доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
В статье исследованы движения воздушного потока и зерна в рабочем пространстве между ротором и вращающейся декой пневмомеханического шелушителя.
The main working body of rotor machines for peeling corn is a blade disk (rotor), which is supplied with the grain, is accelerated and thrown in the direction of the working surface (deck), with the impact of that the peeling is happening. Deck can be fixed, and can have the opposite rotation around the vane drive. The efficiency of peeling is largely determined by the speed and the direction of flight of the grain at the moment of collision with the wall of the deck, which in turn depends on the rotor speed and the deck. Selection of the optimum design and process parameters is possible in the presence of a mathematical model of the flight of grain, taking into account the real aerodynamics of the rotating air flow. The dependencies were received, allowing to determine the rotational speed of the rotor and the deck to ensure the desired position of the zero line – the line between the rotor and the deck, where the tangential velocity of grain is zero. The authors consider two special cases of the location of the zero line, depending on the angular velocity and radius of the rotor and the deck. The motion of grain in the annular gap (a space between the rotor and the deck) after its detachment from the rotor was designed by using differential equations. It is shown that the trajectory of the grain in the cylindrical coordinate system, the equation is solved numerically for given initial conditions. The velocity profile and typical trajectory of grain were presented. On the basis of these decisions, it is not only possible to achieve the desired rate of grain at the moment of hitting the deck, but also the direction of impact (impact angles) of grain, which will manage the process of peeling, improving the quality of the product.
Россия – страна, занимающая одно из первых мест по производству гречневой крупы, которая благодаря доступности и высоким питательным и диетическим свойствами пользуется постоянным спросом. Однако переработка зерна на крупозаводах была и остается трудоемким и энергозатратным производством, обеспечивающим невысокий выход крупы ядрицы (от 45 % и выше). При этом известно, что в некоторых случаях конечная стоимость гречневой крупы увеличивается более чем 3 раза по сравнению с закупочной ценой гречихи у производителя. Понизить эту разницу можно путём переработки гречихи на местах её производства с использованием адаптивных технологий и оборудования [1]. Наиболее важной технологической операцией в процессе переработки гречихи в крупу, оказывающей большое влияние на конечное качество полученной продукции, является шелушение – отделение наружных оболочек от зерна, которое осуществляется шелушильными машинами. Различают множество способов шелушения и машин, работающих по этим способам, один из перспективных – пневмомеханическое шелушение, по принципу которого работают ряд машин, созданных в Казанском ГАУ [2, 3, 4]. Анализ и обсуждение результатов исследования. Основной рабочий орган машин для пневмомеханического шелушения зерна – лопастной диск (ротор), на который подается зерновой материал, разгоняется и выбрасывается в направлении рабочей поверхности (деки), при ударе о которую происходит шелушение (рисунок 1). Дека может быть неподвижна, а может иметь обратное вращение вокруг лопастного диска.Теоретические исследования движения зерна по лопастному диску и взаимодействию с неподвижными рабочими поверхностями (деками) показаны в работах [5,6,7]. В случае работы шелушителя с вращающейся декой, движение зерна после отрыва от лопастного диска исследовано недостаточно. Эффективность шелушения здесь в большей степени определяется скоростью и направлением полета зерна в момент его соударения со стенкой деки, что в свою очередь зависит от скоростей вращений ротора и деки. Выбор оптимальных конструктивных и технологических параметров возможен при наличии математической модели полета зерна, учитывающий реальную аэродинамику вращающегося воздушного потока.Свободный полет зерна после ее срыва с ротора можно считать горизонтальным из-за достаточно большой скорости зерна, в связи с чем оно не успевает осаждаться вниз под действием сил гравитации. Поэтому математическая модель движения зерна строится в двухмерной постановке. Движение воздушного потока может быть описано уравнениями Навье-Стокса в Эйлеровых координатах. При известных полях скоростей воздуха, движения отдельных зерен удобно описать в координатах Лагранжа [8, 9, 10].Движение воздушного потока между вращающимися ротором и декой является осесимметричным и стационарным. Несмотря на небольшое расстояние между вращающимися ротором и декой, поток имеет сильный трехмерный характер. Если вблизи ротора преобладает вращательно-радиальное течение потока воздуха (Uв >Vв), то около деки он становится вращательно-осевым (Uв<<Vв). Здесь Uв, Vв- скорости воздушного потока в радиальном и осевом направлениях соответственно. На аэродинамические характеристики потока влияют как режимные параметры, так и конструктивные особенности установки. Причем, особенности верхней части деки, а также угол наклона ее образующей, могут изменить картину течения кардинально. Поэтому расчет реальной аэродинамической обстановки возможен при решении уравнений Навье-Стокса в трехмерной постановке, что на данный момент вызывает большие трудности. В данной работе на основе модельного представления потока воздуха исследуется изменение направления скорости зерна под действием воздушного потока противоположного направления, создаваемого реверсивной декой.