Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Резюме
• Файлы

Андрианов Н. М.

Представлены результаты исследования зерновых сушилок в условиях нормального функционирования, а также оценки их динамических характеристик в виде передаточных функций. Приведены оценки неравномерности поля температуры и влагосодержания зерна, на основании чего делается вывод о необходимости стабилизации количества тепловой энергии подаваемой в сушильную камеру.

Статья в формате PDF

126 KB

Исследования выполнены в зерновых сушилках шахтного типа в хозяйствах Ленинградской и Новгородской областей. Обработке подвергался ворох различных зерновых культур, прошедший предварительную очистку. Переменными, определяющими условия функционирования сушилки, рис. 1, выбраны начальное влагосодержание W₀(t), и температура υ_З0(t) вороха. Температура теплоносителя υ_Т(t) и экспозиция ω(t) определяют требуемый режим сушки и в процессе экспериментов поддерживались на заданных уровнях при помощи автоматических регуляторов. Качество и интенсивность протекания процесса оценивались по температуре υ_З(t) и влагосодержанию W(t) зерна.

Рис.1. Структурная функциональная схема сушильной камеры

Исследование динамики влагосодержания вороха проводилось с отбором проб из потока с квантованием не по времени (t), а по объёму (v), что позволило получить универсальную модель условий функционирования, пригодную для сушилок любой производительности. Всего получено 37 реализаций влагосодержания с количеством проб от 110 до 332. Установлено, что случайные функции влагосодержания W₀(v) в течение смены в основном нестационарны. Нестационарность наблюдается преимущественно в утренние и вечерние часы, а также в периоды выпадения  атмосферных  осадков. Изменение текущего среднего влагосодержания вороха достигало 2...5 %.

Нестационарные реализации перед обработкой на ЭВМ приводились к стационарному виду. Установлено, что большинство функций плотности распределения вероятности случайных функций подчиняются нормальному закону. Результаты обработки выборок представлены в табл. 1: где x¯   - выборочные средние; σ  - среднеквадратические отклонения; ν - коэффициенты вариации; τ - интервалы корреляции случайных функций; f - диапазоны их существенных частот. В качестве примера, в табл. приведены характеристики случайного типового процесса (τ , мин; f,  с^-1), рассчитанные с использованием полученной универсальной модели для зерносушилки с плановой производительностью 10 т/ч.

Таблица 1. Оценки характеристик влагосодержания зернового вороха

Для определения статистических оценок функционирования получены реализации процессов на входе сушильной камеры и в шестнадцати точках её нижнего горизонтального сечения. Продолжительность реализаций составляла от 3 до 7 часов, период выборки - 3...5 минут. По реализациям процессов вычислялись:

• оценки функции плотности распределения вероятности, их математических ожиданий, среднеквадратических отклонений и коэффициентов вариации;
• оценки корреляционных функций ρ_х(τ) и функций спектральной плотности S_x(f);
• оценки взаимных корреляционных функций ρ_xy(τ) и функций спектральной плотности S_xy(f) процессов на входе и выходе сушильной камеры.

Оценки характеристик зернового вороха на входе и выходе сушильной камеры представлены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики зернового вороха на входе и выходе сушильной камеры

Неравномерность поля характеристик вороха в нижнем горизонтальном сечении сушильной камеры оценивалась по отклонениям его влагосодержания Wi и температуры  υ_Зi в отдельных точках сечения от средних значений в сечении. Установлено, что отклонения влагосодержания в отдельных точках могут достигать 2,5 %, а температуры -  7 С. Это превышает допуски, задаваемые агротехническими требованиями.

Результаты оценки связей процессов на входе и выходе сушильной камеры представлены в табл. 3. Установлено, что отсутствует корреляционная связь процессов изменения температуры u_З0(t) и влагосодержания W₀(t) вороха на входе сушилки. Не обнаружено также связи процессов u_З0(t) -  u_З(t) и  u_З0(t) - W(t), что позволяет сделать вывод о том, что начальная температура вороха не оказывает существенного влияния на характеристики вороха внутри сушильной камеры.

Особенностью сушильной камеры является то,  что  коэффициенты  взаимной  корреляции процессов W0(t) и  u_З(t), а также W(t) и  u_З(t) являются знакопеременными. Это свидетельствует о существовании нелинейной связи процессов.

Таблица 3. Диапазоны изменения коэффициентов взаимной корреляции процессов на входе и выходе сушилки

Динамические характеристики сушильной камеры определялись как в лабораторных, так и производственных условиях. По каналам W₀(t) - W(t) и W₀(t) -  u_З(t) динамические характеристики оценивались путем сравнения функций спектральной плотности процессов на входе и выходе сушильной камеры. Установлено, что спектральный состав сигнала при прохождении через сушилку практически не меняется. Это позволяет использовать для аппроксимации динамических свойств сушильной камеры по указанным каналам модель усилительного звена с транспортным запаздыванием (τ_Т), табл. 4.

Динамические свойства по каналам передачи управляющих сигналов определены для зерносушилки СЗШ-8 [1] методом типовых воздействий. Результаты идентификации характеристик представлены в табл. 4, а диапазоны изменения постоянных времени передаточных функций и значения статических коэффициентов передачи - в табл. 5 и 6.

Структура передаточных функций и значения их коэффициентов свидетельствуют о сложности процессов протекающих в сушильной камере. Для примера на рис. 2 представлены реакции температуры зерна  u_З(t) на скачкообразное увеличение производительности ω(t) её выгрузного аппарата при стабилизированной температуре теплоносителя. Характерным является кратковременное увеличение температуры зерна в начальном периоде процесса. Объясняется это изменением аэродинамических характеристик подвижного зернового слоя в сушилке. Так увеличение скорости перемещения зерна ведет к разуплотнению слоя и снижению его аэродинамического сопротивления. Это вызывает увеличение подачи теплоносителя в сушильную камеру и, при постоянстве его температуры, ведет к увеличению количества теплоты, подводимой к зерну. Вследствие этого увеличивается температура зерна. Превышения температуры Δυ_З для практически встречающихся режимов сушки могут достигать 2...8  С и - стать опасными для семенных и продовольственных качеств зерна. На втором этапе развития переходного процесса более заметную роль оказывают инерционные процессы тепловлагообмена. С увеличением влагосодержания зерна его температура постепенно понижается.

Таблица 4. Передаточные функции сушильной камеры

Таблица 5. Постоянные времени передаточных функций

Таблица 6. Статические коэффициенты передачи

Рис. 2. Переходные процессы на выходе сушильной камеры по каналу ω - u_З при υ_Т = 100 ˚С: 1 - W₀ = 18 %; 2 - W₀ = 22 %; 3 - W₀ = 26 %

Установлено, что в результате варьирования начального влагосодержания зерна W₀ в пределах 18...26 %, а частоты колебаний каретки выгрузного аппарата от 24 мин^-1 до 32 мин^-1 установившаяся температура зерна может отклоняться на 15,4...19,6 С от начального значения. Это подтверждает то, что стабилизация температуры теплоносителя на входе сушильной камеры не обеспечивает стабилизацию температуры зерна при изменениях W₀ и ω . Поэтому, современные сушилки для более качественного выполнения рабочего процесса должны оснащаться системами автоматического контроля и регулирования температуры зерна.

На основании полученных результатов разработана система регулирования процесса сушки зерна, реализующая принцип стабилизации количества теплоты подаваемой в сушильную камеру [2]. Её использование позволяет с меньшей погрешностью осуществлять регулирование тепловых режимов в сушилке и достигнуть лучшего качества выполнения процесса.

Литература

1. Колесов Л. В., Андрианов Н. М. Экспериментальное обоснование совершенствования процесса сушки в шахтных зерносушилках // Сб. науч. тр. ЛСХИ «Методы и средства интенсификации технологических процессов на базе микроэлектроники». - Л., 1990. С. 69.
2. Патент РФ № 2135917. Способ автоматического регулирования процесса сушки зерна и устройство для его осуществления // Андрианов Н. М. и др. - Бюл. изобретений. 1999. № 24.

Библиографическая ссылка