РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПНЕВМОІМПУЛЬСНОЇ СЕПАРАЦІЇ ЗА ГУСТИНОЮ
2.1. Пневмоімпульсна машина для сепарації насіння за густиною
На кафедрі сільськогосподарського машинобудування Кіровоградського національного технічного університету розроблено конструкцію (рис. 2.1) пневмоімпульсної машини для сепарації насіння за густиною (ПІМ) [107, 117].
Для зменшення енерговитрат коливання деки замінено на пульсацію повітряного потоку. Для підвищення якості та стійкості сепарації повітряний канал має пористу перегородку, яка створює вирівняний висхідний потік повітря.
Рис. 2.1. Пневмоімпульсна машина для сепарації насіння за густиною:
1 - вентилятор з приводом та блоком керування; 2 - повітряний канал; 3 - рама; 4 - пориста перегородка; 5 - пульсатор з приводом та лопаттю, яка має змінний діаметр; 6 - бункер; 7 - сітка для виходу повітря; 8 - регулятор кута нахилу повітряного каналу; 9 - регульовані заслінки; 10 - блок дільників; 11 -регулятор висоти шару насіння в каналі; 12 - регулятор висоти встановлення дільників
Процес сепарації відбувається таким чином: насіння завантажують в повітряний канал 2 (рис. 2.1) через бункер 6. Товщина шару насіння визначається регулятором 11. Вентилятор 1 нагнітає повітря у повітряний канал 2 через пористу перегородку 4. Пульсатор 5 створює змінний потік повітря, який, проходячи через перегородку 4 пронизує шар насіння. Відбувається сепарація в псевдозрідженому шарі насіння за густиною, тобто важкі насінини (з найбільшим значенням густини) опускаються на дно перегородки 4, легкі піднімаються вгору, а середні займають місце між важкими та легкими. Далі класифікований за густиною шар насіння рухається до блоку дільників 10. Повітря виходить через сітку 7, яка сполучається з системою вентиляції або з циклоном. Для інтенсифікації процесу сепарації машина має пульсатор 5, що обертається з меншою кутовою швидкістю, ніж вентилятор, і призначений для зміни швидкості фільтрації в межах, які не дозволяють перейти псевдозрідженому станові в киплячий - при якому неможлива сепарація, бо це є режим пневмотранспорту, тобто створює пульсуючий потік повітря.
2.2. Визначення частоти пульсації повітряного потоку
Частота пульсації повітряного потоку є одним з основних параметрів, що істотно впливає на якісні показники роботи ПІМ. Тому отримання аналітичної формули для її визначення було одним із завдань нашої роботи.
Для вирішення цієї задачі зробили наступні припущення:
- швидкість фільтрації представляємо як хвилю, що змінюється в часі, за М.А.Лаврентьєвим, рівнянням [72];
- амплітуда змінюється за експоненціальним законом [72] (рис. 2.2);
- для запобігання виникнення сплесків повітря по робочій довжині каналу L приймаємо умову L=? ( ? - довжина хвилі). Згідно рис. 2.2 період одного повного оберту однієї лопаті колеса пульсатора:
. (2.1)
Рис. 2.2. Зміна швидкості фільтрації в часі:
А - амплітуда; Т - період одного повного оберту лопатевого колеса пульсатора, с.
Якщо кількість лопатей дорівнює дорівнює z, то
, (2.2)
де Т - представимо як час, за який хвиля повітряного потоку з швидкістю V та довжиною пройде певний шлях в шарі насіння, тобто
. (2.3)
Для запобігання виникнення сплесків повітря по робочій довжині каналу L приймаємо умову . Швидкість повітряного потоку V буде меншою за швидкість фільтрації і буде дорівнювати [38, 73]:
, (2.4)
де - густина частки та середовища, кг/м3;
- табличне значення швидкості фільтрації (для пшениці ?ф=1,2-1,6 м/с).
Підставимо значення V (2.4) та () в рівняння (2.3) і отримаємо значення періоду:
. (2.5)
Після підстановки (2.5) в (2.2) отримаємо аналітичну формулу для визначення частоти пульсації повітряного потоку:
, (2.6)
де z - кількість лопатей (z=1-3).
Отримана формула (2.6) дозволить теоретично визначити частоту пульсації повітряного потоку () в залежності від густини найважчої з часток матеріалу та довжини перегородки.
2.3. Дослідження опору пульсатора
В пневматичному каналі сепаратора для утворення пульсуючого потоку повітря встановлено пульсатор, що під час роботи створює опір, який будемо розглядати за наступною аналогією. Опір лопаті пульсатора дорівнює тиску повітря в каналі, який приходиться на площу лопаті Sл. Тоді будемо вважати, що відношення між проекцією площі лопаті пульсатора Sп на площину Z0X (рис. 2.3) до вертикального перерізу каналу Sк і буде складовою коефіцієнту опору пульсатора (коефіцієнтом пропорційності k), а так як пульсатор обертається, то його опір буде змінним у часі. Наступне твердження про зміну коефіцієнту пропорційності випливає з того, що під час оберту змінюється значення проекції площі лопаті пульсатора Sп. Також зміна величини проекції площі лопаті пульсатора Sп буде підпорядкована закону синуса, який обрано з наступних міркувань: при вертикальному положенні лопатевого колеса пульсатора значення Sп буде максимальним, а при горизонтальному - найменше. Опір пульсатора в горизонтальному положенні не рівний нулю, бо лопать має свою товщину і форму, а тому чинить опір (коефіцієнт ?).
Рис. 2.3. Схема для визначення опору лопатевого колеса пульсатора:
1 - повітряний канал; 2 - заслінка пульсатора;
а, b - відповідно, ширина та висота каналу, м;
ап, Dп - відповідно, ширина та висота заслінки пульсатора, м.
Площа поперечного перетину повітряного каналу в місці встановлення пульсатора:
. (2.7)
Площа пульсатора:
. (2.8)
Пло