сотрудник
В статье исследованы движения воздушного потока и зерна в рабочем пространстве между ротором и вращающейся декой пневмомеханического шелушителя.
Пневмомеханический шелушитель, лопастный ротор, вращающаяся дека, воздушный поток, траектория зерна.
Россия – страна, занимающая одно из первых мест по производству гречневой крупы, которая благодаря доступности и высоким питательным и диетическим свойствами пользуется постоянным спросом. Однако переработка зерна на крупозаводах была и остается трудоемким и энергозатратным производством, обеспечивающим невысокий выход крупы ядрицы (от 45 % и выше). При этом известно, что в некоторых случаях конечная стоимость гречневой крупы увеличивается более чем 3 раза по сравнению с закупочной ценой гречихи у производителя. Понизить эту разницу можно путём переработки гречихи на местах её производства с использованием адаптивных технологий и оборудования [1]. Наиболее важной технологической операцией в процессе переработки гречихи в крупу, оказывающей большое влияние на конечное качество полученной продукции, является шелушение – отделение наружных оболочек от зерна, которое осуществляется шелушильными машинами. Различают множество способов шелушения и машин, работающих по этим способам, один из перспективных – пневмомеханическое шелушение, по принципу которого работают ряд машин, созданных в Казанском ГАУ [2, 3, 4]. Анализ и обсуждение результатов исследования. Основной рабочий орган машин для пневмомеханического шелушения зерна – лопастной диск (ротор), на который подается зерновой материал, разгоняется и выбрасывается в направлении рабочей поверхности (деки), при ударе о которую происходит шелушение (рисунок 1). Дека может быть неподвижна, а может иметь обратное вращение вокруг лопастного диска.Теоретические исследования движения зерна по лопастному диску и взаимодействию с неподвижными рабочими поверхностями (деками) показаны в работах [5,6,7]. В случае работы шелушителя с вращающейся декой, движение зерна после отрыва от лопастного диска исследовано недостаточно. Эффективность шелушения здесь в большей степени определяется скоростью и направлением полета зерна в момент его соударения со стенкой деки, что в свою очередь зависит от скоростей вращений ротора и деки. Выбор оптимальных конструктивных и технологических параметров возможен при наличии математической модели полета зерна, учитывающий реальную аэродинамику вращающегося воздушного потока.Свободный полет зерна после ее срыва с ротора можно считать горизонтальным из-за достаточно большой скорости зерна, в связи с чем оно не успевает осаждаться вниз под действием сил гравитации. Поэтому математическая модель движения зерна строится в двухмерной постановке. Движение воздушного потока может быть описано уравнениями Навье-Стокса в Эйлеровых координатах. При известных полях скоростей воздуха, движения отдельных зерен удобно описать в координатах Лагранжа [8, 9, 10].Движение воздушного потока между вращающимися ротором и декой является осесимметричным и стационарным. Несмотря на небольшое расстояние между вращающимися ротором и декой, поток имеет сильный трехмерный характер. Если вблизи ротора преобладает вращательно-радиальное течение потока воздуха (Uв >Vв), то около деки он становится вращательно-осевым (Uв<<Vв). Здесь Uв, Vв- скорости воздушного потока в радиальном и осевом направлениях соответственно. На аэродинамические характеристики потока влияют как режимные параметры, так и конструктивные особенности установки. Причем, особенности верхней части деки, а также угол наклона ее образующей, могут изменить картину течения кардинально. Поэтому расчет реальной аэродинамической обстановки возможен при решении уравнений Навье-Стокса в трехмерной постановке, что на данный момент вызывает большие трудности. В данной работе на основе модельного представления потока воздуха исследуется изменение направления скорости зерна под действием воздушного потока противоположного направления, создаваемого реверсивной декой.
1. Фёдоров Д.Г. Шелушитель зерна гречихи с реверсивной декой/ Д.Г. Фёдоров. А.В. Дмитриев, Ф.З. Кадырова// Сельский механизатор. 2014. №11. С 18-19.
2. Патент на изобретение 2312706 РФ, МПК 7 В02В 3/00. – Опубл. 20.12.2007. Бюл. № 35. Устройство для шелушения зерна крупяных культур / Нуруллин Э.Г., Дмитриев А.В., Халиуллин Д.Т.
3. Патент на полезную модель 91892 РФ, МПК В02В 3/00. – Опубл. 10.03.2010. Бюл. № 7. Устройство для шелушения зерна / Маланичев И.В., Нуруллин Э.Г., Дмитриев А.В., Халиуллин Д.Т.
4. Патент на полезную модель 140311 РФ, МПК В02В 3/00. – Опубл. 10.05.2014. Бюл. № 13. Устройство для шелушения зерна с реверсивной декой / Дмитриев А.В., Фёдоров Д.Г., Ибятов Р.И., Лотфуллин Р.Ш.
5. Дмитриев А.В. Разработка и исследование пневмомеханического шелушителя. – Дисс…канд. техн. наук: 05.20.01 А.В. Дмитриев. – Казань, 2003. – 156 с.
6. Нуруллин Э.Г. Пневмомеханические шелушители зерна (теория, конструкция, расчет) / Э.Г. Нуруллин. – Казань: Казан. Ун-т, 2011. – 308 с.
7. Нуруллин Э.Г. Пневмомеханический обрушиватель семян подсолнечника / Э.Г. Нуруллин, Д.Т. Халиуллин. – Казань: Казанский государственный аграрный университет, 2014. – 200 с.
8. Kholpanov L.P., Ibyatov R.I. Mathematical modeling of the dispersed phase dynamics // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. – 2005. – Т. 39. № 2. – С. 190-199.
9. Холпанов Л.П. Ибятов Р.И. Моделирование гидродинамики многофазных гетерогенных сред в центробежном поле // Теоретические основы химической технологии. – 2009. - Т.43, № 5. – С.534-546.
10. Ибятов Р.И. Муртазин Т.Ш. Метод расчета динамики дисперсных частиц в цилиндроконическом гидроциклоне // Вестник Казанского ГАУ. – 2010. – №3 (17). С. 89-92.
11. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. М.: Наука, 1987. 464 с.
