Синяева О.В., аспирантка, Завгородний А.И., д.т.н., профессор (Харьковский национальный технический университет имени Петра Василенко)

Влияние конфигурации рабочих органов вибропневмосепаратора на

гидравлический режим его работы

Проектирование новых, более производительных, сельскохозяйственных машин является основным условием подъёма сельского хозяйства на Украине. Кроме того, большое значение имеет оптимизация конструкции разрабатываемых устройств с целью снижения материалоёмкости при изготовлении и энергозатрат при их эксплуатации.

В ХНТУСХ им. Петра Василенко была разработана новая модель вибропневматического сепаратора для разделения сыпучих материалов [1], который предполагается внедрить в работу на сельскохозяйственных предприятиях Харьковской области.

При работе вибропневматического сепаратора большое значение имеет определение гидравлического режима работы рабочей области сепаратора для дальнейшего определения скорости движения воздушных масс и характера их движения – ламинарного или турбулентного. При недостаточной скорости движения воздуха в рабочем объёме машины будет недостаточная четкость разделения сыпучих смесей, при чрезмерной их скорости будет увеличена турбулизация потока, что приведет к повышенному расходу энергии при работе агрегата и увеличению его геометрических размеров.

Для исследования работы вибропневматического сепаратора была изготовлена его модель, на которой исследовались разные режимы его работы, в том числе и гидравлические (рисунок 1).

Одной из задач проведения эксперимента являлось определение скорости воздуха внутри рабочего объема установки. Вся боковая прозрачная поверхность рабочей камеры была разделена на 36 квадратов (4 строки и 9 столбцов). Номер ячейки состоит из двух цифр – номера строки и номера столбца. Счёт номеров столбцов идёт справа налево (по ходу воздуха), строк - снизу вверх. В рабочую камеру подавался воздух, скорость которого в каждой ячейке определялась при введении в неё трубки Пито. Результаты измерений приведены в таблице 1.

Рисунок 1 – Опытная установка вибропневматического сепаратора

Таблица 1 – Распределение скоростей (м/с) воздуха по длине и высоте рабочей камеры вибропневматического сепаратора

		Номера столбцов
		9	8	7	6	5	4	3	2	1
Номера строк	1	4,9	5,7	6,2	6,8	7,4	7,9	8,5	9,8	10,2
	2	5,0	5,9	6,4	7,0	7,5	8,1	8,6	10,0	10,4
	3	6,1	6,8	7,1	7,6	8,1	8,9	9,6	10,1	10,5
	4	6,5	7,0	7,3	7,9	8,3	9,0	9,7	10,3	10,7

Как видно из полученных результатов, скорость воздуха по ходу в рабочей зоне машины постепенно падает.

Одним из следствий решения уравнения Бернулли будет следующее уравнение:

(1)

где: - плотность жидкости или газа, составляющих поток; - скорость потока; - давление в точке пространства, где расположен элемент жидкости или газа; - ускорение свободного падения; - высота, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости или газа; и - коэффициенты Кориолиса, которые зависят от режима течения жидкости ( α = 2 для ламинарного режима, α = 1 для турбулентного режима).

Таким образом, как следует из уравнения (1), скорость в произвольном сечении исследуемого объёма определяется пьезометрической высотой сечения и его давлением Р, плотностью жидкости или газа , начальной скоростью потока и характером движения жидкости или газа (коэффициенты Кориолиса). При этом потеря напора за счёт местных сопротивлений будет тем больше, чем будет больше скорость воздушного потока (за счёт увеличения турбулизации потока увеличивается коэффициент Кориолиса).

Как видно из полученных экспериментальных данных, скорость воздуха в верхнезадней части машины существенно уменьшается, что обязательно скажется на четкости разделения зерновой смеси. Таким образом, налицо следующая ситуация: с одной стороны, в ячейках 19, 18, 29 и 28 скорость воздуха незначительна, а с другой стороны – в этом пространстве не может быть (и это подтверждается визуальными наблюдениями) разделяемого материала. Из этого напрашивается вполне очевидный вывод: эти ячейки можно безо всякого ущерба для работы установки исключить из рабочей зоны сепаратора. Для подтверждения этой гипотезы были введены изменения в конструкцию устройства: в верхней части рабочей камеры была установлена направляющее устройство - дефлектор, который направлял воздух в обход указанных ячеек (рисунок 2).

Конфигурацию дефлектора рассчитывали по линиям изобар (равного давления). После обработки результатов по методу [3], было получено следующее уравнение высоты установки дефлектора от низа рабочей ячейки сепаратора:

(2)

где: Н- высота установки дефлектора над приёмными бункерами установок; Х – расстояние от места ввода разделяемой смеси.

Результаты проведенного эксперимента приведены в таблице 2.

Рисунок 2 – Экспериментальная установка с вмонтированным

дефлектором

Таблица 2 – Распределение скоростей воздуха (м/с) по длине и высоте рабочей камеры вибропневматического сепаратора после установления дефлектора

		Номера столбцов
		9	8	7	6	5	4	3	2	1
Номера строк	1				7,3	7,9	8,2	9,4	9,9	10,3
	2			6,8	7,5	8,0	8,7	9,2	10,0	10,5
	3	6,5	6,9	7,5	7,9	8,7	9,0	9,7	10,1	10,6
	4	6,9	7,2	7,8	8,3	8,8	9,2	9,9	10,3	10,8

Таким образом, из полученных результатов видно, что исключение из рабочей зоны ряда ячеек повысило скорость воздуха внутри установки, что положительно сказалось на четкости разделения зерновых смесей.

Выводы:

На основе модели рабочего органа вибропневматического сепаратора для разделения сыпучих материалов были проведены исследования гидравлические режимы его работы. По результатам исследований было предложено изменить конфигурацию рабочих органов сепаратора, что позволило уменьшить габариты машины, что, в свою очередь, привело к снижению её материалоёмкости и снижению эксплутационных энергозатрат при лучшей чёткости разделения зерновых смесей.

Список использованных литературных источников

1. Синяева О.В., Завгородний А.И. Патент України № 64488 Вибропневматический сепаратор для разделения сыпучих материалов.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А.. Сборник задач и упражнений по курсу процессов и аппаратов химической технологии. М.,Издательство «Химия», 1989, 576 с. с ил.

3 Синяева О.В., Загородний А.И., Журавський А.А. – Метод получения математической модели произвольного объекта, Энергосбережение, энергетика, энергоаудит, № 12, 2011, с.50-59.

Оглавление диссертации Синяевой О.В.

Введение (актуальность и необходимость выполнения данной работы) – Синяева О.В. – полагаю, что есть.

1 Обзор существующих способов разделения зерновых смесей (Синяева О.В.) - есть

2 Математическая модель поведения зерна в виброударном пневматическом сепараторе

3 Разработка метода обработки полученных результатов (пассивный эксперимент – Журавский А.А.) – есть.

4 Разработка новой методики отбора и подготовки проб для проведения эксперимента (Журавский А.А. – есть частично)

5 Проведение эксперимента

5.1 Разработка новой конструкции виброударного пневмосепаратора и метрологического обеспечения проведения экспериментов (Синяев В.П. + Журавский А.А.);

5.2 Изучение закономерностей разделения зерновых смесей при различной скорости движения воздуха в установке (Журавский А.А);

5.3 Изучение закономерностей разделения зерновых смесей при различных углах наклона рабочих органов сепаратора (Журавский А.А.)

5.4 Изучение закономерностей разделения зерновых смесей при различной амплитуде вибрации (Журавский А.А,);

5.5 Изучение закономерностей разделения зерновых смесей при различной частоте вибрации (Журавский А.А,);

5.6 Изучение закономерностей разделения зерновых смесей при различных условиях ввода зерновых смесей в сепаратор ( имеется ввиду высота ввода смеси и угол, под которым смесь вводится в сепаратор - Журавский А.А.);

5.7 Изучение закономерностей изменения технологических параметров сепарированного зерна (Синяев В.П. + Синяева О.В.);

6 Построение математической модели работы вибропневматического сепаратора по результатам проведенных экспериментов (Журавский А.А.);

7 Внедрение Разработанной конструкции в производство (Журавский А.А. + Синяев В.П.)

8 Оценка экономической эффективности разработанного сепаратора (Все вместе)

Выводы

Приложения