Оборудование для очистки зерна

В последнее время на рынке зерноочистительных машин начали появляться машины использующие принцип взаимодействия сносящего потока воздуха с падающим зерном. На Украине это «САД» «АЛМАЗ», в России «ПСМ». Работая на одной из таких машин, я предложил важному агрочиновнику заглянуть внутрь ее через канал, из которого воздух выносил легковитаемый сор. Чиновник с трудом забрался на подставленные мной мешки с зерном, и вытянувшись просунул голову внутрь, и с обидным возмущением в интонации заявил: «Так там же ни… нет!» Я сказал - что пока нет, но если включить вентилятор, то появится ветер. «Так это что?» возмутился чиновник: «Ветер в чемодане и вся машина?!» Да, именно так. Как только человек, много тысяч лет назад понял, что можно, перекидывая зерно из одной кучи в другую и используя направление ветра очищать зерно от легкого сора – неизменно делал это, а вот машины, управляющие этим процессом, появились не так давно. К слову сказать, приставка «аэро» к таким машинам не может быть отнесена, ибо аэродинамика – это взаимодействие твердого тела со свободным потоком воздуха, т.е. потоком, не имеющим границ (аэродинамика крыла самолета, ракеты, и.т.д.), а все, что происходит с потоком воздуха в каналах – это газодинамика. Если сказать строже, то процесс взаимодействия сносящего потока с падающими твердыми частицами (зерном) – классический случай в газодинамике двухфазных потоков, Науке широко и глубоко развитой и преподаваемой в каждом авиационном вузе. Итак, рассмотрим взаимодействие сносящего потока воздуха на падающее зерно в объеме ограниченном стенками. 1. Если ставится задача разделить зерно по плотности (удельному весу, фактуре) то абсолютно необходимо зерно перед этим выровнять по размерам, т.е. откалибровать. Иначе мы имеем две переменные: парусность и плотность. А для строгого разделения нам нужна только одна переменная. Не углубляясь в теорию пограничных слоев, поясню: целое зерно в сносящем потоке воздуха, скорость которого чуть меньше скорости витания зерна, будет падать по траектории обусловленной сносящим воздействием потока и притяжением Земли. А теперь размелем в ступке это зерно до муки (массу - то и плотность мы не изменим) высыпаем ее и подадим в тот – же поток - где оно окажется!? (рис. 1) Итак, при одинаковой плотности зерна мелкое летит дальше, а это значит, что строгое разделение по плотности возможно только с откалиброванным по размеру материалом. 2. Кроме того, такие машины, хорошо разделяют семена простой формы. Семена сложной формы - строго разделить в сносящем потоке не возможно. Так, например, семена подсолнечника по закону случайных событий могут попасть в поток в трех разных положениях: «а», «б», «в». (рис. 2) В каждом из вариантов мы получим три разные траектории движения семян. Конечно, при длительном воздействии потока семечко займет положение «В», но где взять это время, машина - то для этого мала. 3. Сносящей поток воздуха, должен иметь равномерную структуру, как по параметрам турбулентности (масштаб и интенсивность) итак и по эпюре скорости. При смешении струй (что и происходит в машинах типа «АЛМАЗ» и «САД) такую равномерность получить просто невозможно. Даже если предположить равенство параметров в исходном сечении струй, то картина их смешения только по эпюре скорости выглядит так (рис. 3): А если ещё наложить на эту неравномерность вихревую структуру, это понятно, что никакого равномерного воздействия на зерно в такой камере смешения струй воздуха получить невозможно. 4. В рекламе указанных выше машин утверждается, что зерно в них за один проход теряет влажность на 2%. То есть два прохода и зерно сухое?!! Если бы это было так, то как бы облегченно вздохнуло агрочеловечество. Даже если бы эти машины делать из чистого золота, то при такой возможности сушить зерно они бы окупались многократно. Так просто зерно влагу не отдает. Время падения зерна, в таких машинах от момента встречи его со сносящим потоком воздуха до попадания в приемный бункер составляет около одной секунды (0,8…1,2 сек.). Понятно, что за одну секунду никакой сушки зерна произойти не может по двум причинам: * фазовый переход (нагрев и испарение воды) требует большой энергии, кстати, само испарение требует энергии в пятьдесят раз больше, чем нагрев; * влаговыравнивание в зерне протекает очень медленно - (для зерна злаковых более часа, а в зернах кукурузы и подсолнечника 3 – 4 часа.) Понимая все сложности стоящей задачи, мы разработали машину максимально отвечающую указанным требованиям (кроме сушки). Струйный сепаратор (ССФ-1) имеет следующие преимущества: Два варианта работы по функциональному назначению: Ι. Вариант работы с чистым откалиброванным зерном. Поток воздуха замкнутый (рис. 4). Вентилятор (1) подает воздух в каналы подвода к ресиверу (2) перед входом в рабочую камеру (3). В ресивере скорость воздуха снижается для выравнивания его параметров перед рабочей камерой. Между ресивером и рабочей камерой установлен хонейкомб (4), в котором происходит переформирование масштабов турбулентности из случайных и разных в ресивере в строго упорядоченные на входе в рабочую камеру. Переформирование происходит в пяти тысячах одинаковых каналов прямоугольного сечения, длина которых равна 15 калибрам, как и требуется для полного выравнивания потока (рис. 5). Таким образом, выровненный потенциальный поток воздуха поступает в рабочую камеру. В него подается ровным слоем зерно равномерно распределённое по ширине рабочей камеры за счет шлюзового затвора (5), равного ширине камеры. Сносящий поток воздуха, воздействуя на зерно, сносит его по ходу своего движения. Поскольку зерно откалибровано по размеру, то силовое взаимодействие зёрен с потоком одинаковое. Различие траекторий падения зерен обусловлены только разницей в плотности, за счёт чего они и распределяются по пяти приёмным бункерам соответствующим образом. Наиболее легковесные зерна отражаются специальным устройством (рис. 6) в пятый по счету от начала бункер и не попадают во входной канал вентилятора. Изоляция рабочей камеры от внешней среды обеспечивается шлюзовыми затворами на входе зерна и на выходе из бункеров (8), что позволяет обеспечить строгую регулировку режимов, полностью исключить засоряемость рабочего места, запыленность воздуха и удаление теплого воздуха из помещения при работе зимой, кроме этого, не требует заполнения зерном приемного бункера (6). Регулирование режимов работы машины осуществляется за счет: * изменения скорости потока путем регулирования частоты оборотов вентилятора частотным преобразователем, что, кроме точности регулирования, снижает потребление энергии; * регулирования высоты активной струи воздуха путем перемещения перфорированной заслонки (9) перед хонейкомбом; * изменения проницаемости перфорированной заслонки, обеспечивая при этом необходимый спутный поток активной струе для исключения вихреобразования и для сопровождения траектории движения зерен; * изменения положения поворотных заслонок (10) с целью требуемого распределения зерна по бункерам. В этом варианте машина работает в режиме замкнутого цикла – без обмена воздухом с окружающей средой. ΙΙ. Вариант работы с засоренным разнокалиберным зерном, требующим предварительной очистки. При этом замкнутая система циркуляции воздуха раскрывается (рис. 7) за счет снятия передней стенки ресивера и установки канала выхода воздуха из вентилятора. Воздух при этом засасывается в рабочую камеру через хонейкомб из окружающей среды, распределяет зерно по приемным бункерам и выходит из вентилятора в окружающую среду. Все перечисленные выше регулировки работают без изменений в обоих вариантах. Благодаря упорядоченной структуре потока в рабочей камере и возможности глубокого регулирования, удалось получить высокое качество распределения зерна по плотности при работе по первому варианту и высокоэффективную его очистку при работе во втором варианте. По сути ССФ-1 это машина второго поколения в своем классе. А что делать с семенами сложной формы? Ничего лучшего, чем пневмовибростол в арсенале послеуборочной обработки зерна пока нет. Преимущество пневмовибростолов перед описанными выше машинами легко объяснимо – время воздействия псевдозжиженного слоя на зерно в десятки, а то и в сотни раз больше, нежели у машин, где зерно взаимодействует с потоком в свободном падении. В процессе движения, зерна на деке пневмовибростола сотни раз меняют свое положение в обдуваемом их потоке воздуха, и интеграл этого взаимодействия – высокое качество распределения по плотности. Калибровать материал перед разделением на пневмовибростоле также обязательно.