WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Таблица 1 – Возможные сравнительные характеристики зерносушилок и устройств подогрева зерна № Характеристики, Подогреватели Зерносушилки п/п параметры зерна Диапазон рабочих 1 1060 –температур, °С Агент сушки, Нагретый воздух, токи вы- Перегретый пар, подогрева сокой частоты нагретый воздух Конвективный, кондуктив- контактный, Способ сушки, ный, вакуумный, радиаци- конвективный, подогрева онный, инфракрасный радиационный Шахтные, барабанные, Шахтные, 4 Конструкция пневмотрубные, шнековые специальные Технологические процессы предварительного подогрева зерна менее сложны, чем процессы сушки, так как они менее энергозатратны, не предусматривают определения состояния зерна по влажности и не предъявляют особых требований по температурному режиму выхода зерна.

С учетом выполненного анализа можно сформулировать основные требования к системам и техническим средствам подогрева зерна:

обеспечение высокотехнологического подогрева зерна, позволяющего снизить материалоемкость и эксплуатационные затраты, а также повысить к.п.д. устройств и установок;

обеспечение надежности системы управления, позволяющей в автоматическом режиме контролировать параметры технологического процесса подогрева зерна;

выполнение условий электро-,пожаробезопасности, надежности функционирования устройств;

обеспечение энергоэффективности и экономической целесообразности применения новых устройств, позволяющих снизить приведенные энергетические затраты;

разработка устройств и установок, позволяющих обеспечить надежный и эффективный электрический подогрев зерна для фермерских хозяйств, удаленных от центрального теплоснабжения.

Вторая глава посвящена анализу условий теплопередачи при контактном способе подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей МКЭ. Изучение сложного процесса теплопереноса при аппаратном и шнековом подогреве зерна с определенной долей допущений позволит рассчитать эффективность способов, производительность установок, определить электро, - теплофизические характеристики многоэлектродных композиционных электрообогревателей и выработать рекомендации по организации конструкции и составам электропроводящих слоев пластинчатой и U-образной форм МКЭ.

Процесс теплообмена в электрическом аппарате подогрева зерна (ЭАПЗ) формируется двумя видами теплопереноса – теплопроводностью и излучением, конвективный теплообмен в этом случае отсутствует, так как скорость прохождения зерна намного меньше 0,2 м/с.

Для упрощения расчетов принимаем следующие допущения: масса зерна, находящегося в аппарате, является однородной и изотропной, т.е. её физические свойства не зависят от места и направления, а удельная теплоемкость зерна при изменении температуры от –5 до +15°С увеличивается не более чем на 3 – 4%;

– коэффициент теплопроводности зерна – величина постоянная и равная эквивалентному значению э = 0,16 Вт/(мК);

– температура во всех точках электрообогревателя одинаковая и его поверхность – изотермическая.

Многоэлектродные композиционные электрообогреватели для контактного подогрева в аппаратах шахтного типа с учетом рекомендаций, основанных на теоретических положениях и проектно-конструкторских разработках систем процессов сушки, располагается следующим образом (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема расположения электрообогревателей МКЭ в аппарате подогрева зерна (а); электрообогреватель МКЭ (б) * размеры указанны в мм Тепловая мощность электрообогревателей МКЭ QА распределяется на два тепловых потока, создаваемых теплопроводностью QТ и излучением QИ :

QА QТ QИ (1) Тепловой поток QТ определяется:

Э QT T1 T2F, (2) где F – площадь электрообогревателей ЭАПЗ с двух сторон; м2;

э – эквивалентный коэффициент теплопроводности зерна, Вт/(мК);

– расстояния между электрообогревателями МКЭ, м;

T1 – начальная температура зерна на входе в аппарат ЭАПЗ, К;

T2 – конечная температура зерна на выходе из аппарата ЭАПЗ, К.

Отметим, если аппарат ЭАПЗ состоит из “n” параллельно размещенных рядов электрообогревателей МКЭ, то формула 2 примет следующий вид:

Э n QТ T T2,i1, (3) Fi 1,i iгде Fi – площадь электрообогревателей МКЭ с двух сторон одного ряда;

Т1,i – начальная температура зерна на входе i – того ряда МКЭ аппарата;

Т1,i+1 – конечная температура зерна на выходе из i – того ряда МКЭ.

Тепловой поток QИ определяется согласно:

Т1 4 Т2 QИ COпр H, (4) 100 где СО = 5,67 Вт/(м2 К4) – коэффициент излучения черного тела;

пр – приведенная степень черноты системы;

H – взаимная поверхность, равная H=nm FR, где nm – угловой коэффициент облученности, учитывающий как прямое n, так и отраженное излучение m;

FR – поверхность теплообмена излучением.

В случае воздействия двух параллельных греющих стенок 1,2 (электрообогревателей МКЭ) на выпуклое тело 3 (зерно) принята расчетная модель системы (рисунок 2) и рассчитана пр, равная 0,64. Для расчета FR определяется количество зерен, находящихся в зоне обогрева аппарата одновременно, по формуле mhS VМКЭ k, (5) G где h – высота ЭАПЗ, равная 2,0 м; S – площадь основания ЭАПЗ, равная 0,6 м2 ; VМКЭ – объем электрообогревателей МКЭ, составляющий 0,19 м3;

– насыпная плотность зерна, равная 800 кг/м3; m – количество зерен, равное 1000, весом G = 0,035 кг.

В результате расчетов получим: k = 1,08108, FR = k F = 1340 м2, где F = 4,5210-2мм2 – площадь поверхности одного зерна.

Угловой коэффициент облученности nm в практических расчетах определяют, как правило, таблично, что трудоемко и недостаточно доступно при использовании вычислительных устройств; либо эмпирическим путем.

С целью определения зависимости коэффициента nm от геометрических параметров зерна и от его удаленности от объекта обогрева были выполнены экспериментальные исследования Рисунок 3 – Схема экспериментальной (рисунок 3).

` установки На электрообогревателе МКЭ 2 был размещен слой зерна пшеницы 1, по его длине и по центру размещены три датчика температуры D1, D3, D5, другая группа датчиков D2, D4, D6 установлена на поверхности слоя зерна пшеницы. Температура окружающей среды Т = +22С. Эксперимент проведен для двух вариантов слоя зерна пшеницы h= 3мм и h= 6мм. Результаты эксперимента приведены на рисунках 4 и 5.

Анализ полученных данных показывает, что температура подогрева зерна пшеницы изменяется по экспоненциальному закону. Угловой коэффициент облученности с достаточной степенью точности (погрешность не превышает 5%) можно рассчитать по полученному экспериментальному выражению nm=1 e -0,5l/h, где l – линейный усредненный размер зерна пшеницы; h – толщина слоя пшеницы.

Рисунок 4 – График эксперимен- Рисунок 5 – График экспериментальных значений статического тальных значений статического подогрева зерна, слоем 3 мм подогрева зерна, слоем 6 мм Процесс теплообмена при шнековом подогреве зерна формируется двумя видами теплопереноса: теплопроводностью и конвекцией, теплообменом излучением можно пренебречь, так как с учетом того, что даже при минимальной производительности шнекового транспортера скорость прохождения зерна значительная, более 0,5м/с. Нижняя часть шнекового транспортера, оборудованная U-образными электрообогревателями МКЭ, обеспечивает подогрев зерна в основном теплопроводностью, а верхняя, оборудованная пластинчатыми и частью U-образных МКЭ, формирует конвективный теплообмен воздуха с верхними слоями зерна ( рисунок 6).

Тепловая мощность электрообогревателей QШ распределяется на два тепловых потока, создаваемых теплопроводностью QШТ и конвекцией QШК :

QШ QШТ QШК. (6) Рисунок 6 – Схема расположения электрообогревателей МКЭ на шнеке, размеры приведены в мм Тепловая мощность QШТ за любой промежуток времени через площадь S’ поверхности обогрева нижней части шнеков U – образными МКЭ опреШ делится уравнением теплопроводности:

Эс QШТ 2S' T `, (7) Ш где Э – эквивалентная теплопроводность зерна, 0,16 Вт/мK;

– насыпная плотность, 800 кг/м3;

с – удельная теплоемкость зерна, Дж/(кгК);

– время взаимодействия зерна с обогревающей поверхностью, c;

T` – прирост температуры зерна за счет теплопередачи теплопроводностью, K.

Тепловую мощность QШК определим согласно:

QШК К S" T", (8) Ш где К – коэффициент теплопередачи нагретой поверхности шнека конвекцией, Вт/м2K;

S” – площадь поверхности обогрева средней и верхней частей шнеШ ков, м2;

T” – прирост температуры зерна за счет теплопередачи конвекцией,K.

Расчет конвективного теплообмена представляет сложную задачу по определению коэффициента К, который в общем случае можно найти по формуле:

К Nu / l, (9) где – коэффициент теплопроводности на границе: подогретый воздух – зерно;

Nu – число Нуссельта ( безразмерный коэффициент теплопередачи ), характеризующее интенсивность теплоотдачи;

l – характерный линейный размер поверхности теплообмена.

Число Nu пропорционально плотности теплового потока q, которая является функцией многих переменных и зависит от линейных размеров поверхности теплообмена, скорости перемещения зерна, коэффициентов теплопроводности и температуропроводности и др. В связи с этим, коэффициент К для конкретных процессов теплообмена и определенной геометрии поверхностей теплообмена находят экспериментально или теоретически. Для горизонтальной поверхности, обращенной в сторону объекта обогрева, принимаем 2,154 T". Таким образом, тепловую мощность QШ определяК ем по формуле:

Эc QШ 2S` T '2,154 T"S" T". (10) Ш Ш Прирост температуры при шнековом подогреве составляет несколько градусов, поэтому принимаем равенство T ' T" TШ. Тогда, для определения QШ по формуле (10) необходимо найти поверхностные площади обогрева S' и S'', а также время при заданном значении TШ. Значение Ш Ш времени определим по формуле :

L, (11) tn где L – длина шнеков, м;

n – угловая скорость шнеков, мин-1;

t – шаг шнека, м.

Значения S' и S'' с учетом рисунка 6 и коэффициента Kзап=0,3 опреШ Ш делим по формуле, полученной расчетным путём:

S' 2rШ L ; S" 2a bL.

(12) Ш Ш Величины L, n, t, rШ определяются техническим заданием, исходя из условий технологического процесса.

В третьей главе приведена методика расчета и проектирования многоэлектродных композиционных электрообогревателей для системы подогрева зерна. На рисунке 7 приведены фотографии используемых электрообогревателей МКЭ: пластинчатые, размерами 620х200х10 мм и 200х135х10 мм и U – образный, диаметром 220 мм, размерами 300х250х12 мм.

Рисунок 7 – Фотография пластинчатых и U – образного МКЭ для системы подогрева зерна В общем виде температура на поверхности электрообогревателя связана с многочисленными электрическими и тепловыми параметрами, важнейшими из которых, как показано в работе, являются электрическая проводимостьGЭ между электродами резистивного материала и тепловая проводимостьGТ между резистивным материалом и телами, окружающими изоляционное покрытие. Для определения указанных проводимостей необходим выбор расчетной модели композиционного электрообогревателя; для пластинчатых электрообогревателей выбрана обобщенная схема, приведенная на рисунке 8, а на рисунке 9 расчетная схема U – образного МКЭ.

Рисунок 8 – Обобщенная схема пластинчатого электрообогревателя МКЭ с электродами, размещенными в резистивном материале:

1, 2 электроды; 3 резистивный материал;

4 изоляционное покрытие; 5 объект теплоотвода (зерно) Рисунок 9 – Расчетная схема U – образного МКЭ – 2:

1 – низкопотенциальный электрод (ноль); 2 – высокопотенциальный электрод (фаза);

3 – резистивный материал Получены выражения для определения удельной электропроводности для пластинчатого и `для U – образного электрообогревателя:

4l T ' L1 2l H h. (13) h a h 1 0,44 U L2l l a 2 Rr 42 r 2Rr (14) T`Э ln 2 4e L1 2 r R r ` 4R0 r L ar 4R0 r r ln sh 2 2R0R0 r r Таким образом, в соответствии с техническим заданием тепловых и электрических параметров Т, ’, Т`, Э, U и геометрических размеров H, h, l, a, R0, R, r по формулам (13) и (14) можно рассчитать, `, а следовательно определить состав резистивного композиционного материала для пластинчатого и U – образного электрообогревателя.

Четвертая глава посвящена разработке системы подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей. Выполненные исследования позволяют определить основные принципы построения энергоэффективной системы, включающей аппаратный и шнековый подогрев зерна (рисунок 10).

Рисунок 10 – Технологическая схема системы подогрева зерна Согласно технологической схемы зерно из бункеров накопителей поступает на аппараты ЭАПЗ 1, затем, проходя через дозатор-распредели- тель 2, регулирующий производительность установки и выравнивающий поток движения зерна, подается на шнековый подогреваемый транспортер и далее выгружается норией 4. Температура зерна контролируется датчиками 8 в ЭАПЗ и 10 на выходе шнека и регулируется терморегулятором, находящимся в щите управления 7, имеющим выход информации на головной компьютер 13. В нижней части ЭАПЗ на выходе шнека и на входе в норию размещены датчики уровня 9, 11 и 12, контролирующие наличие зерна и отключающие систему обогрева при его отсутствии. На шнековом транспортере размещены пластинчатые 5 и U – образные МКЭ 6.

Общий вид разработанного ЭАПЗ приведен на рисунке 11.

В главе приведены инженерные расчеты пластинчатых и U – образного электрообогревателей согласно разработанных методик в главах 2 и 3, определены составы электроизоляционной и электропроводящих резиновых смесей для разных форм МКЭ. Теоретические исследования и практические расчеты показали сходимость результатов и подтверждаются тепловизионными экспериментами.

Рисунок 11 – Общий вид электрического аппарата подогрева зерна ЭАПЗ Кроме того, разработана принципиальная электрическая схема системы подогрева зерна, которая обеспечивает автоматическое управление технологическим процессом и надежную защиту от токов короткого замыкания и токов утечки.

В Приложениях приведены экономические расчеты себестоимости разработанных МКЭ, эффективности системы подогрева зерна, а также дипломы полученные в результате выполнения работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ Выполненные в диссертационной работе теоретические и экспериментальные исследования посвящены решению актуальной научнотехнической задачи: разработке и внедрению энергоэффективных технологий и технических средств подогрева зерна на основе многоэлектродных композиционных электрообогревателей из бутилкаучука, позволяющих снизить энергоматериальные затраты и обеспечить качественные показатели для зернопереработки.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»