УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР

“ІНСТИТУТ МЕХАНІЗАЦІЇ ТА ЕЛЕКТРИФІКАЦІЇ

СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА”

(ННЦ “ІМЕСГ”)

ДУДАРЄВ ІГОР МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 631.365:633.521

ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ТА ПАРАМЕТРІВ СУШАРКИ ЛЬОНОСИРОВИНИ В РУЛОНАХ

05.05.11 – машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Глеваха – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луцькому державному технічному університеті

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент,

Кірчук Руслан Васильович,

Луцький державний технічний університет,

доцент кафедри сільськогосподарського машинобудування

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

Котов Борис Іванович,

ННЦ “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”, головний науковий співробітник лабораторії механізації післязбиральної обробки зерна

кандидат технічних наук, доцент,

Спірін Анатолій Володимирович,

Вінницький державний аграрний університет,

завідувач кафедри охорони праці та безпеки життєдіяльності

Захист відбудеться “ 26 ” вересня 2007 року о 13 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.27.358.01 у Національному науковому центрі “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” за адресою: 08631 Київська обл., Васильківський р-н., смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кімн. 613.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного наукового центру “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” за адресою: 08631 Київська обл., Васильківський р-н., смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кімн. 102.

Автореферат розісланий 21 серпня 2007 року.

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради __________________ Москаленко С.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Ефективність технологій збирання льону-довгунця, які застосовуються в Україні, в значній мірі залежить від погодних умов. За несприятливої погоди виникає необхідність у додаткових операціях для підсушування льоносировини (льоносоломи, льонотрести) природним способом, що зумовлює значні трудові (ручна праця) та енергетичні затрати (обертання, ворушіння), а також веде до погіршення якості матеріалу і його втрати. Крім того, на льонозаводах проводять сушіння льоносировини перед вкладанням на зберігання та перед первинною обробкою для забезпечення максимального виходу довгого волокна.

Оскільки прогресивна технологія передбачає збирання льоносировини у рулони, розроблено способи досушування матеріалу в цих паковках. Обмежене застосування штучного сушіння обумовлене значною енергоємністю процесу, зменшити яку можна, впроваджуючи способи та режими сушіння, що дозволяють раціонально використовувати енергетичний потенціал сушильного агента та враховувати структурні особливості рулону. Отже, актуальною задачею є вдосконалення процесу сушіння льоносировини у рулоні шляхом врахування його структурних особливостей в поєднанні з раціональним способом сушіння і розробка засобів для реалізації даного процесу, що в комплексі дозволить зменшити енерговитрати на процес сушіння та забезпечити збереження сировини високої якості в повному об’ємі.

Зв’язок роботи з науковими програмами. Дослідження, що складають основу дисертаційної роботи, виконані у Луцькому державному технічному університеті в 2003-2006 рр. у відповідності до державних науково-технічних програм ДКНТП з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки. Основні положення дисертаційної роботи ввійшли до теми: “Дослідження процесів і засобів післязбирального обробітку неоднорідних рослинних матеріалів”. Номер держреєстрації 01 04 U 000 535.

Мета й задачі досліджень. Мета роботи – підвищення ефективності та зменшення енергоємності процесу сушіння льоносировини в рулоні шляхом врахуванням структурних характеристик шарів рулону та використання енергоощадних способів сушіння.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

удосконалити модель шару льоносировини і встановити закономірності розподілу щільності та об’ємної пористості в шарах рулону;

встановити закономірність зміни швидкості повітряного потоку за висотою шарів льоносировини в рулоні при вентилюванні з врахуванням їх структурних характеристик;

обґрунтувати початкову швидкість сушильного агента;

визначити витрату сушильного агента при диференційованому підведенні за умови рівномірного сушіння шарів льоносировини в рулоні;

теоретично дослідити процес вивантаження рулону з сушарки;

обґрунтувати раціональний режим сушіння та спосіб підведення повітряного потоку до рулону;

визначити вплив щільності, вологості, висоти шару та орієнтації стебел у ньому на інтенсивність вентилювання шару;

визначити усушку стебел льоносоломи та встановити вплив усушки шару на інтенсивність його вентилювання;

визначити вплив вологості та щільності шару на його об’ємну пористість;

визначити кут перекосу стебел льоносоломи у стрічці після розбирання рулону;

розробити конструкцію сушарки льоносировини в рулонах та обґрунтувати її параметри і технологічний процес.

Об’єкт досліджень. Рулон льоносировини та процес його сушіння шляхом активного вентилювання.

Предмет досліджень. Закономірності впливу структурних характеристик рулону на ефективність процесу сушіння та параметри сушарки.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження проведені із застосуванням методів, що ґрунтуються на основних положеннях теорії сушіння, механіко-математичного моделювання та класичної механіки. Експериментальні дослідження проводились за галузевими та розробленими методиками на спеціально спроектованих і виготовлених установках та приладах. При проведенні експериментальних досліджень застосовувалися математичні методи планування експерименту з використанням комп’ютерних технологій.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі вдосконаленої моделі шару льоносировини описано зміну щільності і об’ємної пористості за товщиною шару при його скручуванні у рулон. Отримано аналітичну залежність швидкості повітряного потоку від висоти та структурних характеристик шару льоносоломи у рулоні. Теоретично обґрунтовано необхідність диференційованого підведення повітряного потоку до шарів рулону для забезпечення їх рівномірного сушіння. Вперше теоретично обґрунтовано початкову швидкості сушильного агента та його витрату при диференційованому підведенні до шарів льоносировини в рулоні. Розроблено математичну модель процесу вивантаження рулону з сушарки. Набули подальшого розвитку дослідження з визначення фізико-механічних властивостей і структурних характеристик шарів льоносировини та встановлено їх вплив на процес вентилювання.

Практичне значення одержаних результатів. Обґрунтовано раціональний спосіб та режим сушіння льоносировини в рулоні. Розроблено сушарку льоносировини в рулонах з реверсивним диференційованим підведенням сушильного агента і атмосферного повітря та визначено її раціональні параметри. За результатами багатофакторного експерименту виведено регресійну залежність, яка дає змогу кількісно оцінювати вплив характеристик шару льоносоломи на інтенсивність його вентилювання. Розроблено інженерний метод розрахунку ковпаків сушарки.

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні і експериментальні дослідження за темою дисертації виконані автором особисто. Зокрема, у теоретичних дослідженнях запропоновано модель шару льоносировини. Отримано залежності для визначення зміни швидкості повітряного потоку за висотою шарів рулону, для обґрунтування початкової швидкості сушильного агента та визначення його витрати. Розглянуто процес вивантаження рулону з сушильної секції, встановлено параметри ковпаків сушарки. Експериментальні дослідження та обробка їх результатів проведені здобувачем самостійно. У технічних рішеннях, які розроблені на рівні винаходу [13] та корисних моделей [11,12,14], частка кожного автора є рівноцінною. В опублікованих працях у співавторстві частка здобувача складає 60-75%, в них проаналізовано конструкції засобів сушіння рослинних матеріалів у рулонах [1], досліджено інтенсивність вентилювання та сушіння шарів матеріалу в рулоні [2] з врахуванням їх структурних характеристик [3,5,7,9], встановлено раціональний спосіб сушіння льоносировини у рулоні [4,10], а також обґрунтовано швидкість сушильного агента [6] та розглянуто процес вивантаження рулону з сушарки [8]. Дві статті одноосібні.

Апробація результатів дисертації. Основні положення виконаних досліджень обговорювались на науково-технічних конференціях Луцького державного технічного університету (2003-2006 рр.), на Міжнародній науково-практичній конференції “АГРОМЕХ-2004” (м. Львів, 2004 р.), на VI Міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми землеробської механіки” (м. Київ, 2005 р.), на V Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки” (м. Кіровоград, 2005р.), на Міжнародній науково-практичній конференції “Стан і перспективи розвитку технологій і обладнання переробних і харчових виробництв” (м. Вінниця, 2006 р.). Дисертаційна робота була заслухана на засіданні кафедри сільськогосподарського машинобудування ЛДТУ (м. Луцьк, 2006 р.).

Публікації. Основні положення й результати досліджень за темою дисертації опубліковано в 10 статтях фахових видань, із них 2 одноосібно. Технічна новизна розробок підтверджена одним патентом України на винахід та трьома на корисну модель.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 123 назв та 9 додатків. Основна частина викладена на 172 сторінках, містить 81 рисунок і фотографію, 14 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначена наукова та практична цінність отриманих результатів досліджень. Подано загальну характеристику роботи.

У розділі першому розглянуто способи доведення льоносировини до кондиційної вологості для її збереження та переробки (природне та штучне сушіння, десикація, консервування, сушіння за допомогою ЕМП НВЧ). Встановлено, що штучне сушіння льоносировини у рулонах шляхом активного вентилювання усуває вплив погодного фактора, скорочує терміни перебування сировини на полі в стані підвищеної вологості, забезпечує збереження сировини у повному об’ємі, не впливає негативно на вихід і якість волокна.

Піддані аналізу фізико-механічні властивості та структурні характеристики рулону льоносировини як об’єкта сушіння. Встановлено, що паковка “рулон”, поряд з перевагами, має і ряд недоліків, основний з яких – нерівномірний розподіл матеріалу за об’ємом рулону внаслідок конусності стебел, розтягнутості стрічки та способу його формування, що спричиняє нерівномірне просушування матеріалу і нераціональне використання повітряного потоку (сушильний агент або атмосферне повітря). Дослідження та врахування структури і фізико-механічних властивостей шарів льоносировини в рулоні дозволить запропонувати раціональні енергоощадні способи підведення повітряного потоку в процесі сушіння. Проведено патентний пошук та аналіз існуючих засобів для сушіння рослинних матеріалів у рулонах, запропоновано їх класифікацію. Встановлено, що до основних недоліків сушарок можна віднести: відсутність герметичних сушильних камер; наявність спеціальних засобів для підведення повітряного потоку, які пошкоджують рулон; підведення повітряного потоку без врахування розподілу матеріалу за об’ємом паковки, що спричиняє його нерівномірне просушування; складність повітророзподільної системи; відсутність механізмів завантаження-вивантаження рулонів.

Проаналізовано дослідження сушіння стеблових рослинних матеріалів викладені в наукових працях Фальковського І.М., Тарлєцького А.Г., Йонушаса З.А., Ломакіна В.С., Котова Б.І., Зєлєнка В.І., Хайліса Г.А., Сумєтова В.А., Дідуха В.Ф.

Розглянуті аеродинамічні моделі шарів рослинного матеріалу запропоновані Любарським В.М., Петрушевічюсом В.І., Куцовим В.І., Фєдосєєвим П.Н., які дозволяють встановити аеродинамічний опір шару при його вентилюванні. На підставі викладеного поставлено мету та задачі дисертаційної роботи.

У розділі другому запропоновано вдосконалену модель шару льоносоломи, згідно якої стебла 1 розміщуються в уявних циліндрах 2 з діаметром (рис.1), що вкладаються в шар під кутом . Запропонована модель дає можливість структурувати шар та визначити зміну об’ємної пористості та щільності за його товщиною при скручуванні у рулон.

а б в

Рис.1. Схеми вкладання уявних циліндрів у шарі матеріалу:

а =90, б =60 часткові випадки ; в 6090 загальний випадок.

Відповідно, зміна об’ємної пористості й щільності за товщиною внутрішньої та зовнішньої частин –го елементарного шару рулону:

, (1)

, (2)

де – діаметр стебла, м; діаметр уявного циліндра, м; кут вкладання уявних циліндрів, град.; елементарний шар, що розглядається у внутрішній і зовнішній частинах шару рулону; відстань від центра рулону до середини товщини шару, м.

Щільність найбільш ущільнених внаслідок скручування у рулон шарів матеріалу не повинна перевищувати 120 кг/м3. Пресування шару матеріалу перед скручуванням його у рулон до щільності , забезпечує максимально допустиме пресування стебел та достатню проникливість шарів матеріалу в рулоні для повітряного потоку, що інтенсифікує процес сушіння.

, (3)

де – товщина внутрішньої частини шару матеріалу до пресування та скручування у рулон, м; – маса погонного метра стрічки, кг/м пог.; – маса стебла, кг; – довжина стебла, м.

Шари матеріалу в рулоні, маючи різну пористість, щільність та кут вкладання стебел до напрямку руху повітряного потоку, чинять неоднаковий аеродинамічний опір, і, відповідно, вентилюються з різною інтенсивністю. Під зміною інтенсивності вентилювання розуміємо зміну швидкості повітряного потоку за об’ємом рулону. Для визначення аеродинамічного опору шарів льоносировини пропонується вдосконалена модель рулону, згідно якої кожний шар розглядається як тіло з порами у вигляді криволінійних каналів рівного діаметра. За умови, що величина звільненого динамічного тиску рівна втратам тиску за довжиною каналу, тобто повністю витрачається на подолання опору каналу, а статичний тиск за довжиною каналу постійний, втрати тиску для такої моделі можна визначити на основі рівняння Дарсі-Вейсбаха:

, (4)

де – коефіцієнт аеродинамічного опору; структурний фактор; – висота шару матеріалу, м;– еквівалентний діаметр каналу, м; – питома вага повітря, Н/м3; – швидкість повітряного потоку на початку каналу моделі шару, м/с; прискорення вільного падіння, м/с2.

, (5)

де об’ємна пористість шару; коефіцієнт перекосу стрічки.

Для подальших досліджень приймаємо, що під зміною параметрів матеріалу та повітряного потоку за висотою шару (рулону) розуміємо їх зміну вздовж центральної осі рулону, незалежно від просторової орієнтації рулону. У результаті теоретичних досліджень виведено залежність, що дозволяє визначити зміну швидкості повітряного потоку за висотою шару з врахуванням його структури:

, (6)

де швидкість повітряного потоку на початку шару матеріалу, м/с; щільність шару матеріалу, кг/м3.

Нерівномірне сушіння за висотою рулону зумовлено тим, що висота зони сушіння значно менша висоти шару матеріалу (рулону). Не допустити зволоження частини шару льоносировини за висотою рулону відпрацьованим сушильним агентом можна, якщо висота зони сушіння (на початку сушіння) дорівнюватиме висоті шару матеріалу. Таким чином, необхідно обґрунтувати початкову швидкість сушильного агента, при якій він досягає максимального насичення вологою на висоті, рівній висоті рулону. Виходячи з рівняння енергетичного балансу

, (7)

та зміни швидкості за висотою шару (6), отримано залежність для визначення початкової швидкості сушильного агента:

, (8)

де – поверхня стебел в одиниці висоти шару матеріалу, м2/м; – середнє значення коефіцієнта тепловіддачі за висотою шару матеріалу, Вт/(м2С); – температура сушильного агента, С; – температура матеріалу, С; – висота шару матеріалу, м; – площа пор у поперечному перерізі шару матеріалу, м2; – середня швидкість сушильного агента в шарі матеріалу, м/с; – питома вага повітря, кг/м3; – теплоємність сушильного агента при сталому тиску, Дж/(кгС); значення температури сушильного агента, за якої він максимально насичується вологою за даних умов, С; – температура сушильного агента на вході у шар матеріалу, С.

Рівномірне сушіння матеріалу в рулоні пропонується забезпечити за рахунок диференційованого підведення повітряного потоку до шарів рулону з врахуванням їх структури та властивостей. Виходячи з цього отримано залежність для визначення необхідного загального об’єму сушильного агента на сушіння:

, (9)

де – кількість прийнятих умовних шарів у рулоні, яка вибирається таким чином, щоб у кожний умовний шар потрапляла однакова кількість шарів матеріалу; маса шару, кг; , – відповідно, початкова та кінцева вологість матеріалу, %; щільність шару, кг/м3; – інтенсивність сушіння початкового елементарного шару матеріалу, кг/(м2с); – відстань від центра рулону до зовнішнього краю -го шару, м; – площа поверхні стебел у шарі матеріалу, м2.

Сушарки з горизонтальним розміщенням рулонів у сушильній камері дозволяють спростити процеси завантаження та вивантаження паковки за рахунок використання гравітаційних сил. У запропонованій конструкції сушарки процес вивантаження рулону здійснюється при відкритій верхній півсекції за рахунок повороту частини нижньої півсекції на кут . Для обґрунтування раціонального значення кута зміщення півсекцій сушарки змодельовано процес вивантаження рулону (рис.2).

а б

Рис.2. Схеми до моделювання процесу вивантаження рулону з сушарки:

а – процес вивантаження рулону; б – плоский рух рулону.

Математична модель процесу вивантаження рулону з сушарки представлена у вигляді диференціальних рівнянь:

; (10)

(11)

де момент інерції рулону відносно горизонтальної осі, що проходить через точку , кгм2; маса рулону, кг; радіус рулону, м; та проекції прискорень центру на осі та , м/с2; сила тертя, Н; нормальна реакція поверхні, Н; момент тертя кочення, Нм; кутове прискорення рулону, с-2; момент інерції рулону відносно горизонтальної осі, що проходить через точку , кгм2; радіус уявного рулону, м.

Рівнянням (10) описано обертальний рух рулону разом з рухомою частиною навколо нерухомої осі при його переміщенні з положення I в положення II. З положення ІІ рулон шляхом кочення горизонтальною основою переміщується у кінцеве положення ІІІ, при цьому він здійснює плоский рух, який описано системою рівнянь (11). При повороті рулону на один оберт навколо горизонтальної осі, що проходить через точку , він проходить шлях менший, ніж той, який би пройшов недеформований рулон з радіусом . Тому застосовано метод запропонований Дідухом В.Ф. та введено уявний рулон радіусом . Розв’язок рівнянь (10,11) дозволив отримати залежність для обґрунтування раціонального значення кута зміщення півсекцій сушарки , що забезпечить ефективне проведення робіт з вивантаження рулону із сушильної секції:

, (12)

де шлях, який проходить рулон при переміщенні з положення II в III, м; коефіцієнт тертя кочення, м.

У розділі третьому викладена програма експериментальних досліджень, показані прилади, обладнання, лабораторні установки, які використовували під час проведення дослідів.

Описані методики визначення: раціонального режиму сушіння та способу підведення повітряного потоку до рулону льоносоломи та льонотрести; впливу щільності, висоти шару та орієнтації стебел на інтенсивність вентилювання шару льоносоломи; кута перекосу стебел у стрічці; впливу усушки шару льоносоломи на інтенсивність вентилювання; зміни діаметра стебла льону-довгунця внаслідок усушки; об’ємної пористості шару льоносоломи та льонотрести; впливу фізико-механічних параметрів та структури шару льоносоломи на інтенсивність вентилювання із застосуванням математичного методу планування експерименту.

Для проведення експериментальних досліджень сушіння льоносировини в рулоні було розроблено і виготовлено лабораторну установку (рис.3).

Рис.3. Дослідна установка для сушіння рулонів льоносировини

У розділі четвертому викладено результати експериментальних досліджень та аналіз отриманих даних. Порівняльний аналіз способів підведення повітряного потоку до рулону та режимів сушіння засвідчує, що реверсивне підведення, у поєднанні з коливним температурним режимом (почергове підведення сушильного агента (СА) t=38?40С та атмосферного повітря (АП) t=18?21С), дозволяє знизити енерговитрати на сушіння льоносоломи в 1,641,86 рази (рис.4). Реверсивне сушіння льонотрести в рулонах, у поєднанні з коливним температурним режимом та диференційованим підведенням повітряного потоку до шарів рулону, забезпечує рівномірне просушування сировини за об’ємом паковки та зниження енерговитрат у 1,64 рази (рис.5).

а б в

Рис.4. Зміна вологості льоносоломи за висотою рулону після сушіння: а – одностороннє підведення СА; б – реверсивне підведення СА; в – реверс СА та АП (tц=2 год.); г – реверс СА та АП (tц=1 год.), де 1 – початкова вологість льоносоломи; 2 – вологість центральних шарів; 3 – вологість середніх шарів; 4 – вологість периферійних шарів.

г

На рис.6 представлені результати експериментальних досліджень з визначення впливу щільності, висоти шару та кута орієнтації стебел до напрямку повітряного потоку на інтенсивність вентилювання. Встановлено, що швидкість потоку повітря зменшується при збільшені кута орієнтації стебел, висоти та щільності шару матеріалу.

а б в

Рис.5. Зміна вологості льонотрести за висотою рулону після сушіння: 1 – початкова вологість; 2 – вологість центральних шарів; 3 – вологість середніх шарів; 4 – вологість периферійних шарів.

г д

а – одностороннє підведення СА; б – реверсивне підведення СА; в – реверс СА та АП (tц=1 год.); г – реверс та дифер. підведення СА; д – реверс та дифер. підведення СА та АП (tц=1 год.).

Перекіс стебел у стрічці веде до їх закручування в рулоні, що спричиняє додатковий аеродинамічний опір шарів. Вплив кута перекосу стебел у стрічці на структуру шарів рулону запропоновано характеризувати коефіцієнтами та . Коефіцієнт визначається як відношення кількості стебел , кут перекосу яких у стрічці (=90-) знаходиться в межах певної ділянки діапазону, до загальної кількості стебел :

. (13)

Припускаючи, що всі стебла, які попадають у певну ділянку діапазону кутів перекосу стебел, знаходяться в одному елементарному шарі стрічки, а також, враховуючи, що оптимальний випадок вкладання стебел у стрічці з кутом у межах 8695 (шар чинить найменший аеродинамічний опір). Тоді приймаючи цю ділянку за центральну, значення коефіцієнтів симетричних ділянок по обидві сторони від центральної можна сумувати, оскільки кут орієнтації стебел у них до напрямку руху повітряного потоку є однаковим, але з різним знаком. Тобто значення коефіцієнта :

, (14)

де та – значення коефіцієнтів , підрахованих для симетричних ділянок діапазону кута перекосу стебел .

а б

в г

Рис.6. Зміна швидкості повітряного потоку за висотою шару при щільності:

а 90 кг/м3; б 100 кг/м3; в 110 кг/м3; г - 120 кг/м3 (експериментальні дані 1 =0; 2 =30; 3 =60; 4 =90; розрахункові дані 5 =0; 6 =30).

Встановлено, що кількість стебел у стрічці після розмотування рулону, кут перекосу яких знаходиться у межах 86-95, складає 3236% від загальної кількості (табл.1).

У процесі сушіння шару, сформованого зі стебел льоносоломи, внаслідок їх усушки відбувається зменшення щільності шару та збільшення його об’ємної пористості, в результаті чого швидкість потоку повітря зростає в 1,131,19 рази (рис.7).

Таблиця 1. Значення коефіцієнтів та

Кут перекосу , град. | Коефіцієнт | Коефіцієнт

Рулон №1 | Рулон №2 | Рулон №3 | Рулон №1 | Рулон №2 | Рулон №3

45-55 | - | - | - | 0,01 | - | 0,002

56-65 | 0,01 | 0,001 | 0,002 | 0,03 | 0,02 | 0,04

66-75 | 0,10 | 0,09 | 0,06 | 0,22 | 0,2 | 0,17

76-85 | 0,25 | 0,12 | 0,15 | 0,42 | 0,42 | 0,46

86-95 | 0,32 | 0,36 | 0,34 | 0,32 | 0,36 | 0,34

96-105 | 0,17 | 0,30 | 0,31 | - | - | -

106-115 | 0,12 | 0,11 | 0,10 | - | - | -

116-125 | 0,02 | 0,02 | 0,04 | - | - | -

126-135 | 0,01 | - | 0,002 | - | - | -

Згідно результатів досліджень усушки стебел льону-довгунця встановлено, що внаслідок усушки, відбувається зменшення їх діаметра в 1,121,15 рази зі зміною вологості від 65% до 6%.

а б

Рис. 7. Інтенсивність вентилювання шару льоносоломи висотою: а 0,17 м; б 0,3 м

Проведені дослідження з визначення об’ємної пористості шарів льоносоломи та льонотрести показали (рис.8), що зі збільшенням щільності шару його об’ємна пористість зменшується, а при однаковій щільності шарів об’ємна пористість більша того шару, який сформований з сировини, що має більшу вологість.

У результаті проведення чотирифакторного експерименту за планом Бокса-Бенкіна отримано рівняння регресії. Встановлено, що на зміну швидкості повітряного потоку найбільше впливає висота шару льоносоломи та кут орієнтації стебел до напрямку руху повітряного потоку і, в меншій мірі, вологість стебел та щільність шару матеріалу .

. (15)

а б

Рис.8. Залежність об’ємної пористості від щільності шару та вологості:

а – льоносоломи (вологість: 1 –16%, 2 – 59%);

б – льонотрести (вологість: 1 – 12%, 2 – 41%).

У розділі п’ятому запропоновано конструкцію сушарки льоносировини у рулонах та проведено її техніко-економічний розрахунок (рис.9а).

Конструкція сушарки дозволяє реалізувати реверсивне сушіння у поєднанні з коливним температурним режимом та диференційованим підведенням повітряного потоку до шарів рулону. Диференційоване підведення забезпечується встановленням у сушарці ковпаків двох варіантів. Перший варіант (рис.9б) передбачає встановлення спрямовувачів повітряного потоку, а ковпаки другого варіанта (рис.9в) утворено розміщеними один в одному дифузорами. Перевагою ковпаків другого варіанта, у порівнянні з першим, є можливість їх використання для вентилювання рулонів, утворених як у камері сталого, так і змінного об’ємів. Натомість у ковпаках першого варіанта необхідно змінювати набір спрямовувачів, але вони є простішими у виготовленні.

б

а в

Рис.9. Сушарка льоносировини у рулонах: 1 – верхня півсекція; 2 – нижня півсекція; 3 – еластичний матеріал; 4 – стягуючі паси; 5 – повітропровід; 6 – вікно; 7 – ковпак; 8 – гнучке з’єднання; 9 – механізм регулювання довжини сушильної секції.

Рис.10. Сушарка льоносировини в рулонах

Господарсько-лабораторні дослідження сушіння льонотрести, проведені на експериментальному зразку сушарки (рис.10), підтверджують ефективність сушіння льонотрести в рулонах у запропонований спосіб. В результаті роботи встановлено, що сушарка забезпечує рівномірне просушування сировини за об’ємом паковки. Повний цикл сушіння тривав дві години зі зниженням вологості льонотрести від 2730% до 1215%.

Розрахунковий річний економічний ефект від застосування сушарки становить 5263 грн.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Запропоновано вдосконалену модель шару льоносировини, що дозволяє встановити розподіл щільності та об’ємної пористості за товщиною шарів рулону. Виведено теоретичну залежність для обґрунтування щільності пресування шару до скручування в рулон для забезпечення ефективного вентилювання та встановлено, що вона знаходиться в межах 86116 кг/м3.

2. Теоретично отримано залежність швидкості повітряного потоку від висоти та структурних характеристик шару льоносоломи, що дозволяє кількісно оцінити зміну швидкості повітряного потоку в межах значень кута перекосу стебел 6090.

3. Теоретично обґрунтовано початкову швидкість сушильного агента, що забезпечує його раціональне використання при вентилюванні льоносировини в шарах рулону з врахуванням їх структурних характеристик, яка складає 2,54,6 м/с при щільності шарів 80130 кг/м3 та вологості 40%.

4. Визначено аналітично, що загальний об’єм сушильного агента при диференційованому підведенні до шарів льоносировини в рулоні, необхідний для рівномірного їх сушіння, змінюється в межах 58251344 м3 при сушінні від початкової вологості 4020% до кінцевої 14%.

5. На основі математичної моделі процесу вивантаження рулону обґрунтовано значення кута зміщення півсекцій сушарки, що становить 8 градусів.

6. Теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено ефективність диференційованого підведення повітряного потоку до шарів льоносировини в рулоні. Встановлено, що реверсивне сушіння, у поєднанні з коливним температурним режимом, дозволяє знизити енерговитрати на процес для льоносоломи в 1,641,86 рази. Реверсивне сушіння льонотрести в рулонах, у поєднанні з коливним температурним режимом та диференційованим підведенням повітряного потоку до шарів рулону, забезпечує рівномірне просушування сировини за об’ємом паковки та зниження енерговитрат в 1,64 рази.

7. Експериментально встановлено, що швидкість повітряного потоку при вентилюванні шару льоносоломи зменшується зі збільшенням кута орієнтації стебел до напрямку повітряного потоку, висоти та щільності шару. Так, зі зміною висоти шару в межах 0,150,85 м, щільності 90120 кг/м3 та кута орієнтації стебел до напрямку руху повітряного потоку від =0 до =30 відбувається зниження швидкості потоку в 1,163,44 рази, зі зміною до =60 – у 1,435,67 рази, зі зміною до =90 – у 1,9517,3 рази.

8. Встановлено, що в процесі сушіння від початкової вологості 3540% до кінцевої 1519%, внаслідок усушки шару льоносоломи під час вентилювання відбувається зростання швидкості повітряного потоку в 1,131,19 рази. При зміні відносної вологості стебел льону-довгунця від 65% до 6% їх діаметр зменшується в 1,121,15 рази.

9. Визначено, що зі зміною щільності шару льоносоломи від 80 кг/м3 до 130 кг/м3 об’ємна пористість зменшується від 0,86 до 0,67 за вологості 16% та від 0,90 до 0,79 за вологості 59%, а зі зміною щільності шару льонотрести від 80 кг/м3 до 130 кг/м3 об’ємна пористість зменшується від 0,87 до 0,59 за вологості 12% та від 0,91 до 0,67 за вологості 41%.

10. У рулонах льоносоломи, сформованих прес-підбирачем з камерою змінного об’єму, кількість стебел, кут перекосу яких знаходиться в межах 8695, складає 3236% від загальної кількості.

11. На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень розроблено сушарку льоносировини в рулонах, що реалізує реверсивне сушіння у поєднанні з коливним температурним режимом та диференційованим підведенням повітряного потоку до шарів рулону, а також обґрунтовано її раціональні параметри: діаметр секцій – 1,2 м; довжина секцій – 0,61,3 м; діаметри спрямовувачів повітряного потоку зі сторони рулону – для центральних шарів 0,4 м, для середніх шарів 0,8 м, для периферійних шарів 1,2 м; діаметр спрямовувачів повітряного потоку зі сторони повітропроводу для рулонів, сформованих у камері змінного (сталого) об’єму для центральних шарів 0,15 (0,12) м, для середніх шарів 0,28 (0,26) м, для периферійних шарів 0,4 м; кут повороту заслінок: верхньої – 17 (20) град., нижньої – 15 (22) град.

12. Розрахунок економічної ефективності використання сушарки льоносировини в рулонах, а також проведені господарсько-лабораторні дослідження свідчать про доцільність впровадження сушарки. Розрахунковий річний економічний ефект від застосування сушарки становить 5263 грн.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3. Дударєв І.М., Дідух В.Ф., Кірчук Р.В. Дослідження зміни щільності та об’ємної пористості в шарах рулону. Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України: Збірник наукових праць / УкрНДІ прогнозування та випробування техніки і технологій для с.-г. виробництва ім. Л. Погорілого. – Дослідницьке, 2005. – Вип. 8(22), кн. 2. – С. 112-120.

4. Кірчук Р.В., Дударєв І.М. Експериментальні дослідження сушіння льоносоломи у рулонах. Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. Кіровоград, 2005, випуск 35,1 – С. 376-382.

5. Didukh V., Kirchuk R., Dudarev I., Golovachuk I. Investigation on effect of porosity and involution of roll on drying speed. TEKA. Commission of motorization and power industry in agriculture. Volume VIA, Lublin 2006, p. 39-44.

6. Дідух В.Ф., Дударєв І.М., Кірчук Р.В. Обґрунтування швидкості сушильного агента в процесі сушіння рулонів льоносировини. Праці / Таврійська державна агротехнічна академія. – Вип.40, - Мелітополь: ТДАТА, 2006. – С. 31-35.

7. Дударєв І.М. Усушка стебел та шару льоносоломи. Сільськогосподарські машини. Зб. наук. ст., вип. 14. – Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2006. – С. 103-108.

8. Дударєв І.М. Аналіз процесу вивантаження рулону з сушарки. Наукові нотатки. Міжвузівський збірник (за напрямом “Інженерна механіка”). Випуск 18 (серпень, 2006). Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2006. – С. 162-168.

9. Дударєв І.М., Кірчук Р.В. Дослідження впливу структури шару льоносоломи на його аеродинамічний опір. Збірник наукових праць Вінницького державного аграрного університету. Серія: Технічні науки / Редколегія: Л.П. Середа та інші. – Випуск 1. – Вінниця, 2006. – С. 86-92.

10. Дударєв І.М., Кірчук Р.В. Дослідження структурних особливостей шарів льоносировини. Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. Петра Василенка.Випуск 47.Харків, 2006.– С.267-271.

11. Патент на корисну модель №11217 Україна, МКВ А01F25/08. Сушарка рослинних матеріалів, сформованих в рулони / Дударєв І.М., Дідух В.Ф., Кірчук Р.В.; Заявлено 08.06.2005; Опубл. 15.12.2005; Бюл. №12.

12. Патент на корисну модель №13744 Україна, МКВ А01F25/08. Сушильна камера для рулонів з рослинного матеріалу / Дударєв І.М., Дідух В.Ф., Кірчук Р.В.; Заявлено 21.10.2005; Опубл. 17.04.2006; Бюл. №4.

13. Патент на винахід №76851 Україна, МКВ А01F25/08. Сушарка рулонів сільськогосподарських культур / Дударєв І.М., Дідух В.Ф., Кірчук Р.В.; Заявлено 27.10.2004; Опубл. 15.09.2006; Бюл. №9.

14. Патент на корисну модель №19392 Україна, МКВ А01F25/08. Сушарка льоносировини в рулонах / Дударєв І.М; Заявлено 15.06.2006; Опубл. 15.12.2006; Бюл. № 12.

Анотація

Дударєв І.М. Обґрунтування технологічного процесу та параметрів сушарки льоносировини в рулонах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” Української академії аграрних наук (ННЦ “ІМЕСГ” УААН). – Глеваха, 2007.

Дисертацію присвячено вдосконаленню процеса сушіння льоносировини в рулонах шляхом активного вентилювання за рахунок дослідження та врахування структурних характеристик і фізико-механічних властивостей шарів рулону. Вдосконалено модель шару льоносоломи, що дозволяє встановити зміну щільності та об’ємної пористості за товщиною шарів в рулоні. Виведено аналітичні залежності для визначення зміни швидкості повітряного потоку за висотою шарів рулону та встановлення значення початкової швидкості сушильного агента і його витрати. Проведено експериментальні дослідження з визначення структурних та фізико-механічних параметрів шарів рулону. Запропоновано спосіб сушіння льоносировини у рулоні шляхом реверсивного диференційованого підведення повітряного потоку в поєднанні з коливним температурним режимом та конструкцію сушарки для його реалізації. Виробничі випробування встановили господарську придатність і техніко-економічну ефективність сушарки.

Ключові слова: сушарка, реверсивне сушіння, диференційоване підведення повітряного потоку, коливний температурний режим, структура шарів рулону, льоносолома, льонотреста.

Аннотация

Дударев И.Н. Обоснование технологического процесса и параметров сушилки льносырья в рулонах. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Национальный научный центр “Институт механизации и электрификации сельского хозяйства” Украинской академии аграрных наук (ННЦ “ИМЕСХ” УААН). – Глеваха, 2007.

Диссертация посвящена усовершенствованию процесса сушки льносырья в рулонах путем активного вентилирования за счет исследования и учета структурных характеристик и физико-механических свойств слоев рулона. Разработана модель слоя льносоломы, что позволяет установить изменение плотности и объемной пористости по толщине слоя в рулоне. Выведены аналитические зависимости для определения изменения скорости воздушного потока с высотой слоя рулона и установления значения начальной скорости сушильного агента и его расхода. Проведены экспериментальные исследования по определению структурных и физико-механических параметров слоев рулона. Предложены способ сушки льносырья в рулоне путем реверсивного дифференцированного подведения воздушного потока с использованием колебательных температурных режимов и конструкция сушилки для его реализации. Выполнен инженерный расчет элементов конструкции сушилки.

Разработанная в диссертации и проверенная в производственных условиях сушилка льносоломы, тресты и предложенный способ сушки обеспечивает равномерное просушивание материала по объему рулона, а также значительную экономию энергоресурсов. Горизонтальное размещение рулонов в сушилке разрешает упростить процессы загрузки и выгрузки за счет использования сил гравитации. Сушилка может быть использована как в льноводческих хозяйствах для снижения влажности сырья перед укладкой на хранение, так и включена в линию по первичной переработке тресты на льнозаводах.

Ключевые слова: сушилка, реверсивная сушка, дифференцированное подведение воздушного потока, колебательный температурный режим, структура слоев рулона, льносолома, льнотреста.

Summary

I.M.Dudarev. Substantiation of technological process and parameters of raw flax roll dryer. – Manuscript.

A thesis for obtaining a scientific degree of Candidate of technical sciences on speciality 05.05.11 – machines and mechanized devices of the agricultural production. – The National Scientific Centre “The Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture” the Ukrainian Academy of Agrarian Sciences, Glevaha, 2007.

The thesis is dedicated to improve the process of rolled flax material drying by active aeration through research and considering the structural features as well as physical and mechanical properties of roll layers. A flax straw layer model was improved, enabling to change thickness and bulk porosity within the layer in the roll. The analytical relations are derived for defining airflow speed changes depending on roll layer height, establishing the drying agent initial speed value and its consumption. Experimental research to determine structural, physical and mechanical roll layer parameters is conducted. Methods of rolled flax material drying by reversing air connection along with oscillatory (heating-cooling) temperature modes are suggested as well as drying machine design. Production tests established economic appropriateness, technical and economic efficiency of the drying machine.

Keywords: dryer, reversing drying, differential supply of airflow, oscillating (heating-cooling) temperature mode, structure of roll layers, flax straw, flax stock.