Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

30.10.2014

Методика исследования

Kaк уже отмечалось, в ряде вопросов, касающихся измельчения зерна (профиль и расположение граней рифлен парноработающих валков и т. п.), нет единства мнений, что несомненно отражается на практике. То же можно сказать и о кинетике процесса измельчения зерна. До сих пор, например, одни исследователи утверждают, что зерно подается в зону измельчения и движется со скоростью медленновращающегося валка, а другие, — что оно движется со скоростью быстровращающегося валка. Это объясняется неизученностью рабочего процесса измельчения в вальцевом станке и отсутствием ясных представлений о явлениях, происходящих в зоне измельчения, о характере изменений зерна в этой зоне. Поэтому во многих литературных источниках допускаются утверждения, являющиеся результатом умозрительных заключений, отдельных авторов.
Приступая к экспериментальным исследованиям, автор поставил перед собой задачу найти метод, который позволил бы изучить не только кинематику движения частиц, но и явления, происходящие при деформировании и разрушении зерна в зависимости от кинематических и геометрических параметров валков и физических свойств измельчаемого материала.
Сложность разработки методики заключалась в том, что длина пути движения и деформирования измельчаемых частиц не превышает 10—15 мм, а время пребывания частиц в зоне измельчения исчисляется тысячными долями секунды (0,003—0,004). Естественно, что изучение кинематики и процессов разрушения частиц визуальными методами He представлялось возможным.
Отдельные исследователи применяли метод просвечивания рентгеном дисперсной системы, внутри которой были помещены свинцовые опилки или бариевый порошок,для изучения сложных, процессов происходящих в шнековом механизме. Этот метод, предложенный М. П. Boларовичем и примененный некоторыми специалистами, не пригоден для случаев деформирования и измельчения зерна и его частей.
Для кинематического анализа, а также для анализа процесса разрушения зерна в зоне измельчения вальцевого станка, в зависимости от геометрических и кинематических параметров валков, мы применили метод скоростной киносъемки. Съемку производили при помощи скоростной киносъемочной камеры CKC-1 со скоростью 3000—5500 кадров в секунду. Киносъемка обеспечила возможность фиксации траекторий зерна относительно неподвижных осей ХОУ, а также получения полного представления о характере движения, деформирования и разрушения зерна в зоне измельчения.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

На рис. 45 изображена схема установки скоростной съемки процесса измельчения зерна в вальцевом станке с рифлеными валками диаметром 250 мм и длиной 60 мм. В скоростной камере для определения истинной скорости движения частиц имеется отметчик времени, в качестве которого используют неоновую лампу MH-7, дающую при питании переменным током частотой 50 герц 100 вспышек в секунду. Свет от этой лампы попадает через оптическую систему на пленку и засвечивает ее вдоль края, вне кадров съемки. После проявления пленки отметки времени имеют вид полосок шириной 2,5 мм. Длина каждой отметки меняется в зависимости от скорости движения пленки, а время от начала одной отметки до начала второй равно 0,0) сек. Сосчитав число кадров за 0,01 сек., определяем скорость съемки — количество кадров в секунду.
Полученные фильмы проектировались на экран узкопленочным кинопроектором 16-НП-6, который позволяет наблюдать снятую картину с замедлением в 10—500 раз. При необходимости каждый кадр рассматривали в отдельности. Кроме того, в зависимости от назначения наиболее характерные кадры печатали на фотобумаге и затем исследовали.
При изучении кинофильмов были установлены удлинение и усадка отдельных деформируемых зерен.
В целях установления изменений в связи с явлениями деформации зерна наиболее характерные кадры также проектировали и печатала в определенном масштабе.
Определение скорости движения зерна в зоне измельчения. Скорость движения зерна в зоне измельчения определялась двумя методами. Рассмотрим эти методы.
Определение vз посредством отметчика времени. Зная число кадров, прошедших с момента захвата зерна до выхода его из зоны измельчения n1, а также число кадров в единицу времени n2, можно определить т — время нахождения зерна а зоне измельчения:
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

По времени нахождения зерна в зоне измельчения т и по длине пути обработки зерна L1 мы определяли среднюю скорость движения зерна в зоне измельчения:
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Определение vз графоаналитическим методом. Посредством отметчика времени определялась средняя скорость движения зерна а зоне измельчения. Для определения траектории и выявления характера движения зерна в зоне измельчения был применен графоаналитический метод.
Для этой цели была выбрана система ориентировки — неподвижные оси координат ХОУ. Такими осями служили две тонкие стальные проволоки, натянутые перед торцевой частью валков (рис. 46). Эти оси рельефно получились на каждом заснятом кадре. Кроме того,торцевые стороны валков были проградуированы; цена каждого деления, нанесенного на окружности валков, составляет 3,5°.
Для определения траектории зерна с кинопленок делали отпечатки на фотобумаге через 2 кадра: до поступления зерна в зону измельчения, в зоне измельчения и в момент выхода зерна из зоны измельчения. Фотографии печатали в масштабе 1:1, руководствуясь делениями, нанесенными на окружности валков.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Измерив на каждом кадре положение зерна относительно неподвижных осей координат, наносили эти координаты на чертеж в масштаба 5:1. В результате определяли траекторию движения зерна (рис. 47,а) и на ее основе строили график пути зерна и валков во времени L1=f(t), который (см. рис. 47,б) в свою очередь служил основой построения графика скоростей движениязерна и валков vз=f'(t)(см. рис. 47, в). Поэтому графику определяли скорость движения зерна до входа в зону измельчения, в момент захвата, а также во время пребывания и выхода зерна из зоны измельчения. Скорость движения зерна определяли по каждой кинопленке на основе 100—150 измерений.
Описанными способами определяли начало разрушения зерна в зоне измельчения.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Параметры и объем исследования. Скоростные киносъемки проводили с целью установления влияния различных параметров и режимов на показатели процесса измельчения зерна. Всего было проведено 45 скоростных киносъемок; длина каждой пленки составляла 30 м.
Исследовали влияние:
— скорости быстровращающегося валка vб = 2,4; 4,2; 5,3 и 6 м/сек;
— отношения окружных скоростей валков K = 1,5; 2,5 и 4,5;
— расположения граней рифлей валков: «острие по острию», «спинка по спинке», «острие по .спинке», «спинка по острию»;
— уклона рифлей валков при расположении их параллельно образующей цилиндра валков и уклоне 32%;
— рабочего зазора ак = 0,7; 1,0 и 1,3 мм;
— нагрузки на 1 см длины валков в сутки 1000 и 3000 кг;
— способа питания валков: двухваликовым питающим механизмом; подачей зерна щитком на медленновращающийся валок, то же, но с подачей на быстровращающийся палок.
Экспериментальная часть

Элементы рабочего процесса при различном расположении граней рифлей парноработающих валков

Рассмотрим различные случаи движения зерна и его деформирования в зоне измельчения при различном расположении граней рифлей валков. Окружная скорость быстровращающегося валка vб=2,4 м/сек; отношение окружных- скоростей валков К=2,5.
А. Расположение граней рифлей валков «острие по острию»; число кадров 4200 в секунду; съемка № 2 19 апреля 3950 г. Вариант № 1. Падая с валика питающего механизма, зерно попеременно ударяется о быстро- и медяенновращающиеся валки. Поэтому траектория зерна до захвата его валками представляет собой ломаную линию. Кадр № 1 показывает, как зерно, ударяясь о быстровращающийся валок отлетает в сторону медленновращающегося валка. Удары продолжаются до тех пора, пока не наступает захват зерна поверхностями обоих валков (кадр № 5).
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Рассмотрим теперь условия деформирования и разрушения зерна. Зерновка в зоне измельчения удерживается гранями рифлей быстро-и медленновращающихся валков (кадр № 15). Грани рифлей валков начинают с обеих сторон врезаться в зерновку. По мере опережения быстровращающийся валком медленновращающегося одна половина зерна сдвигается относительно другой (кадр. № 19). Дальнейшее проникновение рифлей в глубь зерна и уменьшение рабочего зазора приводят к разрушению двух разделенных частей зерна на более мелкие части. Разрушение происходит по наметившейся линии разделения (кадр № 25), И, наконец, измельченные частицы выбрасываются из зоны измельчения,
В данном случае имеет место хрупкое разрушение зерна, так как даже при неглубоком проникновении рифлей зерно сразу разделяется на две части. Это обусловливается стекловидной консистенцией измельчаемого зерна.
Вариант № 2. Рассмотрим другую картину измельчения. Здесь, как и в предыдущем случае, направление большой оси зерна совпадает с направлением движения валков, по после захвата ими оно располагается не между гранями, а между греблями рифлей валков (кадр № 13). По мере опережения быстровращающимся валком медленновращающегося и уменьшения рабочего зазора зерно несколько сдвигается быстровращающимся валком и удерживается гребнями двух рифлей быстро- и медленновращающихся валков (кадр № 18).
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Кадр № 21 показывает, как спинки рифлей валков вдавливаются в зерновку. Oт усилий разноосного сжатия оно несколько поворачивается, и намечается линяя разделения зерновки па части (кадр № 25). Разрушение зерна наступает после некоторого опережения быстровращающимся валком медленновращающегося (кадр № 29).
В отличие от предыдущего случая, когда разрушение зерна произошло в результате сдвигающих усилий, в данном случае зерно подвергалось деформированию сжатием и сдвигом, Поверхности зерна деформировались значительно сильнее, чем в первом случае.
Вариант № 3. Немаловажное влияние оказывают размеры зерна и высота рифлей валков на процесс деформирования и измельчения зерна. Кадр № I иллюстрирует, как зерно поступает в зону измельчения. Оно движется так же, как и в двух предыдущих случаях. Рифлями быстровращающегося валка оно сдвигается к граням рифли медленновращающегося валка. Однако зерно, не вмещаясь между гранями рифли (кадр № 5), снова сдвигается быстровращающимся валком (кадры № 17 и 25), Наконец, как и в предыдущем случае, оно сжимается (кадр № 31), несколько поворачивается и во время поворота разрушается (кадр № 35).
Длительность процесса деформирования этого зерна была значительно больше, чем в предыдущих случаях.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Вариант № 4. На кадре № 36 видно движение другого зерна, которое ударом быстровращающегося валка отбрасывается к медленно-вращающемуся (кадр № 44). Затем оно удерживается гранями рифлей медленновращающегося валка (кадр № 49). Во время движения оно поворачивается ударом быстровращающегося валка на 90° (кадры №53 я 57). Затем зерно, захваченное рифлями быстровращающегося валка, начинает вращаться в зоне измельчения вокруг мгновенного центра скоростей (кадры №57,61,66 и 73) и в процессе вращения разрушается (кадр № 80).
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Вариант № 5. Рассмотрим виды движения и деформации двух зерен. Первое зерно прошло ось X-X, а второе приближается к этой оси (кадр № 1). Направление большой оси первого зерна совпадает с направлением движения валков. Второе зерно ударом быстровращающегося валка поворачивается па 90° (кадр №7) и во время движения в зоне измельчения вращается (кадры № 16 и 25).
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Вид деформации обоих зерен резко отличается от описанных ранее видов. В данном случае имеет место пластическая деформация. Устанавливается значительное удлинение зерна (см. первое зерно — кадр № 25). То же имеет место при рассмотрении формы и размеров второго зерна (кадр № 33). В этих случаях оно не раскалывается. От усилия сжатая зерно сжимается и удлиняется, что объясняется его структурными свойствами. В данном случае измельчали зерно пшеницы мучнистой консистенции.
Вариант № 6. Относительно редко встречаются случаи раз рушения зерна в результате продольного сжатия и изгиба. Один из таких случаев иллюстрируется кадрами киносъемки (№ 1,3,4,5,8 и 12).
Зерно в процессе движения располагается большой осью между гранями рифлей обоих валков. Если зерно короткое и толстое, оно разрушается преимущественно от сжатия; длинное и тонкое зерно расслаивается по бороздке, главным образом, при продольном изгибе. Большое значение в таких случаях имеют физические свойства измельчаемого зерна. В демонстрируемых кадрах зерно по своей консистенции является мучнистым.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Вариант №7. Для иллюстрации явлений усадки и удлинения зерен в результате их деформирования рассмотрим еще ряд кадров. Кадры № 1 и 4 показывают, как зерно отбрасывается к медленновращающемуся валку. Длина зерна равна 7 мм. Кадр № 13 показывает, что произошел захват зерна. Затем оно располагается между гранями рифлей валков и начинает деформироваться (кадры № 15 и 16), длина его уменьшается до 6,4 мм, т. е. происходит усадка по длине в 0,6 мм. По мере опережения быстровращающегося валка и уменьшения рабочего зазора рифли валков врезаются в зерно (кадр № 17). Длина зерна от усилия сжатия начинает увеличиваться (кадр № 20) до 9,5 мм.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Дальнейшее углубление рифлей и опережение одного валка другим приводит к интенсивному разрушению зерна (кадр № 23).
Изучение перечисленных кадров приводит прежде всего к выводу, что при постоянных геометрических и кинематических параметрах валков вид движения, характер деформирования и разрушения различных зерен неодинаковы.
Б. Расположение граней рифлей парноработающих валков «спинка по спинке»; число кадров 3900 в секунду; съемка № 7 27 апреля 1950 г. Вариант № 1. Кадры № 1, 10, 20 и 24 показывают движение зерна до захвата его валками. Оно ударяется о поверхность быстровращающегося валка (кадр № 1), отбрасывается к медленновращающемуся (кадр № 10), затем отлетает в сторону быстровращающегося валка (кадр № 20) и снова отбрасывается к медленновращающемуся валку (кадр № 24). Наконец, наступает захват (кадр № 38). На кадре №54 показано, как две грани спинки быстровращающегося валка и одна грань спинки медленновращающегося валка вдавливаются в зерно. От усилий сжатия в нем образуется трещина (кадр № 61). По мере опережения одного валка другим и уменьшения рабочего зазора деформация зерна увеличивается, что приводит к разделению его на две части (кадр № 66).
Судя по виду деформации и разрушения зерна, можно утверждать что имело место хрупкое разрушение сжатием, т. е. зерно по своей консистенции было стекловидным.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Вариант № 2. Кадры № 5 и 12 демонстрируют движение зерна до захвата рифлями, а кадры № 26, 32 и 38 — процесс его деформирования. Здесь в отличие от предыдущего случая разрушение зерна происходило после относительно больших пластических деформаций. От усилий сжатия оно значительно удлиняется, уменьшаясь в поперечном разрезе. Сравнивая длину зерна в кадрах № 5 и 38, мы устанавливаем увеличение его длины с 7,3 до 10,1 мм. Все это указывает на большую пластичность, присущую массе зерен с мучнистым эндоспермом, и на нецелесообразность расположения рифлей валков «спинка по спинке» для деформирования и первичного разрушения таких зерен.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Вариант № 3. Падая с валика питающего механизма, зерно ударяется о поверхность быстровращающегося валка (кадр № 1), отлетая от которой, оно поворачивается на 90° (кадр № 5). Кадр № 21 показывает положение зерна, когда его малая ось совпадает с направлением движения валков. Затем происходит захват его поверхностями гребней рифлей обоих валков. Рифлями быстровращающегося валка зерно несколько сдвигается с гребня рифли на спинку медленновращающегося валка (кадры № 30 и 33). По мере уменьшения рабочего зазора и опережения одного валка другим оно сжимается, ширина его увеличивается с 3.0 до 5.25 мм, а толщина уменьшается с 2,8 до 1,75 мм (кадр № 47).
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Изучение при помощи скоростной киносъемки элементов рабочего процесса в вальцевом станке (движения, деформирования и разрушения зерна) при постоянных кинематических параметрах позволило установить:
1. Характер движения зерна зависит от его положения в зоне измельчения. Независимо от расположения граней рифлей парноработающих валков зерно движется, как правило, поступательно, если его большая ось перпендикулярна к плоскости, проходящей через оси валков. В тех случаях, когда большая ось зерна параллельна плоскости, проходящей через оси валков, оно вращается вокруг мгновенного центра скоростей.
2. Вид деформирования и разрушения при одинаковых кинематических параметрах зависит от физических свойств измельчаемого зерна, расположения граней рифлей валков и положения зерен в зоне измельчения. В зависимости от этих факторов встречаются следующие виды деформирования и разрушения:
— при расположении граней рифлей валков «острие по острию» и измельчении высокостекловидного зерна преобладает сдвиг, разрушение — хрупкое; измельчение увлажненного зерна с низкой стекловиднoстью сопровождается сжатием и сдвигом; разрушение — вязкое; случай продольного сжатия и изгиба встречаются редко;
— при расположении граней рифлей валков «спинка по спинке» зерна разрушаются в основном в результате сжатия; процесс измельчения высокостекловидной пшеницы сопровождается хрупким разрушением, а увлажненной низкостекловидной — вязким;
— наибольшее воздействие на зерно, т. е. наиболее интенсивное разрушение, связано с применением валков, рифли которых расположены «острие по острию», а наименьшее — с расположением рифлей «спинка по спинке».
3. Вид деформирования и разрушения зерна во многом зависит от расположения граней рифлей медленновращающегося валка по отношению к измельчаемому продукту. Так, если грань спинки рифли медленновращающегося валка является передней гранью, то зерно получит устойчивую опору.
В связи с этим создаются более благоприятные условия для измельчения — уменьшается скольжение по поверхности медленновращающегося валка, и, следовательно, уменьшается Деформирование поверхностных слоев зерна (оболочек). Кроме того, в данном случае разрушение сопровождается относительно малой пластической деформацией.
Если же грань острия рифля медленновращающегося валка служит передней гранью, условия измельчения, особенно увлажненного низкостекловидного зерна, резко ухудшаются — возникают явления скольжения по поверхности медленновращающегося валка и пластической деформации, повреждаются поверхностные слой зерна и т. п.
4. Процесс деформирования и первичного разрушения (I и II драные системы) увлажненного низкостекловидного зерна протекает наиболее благоприятно при расположения граней рифлей паркоработающих валков «острие по острию».
Элементы рабочего процесса в вальцевом станке при различном отношении окружных скоростей парноработающих валков К (фазы деформирования и разрушения)

Рис. 48 дает представление, при каком угле начинается разрушение зерна сдвигом. График на рис. 48 построен применительно к окружной скорости быстровращающегося валка vб=5,3м/сек. График составлен на основе изучения кадров кинофильма.
На оси абсцисс отложен угол захвата зерна валками а0, а по оси ординат — величина (vб-vм)t=vp*t, так называемое опережение l1мм=vp*t, т. е. разность между величинами пути, пройденного точками на быстровращающемся и медленновращающемся валках в каждый данный момент. Точки OA1, OA2, OA3 показывают путь, пройденный зерном (в радианах) при K = 1,5; 2,5 и 4,5, а точки OA'1, OA'2, OA'3 соответственно величину опережения при указанных выше отношениях окружных скоростей валков.
Чем больше К, тем меньше угол, пройденный зерном до разрушения, т. е. тем меньше первая фаза его деформирования. Наряду с увеличением К возрастает опережение l1, что указывает на относительно большую деформацию сдвигом.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Эффективность процесса измельчения зависит от соотношения отдельных фаз процесса деформирования и разрушения зерновки и ее частей. Например, при К=4,5 и расположении граней рифлей валков «острие по острию» большинство зерен независимо от того, как они движутся до захвата их поверхностями валков в золе измельчания, занимает положение, при котором большая ось параллельна плоскости, проходящей через оси валков. В зоне измельчения зерно вращается; при этом грани рифлей быстровращающегося валка разрушают его. При рабочем зазоре, равном 1,0—1,2 мм, крупки на первых драных системах получаются крупными, а деформирование поверхностных слоев зерен минимальным.
Совсем иная картина наблюдается при уменьшении отношения окружных скоростей валков до K=1,5. В этом случае зерна проходят большую часть зоны измельчения в таком положений, в каком они находились в момент их захвата поверхностями валков. Вследствие небольшой величины опережения l1 угол, пройденный зерном до его разрушения (первая фаза), является наибольшим, к разрушение зерна сдвигом наступает поэтому лишь в конце зоны измельчения. При таких условиях степень измельчения невелика. Однако деформирование поверхностных слоев протекает наиболее интенсивно. Рифли валков успевают значительно повредить оболочки зерна,
Проведенные исследования выявили нецелесообразность применения К=1,5 при первичном разрушении зерна и на первых драных системах.
K аналогичным выводам пришли работники мелькомбината нм. Цюрупы. После перевода части драных систем на работу с отношением окружных скоростей валков, равным 1,5, выход крупных крупок был незначителен. Кроме того, вследствие снижения степени измельчения необходимо было удлинить вальцевую линию драных систем, что привело бы к снижению производительности мельниц.
От отношения отдельных фаз деформирования зависят не только степень измельчения и качество продукта, но и расход энергии, так как, чем больше зерно деформируется до его разрушения, тем больше работа измельчения.
Продолжительность отдельных фаз деформирования и разрушения зависит от физических свойств измельчаемого материала (влажность, прочность и т. п.), состояния рабочих поверхностей, расположения граней рифлей валков, числа рифлей, величины рабочего зазора и т.д. Однако при постоянстве перечисленных факторов соотношение отдельных фаз, вид деформирования и разрушения зерна зависят главным образом от отношения окружных скоростей валков К.
Определение скорости движения зерна в зоне измельчения и производительности вальцевого станка

При изучении последовательных изменений, зафиксированных на кинопленке, было установлено, что виды движения, деформирования и разрушения зерна зависят от многих факторов. Следовательно, скорость движения отдельных зерен vз в зоне измельчения неодинакова и по величине может колебаться в относительно широких пределах. Даже при одинаковых геометрических и кинематических параметрах валков, а также физических свойствах зерна (размерах, прочности и т. д.) (vз) может быть различна, так как положение отдельных зерен в зоне измельчения не одинаково. Кроме того, в зоне измельчения они движутся неравномерно: часть пути — со скоростью медленновращающегося валка и часть — со скоростью быстровращающегося валка.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Для получения некоторого представления о скорости отдельных зерен в зоне измельчения приводим графики изменения движения их, показанного на кадрах киноленты при расположении граней рифлей валков «острие по острию» и «спинка по спинке» (рис. 49). Окружная скорость быстровращающихся валков vб=5,3 м/сек и отношение окружных скоростей валков К=4,5. Приведенные графики иллюстрируют лишь незначительную часть возможных случаев движения зерен в зоне измельчения. Учесть точно изменение движения всей зерновой массы во времени пока не представляется возможным.
В данном случае могла итти речь об определении значения скорости движения зерен в зоне измельчения только приближенно. Мы были вынуждены ограничиться выявлением основных закономерностей процесса и основных факторов, определяющих его. Без такого подхода было бы невозможно осветить явления, происходящие в зоне измельчения.
«Мы не можем, — указывал В. И, Ленин, — представить, выразить, смерить, изобразить движения, не прервав непрерывного, не упростив, угрубив, не разделив, не омертвив живого. Изображение движения мыслью есть всегда огрубление, омертвление, — и не только мыслью, ной ощущением, и не только движения, но и всякого понятия. И в этом суть диалектики».
Hа основе массовых измерений пути, пройденного зерном в зоне измельчения, отраженного на кадрах киноленты, и в соответствии с принятой методикой (пользуясь отметчиком времени и графоаналитическим методом) мы приближенно определяли vз, значение которой было проверено в производственных условиях при измельчении зерна в вальцевом станке.
В табл. 59 и на графиках (рис. 50) приводятся данные о величине скорости зерна в зоне измельчения в зависимости от геометрических и кинематических параметров парноработающих валков.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Как видно из таблицы, в момент вступления зерна в зону измельчения vзвх≥vм, т. е. скорость зерна при поступлении в зону измельчения больше окружной скорости медленновращающегося валка. Таким образом, возможно опережение движущегося зерна медленновращающимся валком.
Как показывают таблица и графики, зерно движется неравномерно, причем vм≤vз≤vб.
С увеличением К при vб = сonst., vз как правило, уменьшается.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Из сравнения данных, полученных при различном расположении граней рифлей валков и одинаковых кинематических параметрах vб=2,4 м/сек и К—2,5 видно, что максимальное значение средней скорости зерна vз.ср получено при расположении граней рифлей валков «острие по спинке», а минимальное значение vз.ср — при расположении граней рифлей «спинка по острию». Это соответствует физической сущности процесса, так как в первом случае скольжение зерна по поверхности медленновращающегося валка было наибольшее, а во втором — наименьшее. Проведенные нами опыты показали, что при отсутствия рифлей на медленновращающемся валке, т. е. когда рабочая поверхность медленновращающегося валка «гладкая», скорость зерна в зоне измельчения резко возрастает, однако при этом значительно снижается степень измельчения продукта. Так, при измельчении пшеницы IV типа Крымской области со стекловидностью 50% и влажностью 35% на валках с нарезными поверхностями (число рифлей) на 1 см длины окружности валков было равно 5, извлечение [проход через металлотканое сито № 1 (18)3 составляло 25,3%. При измельчении такой пшеницы и одинаковых кинематических параметрах валков, рабочем зазоре и т. п. применение на медленновращающемся валке не нарезной поверхности, а « гладкой» привело к резкому скольжению зерна по поверхности валка, что в свою очередь обусловило снижение степени измельчения продукта, Если в первом случае u=25,3%, то во втором u=7,1%. Это означает, что скорость зерна в зоне измельчения зависит не только от кинематических параметров, но в значительной мере и от геометрических параметров валков, в частности от геометрии рабочих поверхностей валков, рабочего зазора и т. п.
Зная величину скорости зерна в зоне измельчения, можно определить теоретическую производительность парноработающих валков, Qr B зависимости от кинематических и геометрических параметров валков.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

где Qг — теоретическая производительность парноработающих валков в кг/час,
δ — объемный вес продукта до измельчения в г/см3;
lз — длина рабочей части валков в см;
vз — средняя скорость движения зерна в зоне измельчения в см/ceк;
аср — средняя величина рабочего зазора между валками в зоне измельчения;
ψ — степень заполнения объема зоны измельчения.
Если допустить, что вся зона заполнена продуктом, то ψ=1. Как указывалось выше, в мукомольной промышленности степень использования вальцевых станков принято определять на основе величины удельной нагрузки q на 1 см длины парноработающих валков в кг/сутки. Следовательно,
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

В соответствии с разработанной методикой, кроме скоростной киносъемки и тщательного изучения заснятых кадров, были проведены экспериментальные помолы в целях проверки найденных аналитическим путем закономерностей процесса измельчения. Рассмотрим результаты исследований.
Установление правильности найденных значений скорости движения зерна vз в зоне измельчения

Экспериментально проверить значения vз можно только при условии использования выражения (4-69) или (4-70). Зная значения vз при фиксированных кинематических параметрах валков, объемный вес продукта, длину парноработающих валков, величину рабочего зазора и принимая коэффициент заполнения объема зоны измельчения ψ равным единице, определяем Qт или qт. Если экспериментально будет доказана возможность получения расчетной производительности валков, то, следовательно, найденные значения v определены примерно правильно.
В табл. 60 приведены данные о теоретической производительности пары сопряженных валков длиной 100 см на отдельных драных системах. Окружная скорость быстровращающегося валка vб составляет 6 м/сек; отношение окружных скоростей валков 2,5; скорость движения зерна в зоне измельчения на первых четырех драных системах 3,8 м/сек и на последних двух системах — 3,4 м/сек.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

В той же таблице для сравнения приведены данные о нагрузках, принимавшихся при проектировании мельниц, и о распределении вальцевой линии на действующих мельницах.
На протяжении 1948—1950 гг. был проведен ряд опытов в лабораторных и производственных условиях на экспериментальной мельнице ВНИИЗ 12801. Мы коснемся результатов лишь части опытов, проведенных в вальцевом станке с валками диаметром 300 мм и длиной 500 мм, без компенсационных пружин. Опыты проводили на I и II драных системах при измельчении рядовой пшеницы со стекловидностью 48%, зольностью 2,10% и влажностью 14,6%. Окружная скорость быстровращающегося валка при проведении опытов была принята 6 м/сек. Отношение окружных скоростей валков составляло 2,5. Углы рифлей β=20°, γ=70°. На 1 см длины окружности валков приходилось 4,8 рифли. Рабочий зазор на I драной системе составлял 1,35 мн и на 11—0,75 мм. Для загрузки валков необходимым количеством зерна было сконструировано специальное приспособление (рис. 51), обеспечивавшее подачу зерна со скоростью медленно - или быстровращающегося валка.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

С целью установления влияния способа питания валков на показатели процесса измельчения проводили параллельные опыты, причем окружная скорость распределительного валика составляла 0,95 и 3,25 м/сек.
Приводим результаты экспериментальных помолов на I и II драных системах (табл. 61 и 62).
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Серия опытов № 1 была проведена при расположении граней рифлей валков «острие по острию», а №2 — при расположении граней рифлей «спинка по спинке».
Приведенные данные свидетельствуют, что максимальная производительность валков на I драной системе составила 6000кг/см*сутки. При подаче продукта сверх указанного количества и постоянном рабочем зазоре на поверхности валков образовывалась сплошная пленка из деформированных зерен, и процесс измельчения прекращался.
Для иллюстрации приводим фотоснимок валка, рабочая поверхность которого сплошь покрыта деформированными зернами (рис. 52). Такая степень заполнения указывает на то, что нагрузка на I драную систему была максимальной (ψ=1) и составляла 5500—6000 кг/см*сутки. Сравнивая экспериментальные (см. табл. 61) и расчетные (см. табл. 60) данные, мы устанавливаем, что величина нагрузки на I драную систему в первом и во втором случаях была примерно одинакова. То же относится и ко II драной системе (см. табл. 62). В этом легко убедиться при подстановке в табл. 60 значений величин рабочего и «среднего» зазоров, принятых нами при проведении исследований (0,75 и 1,4 мм).
Таким образом, найденная экспериментально величина максимальной производительности парноработающих валков близка к теоретической (см. выражение 4-70). Это означает, что принятое значение скорости зерна в зоне измельчения vз в уравнении (4-70) правильно.
Исследование процесса измельчения зерна при помощи скоростной киносъемки

Значение для практики найденных теоретически и проверенных экспериментально величин vз подтверждают данные, приведенные в табл. 60. Теоретическая производительность парноработающих валков при измельчении продуктов ка I и II драных системах в несколько раз выше принимавшихся до недавнего времени при проектировании новых мельниц и распределении вальцевой линии на действующих предприятиях. С другой стороны, производительность валков на последних драных системах в 25 раз меньше, чем на I драной системе. Принимаемые в производственной практике нагрузки на последних системах выше расчетных — теоретических. Следовательно, первые драные системы работают с минимальной загрузкой, и последние перегружаются. Это создает в технологическом процессе узкие места и препятствует установлению правильного режима измельчения, что в свою очередь приводит к неполному использованию зерна, оборудования и энергии.
Иллюстрируем это на примере двух московских предприятий, перерабатывавших зерно примерно одинакового качества (IV тип, стекловидность 58 и 59%, зольность 1,79 и 1,80%). Нагрузки на последние драные системы ка комбинате им. Цюрупы составляли согласно балансу 152 кг/см*сутки (ноябрь 1952 г.), а на комбинате № 3 — 209 кг/см*сумки. Зольность муки, извлеченной на комбинате им. Цюрупы, была равна 1,64%, а на комбинате №3 — 2,14%. Зольность отрубей — соответственно 5,75 и 5,25%, а содержание эндосперма в отрубях 31,5 и 36,2%. Эти данные наглядно подтверждают, что применение недостаточно обоснованных норм нагрузок приводит не только к ухудшению качества муки, но и к ее потерям, исчисляемым при огромных масштабах производства муки в нашей стране миллионами рублей.
В разделе третьем при рассмотрении влияния размеров длины рабочей части валков на показатели процесса измельчения мы отмечали, что из-за отсутствия научно обоснованных данных о производительности вальцевых станков в зависимости от физических свойств измельчаемого продукта каждая мельница вынуждена распределять вальцевую линию на основе субъективных заключений крулчатника или главного инженера мельницы.
На основе проведенных нами исследований были разработаны нормы нагрузок для отдельных систем в зависимости от физических свойств измельчаемого продукта и методика распределения всей вальцевой линии по отдельным системам с учетом режимов измельчения. Нормы были утверждены министерствами заготовок и машиностроения. Многие мельницы заново распределили вальцевую линию по отдельным системам, что дало возможность повысить эффективность процесса измельчения, улучшить качество и увеличить выход муки.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: