вызывает существенные колебания массовой подачи теплоносителя в камеру сушки, поскольку давление вентилятора поддерживается постоянным. При стабилизированной температуре теплоносителя это ведет к колебаниям потока тепловой энергии и возбуждает колебания температуры зерна. В связи с этим возникла необходимость дополнительного изучения динамики процессов, протекающих в рабочих камерах сушилок, оснащенных системой стабилизации температуры теплоносителя.
Изменение аэродинамических характеристик зернового слоя в процессе сушки сказывается на изменении температуры зерна, как в отдельных зонах сушильной камеры, так и по ее высоте [2, 8 - 14]. На рис. 1 показаны зависимости температуры зерна θЗ от его влагосодержания W и скорости перемещения V. Видно, что влияние переменных W и V на температуру зерна в различных зонах по высоте камеры сушки различно. На уровне 2-го, 4-го и 6-го ряда коробов с увеличением W температура зерна увеличивается (рис. 1, а), а на уровне 10-го, 12-го и 15-го ряда происходит её понижение.
Это связано с одновременным протеканием двух процессов: изменением аэродинамического сопротивления слоя по мере высыхания и постепенным перераспределением составляющих теплового баланса. Так увеличение влагосодержания W приводит к увеличению размеров зерновок (вследствие набухания), что вызывает увеличение пористости слоя, и сопровождается снижением его аэродинамического сопротивления. Это ведет к автоматическому увеличению подачи теплоносителя и обусловливает пропорциональное увеличение количества теплоты подводимой к зерну. В связи с этим повышается его температура в начальных зонах камеры сушки (рис. 1, а).
По мере снижения влагосодержания W в нижних зонах меняется характер изменения температуры зерна. На процесс перераспределения потоков газа накладывается процесс перераспределения составляющих теплового баланса. Доля теплоты, затрачиваемая на испарение из зерна влаги, уменьшается, но за счет этого прирастает составляющая,
затрачиваемая на его нагрев, поэтому температура зерна интенсивно увеличивается.
Рис. 1 – Зависимость температуры зерна от его начального влагосодержания (а) и скорости перемещения (б)
Еще более заметное влияние на температуру зерна θЗ оказывает изменение скорости перемещения слоя V. Из протекания зависимостей (рис. 1, б) видно, что с увеличением V монотонно возрастает θЗ на уровне 8-го и 12-го ряда коробов. Это объясняется непрерывным увеличением работы сил трения между зерновками и уменьшением вследствие этого аэродинамического сопротивления слоя, что ведет к автоматическому увеличению подачи теплоносителя и теплоты в зерновой слой и, как следствие, к повышению его температуры.
На уровне 2-го и 4-го ряда коробов картина качественно иная, поскольку доминирующее влияние на нагрев зерна здесь оказывает тепловая инерционность слоя.
В нижних зонах камеры сушки (15-й ряд коробов) при малом влагосодержании зерна его нагрев протекает с доминирующим влиянием процесса перераспределения составляющих теплового баланса. Доля теплоты на испарение влаги сокращается, но за счет этого возрастают затраты теплоты на нагрев зерна, поэтому его температура интенсивно повышается.
Изменение коэффициентов передачи по каналам преобразования сигналов W – θЗ и V – θЗ (рис. 2) также подтверждает нелинейный характер влияния переменных W и V на температуру зерна θЗ. Их значения имеют знакопеременный характер изменения по высоте камеры сушки, чем объясняется то, что в одних зонах изменение переменных W и V может вызывать положительные приращения температуры зерна, а в других отрицательные, причем значения коэффициентов изменяются не только по высоте камеры, но и зависят от значений самих переменных W и V.
Наибольших значений коэффициенты передачи достигают в нижнем горизонтальном
сечении камеры сушки (15-й ряд коробов), чем подтверждается то, что в этой зоне наблюдаются наибольшие и наиболее опасные приращения температуры зерна. Из анализа абсолютных значений коэффициентов следует, что наиболее опасными являются режимы сушки зерна при низких значениях W и V.
Рис. 2 – Изменение коэффициентов передачи по высоте камеры сушки в зависимости от начального влагосодержания зерна (а) и скорости его перемещения (б)
Это подтверждается также зависимостями, приведенными на рис. 3. Из их протекания видно, что нелинейный и знакопеременный характер влияния переменных W и V на температуру зерна наблюдается не только по высоте камеры сушки, но и в ее отдельных зонах, а наибольшие значения температуры θЗ соответствуют наименьшим значениям W и V.
Рис. 3 – Изменение температуры зерна на выходе камеры сушки в зависимости от его начального влагосодержания (а) и скорости перемещения (б) при постоянной температуре теплоносителя
Характерной особенностью протекания зависимостей (рис. 1, 2 и 3) является то, что при высоких значениях влагосодержания (22% и выше) положительные приращения переменных
W и V ведут к положительным приращениям температуры зерна в камере сушки. Это можно объяснить только влиянием изменчивости аэродинамических характеристик подвижного зернового слоя при стабилизированной температуре теплоносителя.
Реакции изменения температуры зерна на скачкообразное приращение скорости перемещения зернового слоя представлены на рис. 4. Особенностью их протекания является кратковременное интенсивное повышение температуры зерна в начале переходного процесса. Это объясняется скачкообразным уменьшением аэродинамического сопротивления зернового слоя, что ведет к автоматическому увеличению подачи теплоносителя и теплоты в камеру сушки. Вследствие этого температура зерна возрастает. Превышение температуры ΔθЗ может достичь 2 – 8С и стать опасным для качественных показателей зерна. Причем большие значения ΔθЗ соответствуют большим значениям переменных W и V. На втором этапе переходного процесса заметную роль начинают оказывать более инерционные процессы тепло- и массопереноса, поэтому с увеличением влагосодержания зерна его температура постепенно понижается.
При высоких влажностях (W > 24%) установившаяся температура зерна в конце переходного процесса может быть выше начальной, а при меньших (W < 22%) – ниже. Это является следствием нелинейности статических характеристик камеры сушки (рис. 2 и 3). Неоднозначные приращения температуры зерна при изменении скорости перемещения слоя V свидетельствует о невозможности использования экспозиции сушки для управления его температурой.
Динамические свойства камеры сушки для учета особенностей протекания переходных процессов по каналу преобразования сигналов V – θЗ могут быть аппроксимированы уравнением динамического звена третьего порядка [12 - 14].
Рис. 4 – Переходные процессы на выходе камеры сушки, возбужденные изменением скорости перемещения V зернового слоя при температуре теплоносителя θТ = 100⁰С
Возможные отклонения температуры зерна по высоте камеры сушки, вызванные колебаниями его начального влагосодержания и скорости перемещения, представлены в таблице. Из таблицы следует, что стабилизация температуры
теплоносителя не обеспечивает стабилизацию температуры зерна и не исключает
возможности его перегрева.
Таблица – Отклонения температуры зерна, вызванные изменением его начального
влагосодержания и скорости перемещения, в сушилке СЗШ–8 с системой стабилизации
температуры теплоносителя
Варьируемый фактор
Интервал
изменения
Интервал отклонения температуры зерна, °С
4-й ряд
коробов
6-й ряд
коробов
8-й ряд
коробов
10-й ряд
коробов
12-й ряд
коробов
15-й ряд
коробов
Влагосодержание, % 14 – 30 4,83 4,78 3,75 8,34 13,88 19,66
Скорость
перемещения, мм/с
2 – 8 7,28 6,49 7,26 8,51 9,12 15,44
Отмеченный характер изменения статических и динамических характеристик сушилок
указывает на недостатки применения систем стабилизации температуры теплоносителя, так
как стабилизация температуры при возможных колебаниях его подачи ведет к колебаниям
количества теплоты подводимой к зерну и не способствует стабилизации тепловых режимов.
Наиболее целесообразным для повышения стабильности тепловых режимов является
реализация принципа стабилизации количества теплоты подаваемой в сушильную камеру
(патент RU 2135917) [15].
Построение такой системы может быть реализовано в соответствии со схемой,
показанной на рис. 5.
Рис. 5 – Структурная
функциональная схема
системы стабилизации
подачи теплоты в камеру
сушки (обозначения в
тексте):
– направление
движения зерна;
– направление
движения теплоносителя
Она содержит камеру сушки 1, в которой скорость перемещения зерна регулируется
устройством 2. Теплоноситель, нагретый в теплогенераторе 3, подается в камеру сушки через
диффузор 4, а удаляется из нее вентилятором через диффузор 5. Регулирование температуры
теплоносителя осуществляется регулирующим органом 6, а скорости газа в зерновом слое – регулирующим органом 7. Система контроля температуры зерна включает датчик 8, задатчик 9, элемент сравнения 10 и устройство сигнализации 11.
Для стабилизации подачи теплоты в камеру сушки система оснащена двумя независимыми контурами: контуром регулирования температуры и контуром регулирования скорости теплоносителя. Каждый из контуров содержит датчик 12 (13), задатчик 14 (15) и элемент сравнения 16 (17), который через регулирующий прибор 18 (19) соединен с регулирующим органом, соответственно, температуры 6 или скорости газа 7.
Работа контуров обеспечивает одновременную стабилизацию температуры и массовой подачи теплоносителя в камеру сушки, чем обеспечивается стабилизация подачи теплоты. Использование системы позволяет исключить колебания потока теплоносителя, а, следовательно, и теплоты на входе в камеру сушки и осуществить регулирование тепловых режимов в ней с меньшей погрешностью, чем достигается лучшее качество выполнения рабочего процесса.
Литература:
1. Колесов Л.В., Андрианов Н.М. Исследование средств управления температурой теплоносителя топочного агрегата // Техника в сельском хозяйстве. 1988. № 1.
2. Андрианов Н.М., Мэй Шуньци и др. Регулирование тепловых режимов в сушилках с гравитационным движущимся слоем // Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 4.
3. Андрианов Н.М. Оптимизация структуры потоков газа и теплоты в шахтных зерносушилках // Хранение и переработка зерна. 2010. № 11.
4. Андрианов Н.М., Николаенок А.В. Совершенствование системы распределения газа шахтных зерносушилок // Вестник Новгородского государственного университета. 2013. № 71. Т. 2.
5. Андрианов Н.М. и др. Оптимизация структуры потоков газа и теплоты в шахтных зерносушилках // Наукові праці Одеської національної академії харчових технологій. Міністерство освіти і науки України. – Одеса: 2010. – Вип. 38. – Том. 1.
6. Андрианов Н.М. и др. Оптимизация системы распределения теплоносителя шахтных зерносушилок // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2008. №10.
7. Андрианов Н.М. Как улучшить сушку зерна // Сельский механизатор. 2008. № 9.
8. Андрианов Н.М. Совершенствование технологического процесса в шахтной зерносушилке // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2004. № 7.
9. Андрианов Н.М. Повышение эффективности функционирования зерновых сушилок
// Современные наукоемкие технологии. 2004. № 2.
10. Андрианов Н.М. Особенности работы зерновых сушилок // Техника в сельском хозяйстве. 2006. № 4.
11. Колесов Л.В., Андрианов Н.М. Исследование шахтной зерносушилки в условиях нормального функционирования // Сб. научных трудов ЛГАУ "Интенсификация технологических процессов в растениеводстве". Л., 1991.
12. Колесов Л.В., Андрианов Н.М. Экспериментальное обоснование совершенствования процесса сушки в шахтных зерносушилках // Сб. научных трудов ЛСХИ «Методы и средства интенсификации технологических процессов на базе микроэлектроники». Л., 1990.
13. Андрианов Н.М. Исследование шахтной зерносушилки как объекта управления // Успехи современного естествознания. 2004. № 9.
14. Андрианов Н.М. Математическая модель сушильной камеры зерновых сушилок // Успехи современного естествознания. 2003. №11.
15. Патент RU 2135917 Способ автоматического регулирования процесса сушки зерна и устройство для его осуществления / Н.М. Андрианов и др. Бюл. №24. от 27.08.99.
0
Your rating: None Average: 6.7 (3 votes)
Comments: 7

Elena Artamonova

В статье приведены интересные результаты научной работы: описаны способ и устройство регулирования процесса сушки зерна, поясняемые чертежом. Вопросы: данная установка непрерывно действующая или периодического действия, каковы показатели ее экономической оценки?

Andrianov Nikolay

Уважаемая, Елена Николаевна, спасибо за ознакомление с моей работой. Исследование выполнено для сушилок непрерывного действия. Любое изменение состояния их подвижного зернового слоя отражается на подаче тепловой энергии в камеру сушки, что "раскачивает" процесс регулирования температуры зерна. Эффективность наших решений следует оценивать по комплексу показателей, что усложняет возможность дать исчерпывающую экономическую оценку. В результате более точного регулирования, например, улучшается качество сушки, поскольку исключается возможность перегрева зерна. Обеспечивается возможность повышения интенсивности сушки, а, следовательно, повышения производительности оборудования. Кроме того, достигается некоторое снижение затрат энергии. Надеюсь, что ответил на Ваш вопрос. С уважением, Николай Андрианов.

Simonian Geworg

Отличная экспериментальная работа. С уважением Геворг Саркисович.

Andrianov Nikolay

Спасибо Геворг Саркисович. С пожеланием успехов, Николай Андрианов

Togaev Bahram

Известно, что регулирования тепловых режимов в зерновых хозяйствах, одной из актуальных тем. Будущее человечества зависит от того, насколько разумно оно сохраняет качества зерна. По нашим данным когда тепла превыщает 60° теряет зерна свой качества и всхожесть. Поэтому нами разработаны сигнализатор для измерения температуры зерна в токах (при хранении). Думаю, что проблема и ее решения автором заслуживает внимание, надеюсь результаты будут внедрены во многих хозяйствах. Удачу Вам, с добрымы пожеланиями, Х. Тагаев.

Treschalin Michail Yuriyevich

Уважаемый Николай Михайлович! С интересом прочитал Вашу статью. Хорошо знаком с проблемами рационального соотношения энергоресурсов и конечных параметров высушиваемого (древесного) материала. Не совсем понял, как определяется коэффициент передачи? Каковы оптимальные параметры зерна после сушки? Ведь после сушки зерно забирает влагу из окружающей среды (если в зоне хранилища идет дождь). Полагаю, в последующем Вы более подробно напишите о своей работе. Удачи! С уважением д.т.н., профессор М.Ю. Трещалин

Andrianov Nikolay

Уважаемый Михаил Юрьевич! Спасибо за проявленный интерес к моей работе. Желаемые параметры зерна после сушки - это кондиционная, то есть равновесная влажность для ожидаемых условий хранения (приблизительно 14%). Коэффициент передачи определяется для статической характеристики как приращение сигала на выходе (например, температуры зерна, град) к приращению сигнала на входе (например, к скорости перемещения зернового слоя, мм/с), см. рисунок. Надеюсь ответил на Ваши вопросы. Желаю успехов, и всего наилучшего, проф. Николай Михайлович Андрианов
Comments: 7

Elena Artamonova

В статье приведены интересные результаты научной работы: описаны способ и устройство регулирования процесса сушки зерна, поясняемые чертежом. Вопросы: данная установка непрерывно действующая или периодического действия, каковы показатели ее экономической оценки?

Andrianov Nikolay

Уважаемая, Елена Николаевна, спасибо за ознакомление с моей работой. Исследование выполнено для сушилок непрерывного действия. Любое изменение состояния их подвижного зернового слоя отражается на подаче тепловой энергии в камеру сушки, что "раскачивает" процесс регулирования температуры зерна. Эффективность наших решений следует оценивать по комплексу показателей, что усложняет возможность дать исчерпывающую экономическую оценку. В результате более точного регулирования, например, улучшается качество сушки, поскольку исключается возможность перегрева зерна. Обеспечивается возможность повышения интенсивности сушки, а, следовательно, повышения производительности оборудования. Кроме того, достигается некоторое снижение затрат энергии. Надеюсь, что ответил на Ваш вопрос. С уважением, Николай Андрианов.

Simonian Geworg

Отличная экспериментальная работа. С уважением Геворг Саркисович.

Andrianov Nikolay

Спасибо Геворг Саркисович. С пожеланием успехов, Николай Андрианов

Togaev Bahram

Известно, что регулирования тепловых режимов в зерновых хозяйствах, одной из актуальных тем. Будущее человечества зависит от того, насколько разумно оно сохраняет качества зерна. По нашим данным когда тепла превыщает 60° теряет зерна свой качества и всхожесть. Поэтому нами разработаны сигнализатор для измерения температуры зерна в токах (при хранении). Думаю, что проблема и ее решения автором заслуживает внимание, надеюсь результаты будут внедрены во многих хозяйствах. Удачу Вам, с добрымы пожеланиями, Х. Тагаев.

Treschalin Michail Yuriyevich

Уважаемый Николай Михайлович! С интересом прочитал Вашу статью. Хорошо знаком с проблемами рационального соотношения энергоресурсов и конечных параметров высушиваемого (древесного) материала. Не совсем понял, как определяется коэффициент передачи? Каковы оптимальные параметры зерна после сушки? Ведь после сушки зерно забирает влагу из окружающей среды (если в зоне хранилища идет дождь). Полагаю, в последующем Вы более подробно напишите о своей работе. Удачи! С уважением д.т.н., профессор М.Ю. Трещалин

Andrianov Nikolay

Уважаемый Михаил Юрьевич! Спасибо за проявленный интерес к моей работе. Желаемые параметры зерна после сушки - это кондиционная, то есть равновесная влажность для ожидаемых условий хранения (приблизительно 14%). Коэффициент передачи определяется для статической характеристики как приращение сигала на выходе (например, температуры зерна, град) к приращению сигнала на входе (например, к скорости перемещения зернового слоя, мм/с), см. рисунок. Надеюсь ответил на Ваши вопросы. Желаю успехов, и всего наилучшего, проф. Николай Михайлович Андрианов
PARTNERS
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.