Отделение примесей воздушным потоком

22.01.2016

Теоретические предпосылки пневматической сепарации. Зерноочистительные машины, конструированные на принципе сепарации зерновой смеси воздействием воздушного потока, весьма широко применяются в зерноочистительных отделениях мельнично-элеваторных предприятий.
Пневматическая сепарация использует различную сопротивляемость частиц смеси воздушному потоку. Поведение отдельной частицы в данном воздушном потоке; зависит от совокупности следующих факторов: веса частицы, ее формы и размера, поверхности и положения частицы в воздушном Потоке.
Давление, оказываемое воздушным потоком на отдельную частицу, выражается уравнением:

Отделение примесей воздушным потоком

где y — удельный вес воздуха в кг/м3;
(v) — скорость воздушного потока в м/сек;
(g) — ускорение силы тяжести в м/сек2;
(F) — площадь проекции частицы на плоскость, перпендикулярную к направлению воздушного потока (миделево сучение);
(С) — коэффициент обтекания — аэродинамический коэффициент, зависящий от формы и размеров частицы и от состояния ее поверхности.
Так как частица может находиться в разных положениях по отношению к оси воздушного потока, то сила (P) остается постоянной только для шарообразного тела, имеющего во всех положениях одинаковое (CF). Частица удлиненной формы имеет переменное значение (F), а следовательно, меняется и сила давления на частицу.
Отделение примесей воздушным потоком

Из рис. 61 видно, что
Отделение примесей воздушным потоком

Способность частицы сопротивляться воздушному потоку называется парусностью. Сила сопротивления определяется миделевым сечением частицы, трением воздуха о поверхности частицы (имеют значения свойства этой поверхности) и формой ее.
Бреннером введено понятие удельной парусности как отношение веса частицы к сопротивлению ее штоку воздуха:
Отделение примесей воздушным потоком

Для частиц удлиненной формы, имеющих разные значения удельной парусности. Бреннер принимает значение средней площади проекции (Fср) (среднее миделево сечение), получая так называемую среднюю удельную парусность:
Отделение примесей воздушным потоком

и определяя ее помощью (Q), (Fср) и (С).
Уравнение (14) можно выразить следующим образом:
Отделение примесей воздушным потоком

так как величина (yv2/2g) представляет собой скоростной напор воздушного потока.
Для случая (Q) = (P), т. о. при положении частицы в воздушном потоке во взвешенном состоянии, уравнение (18) можно написать:
Отделение примесей воздушным потоком

т. е. удельная парусность выражается как скоростной напор, необходимый для поддержания частицы во взвешенном состоянии в вертикальном потоке.
Скорость воздушного потока, при которой отдельная частица находится в так называемом «взвешенном» состоянии, носит название скорости витания частицы.
Имеется целый ряд исследовательских работ по определению скоростей витания зерна. Бреннер и проф. Гиршсон определяли скорость витания зерна при двух его миделевых сечениях — максимальном и минимальном, причем во время исследования зерно поддерживалось в определенном положении при помощи нитей, к нему прикрепленных. Гастерштадтом применялся метод определения скорости витания, более близкий к действительному положению группы зерен — в свободном их полете.
В результате проведенных исследований мы имеем весьма широкий диапазон скоростей витания зерна — по данным Бреннера и проф. Гиршсона (vs min) зерна) и (vs max) колеблются от 3,75 до 19,3 м/сек; по данным Гастерштадта и Безручкина — от 8,9 до 11,5 м/сек.
Удельная парусность зерна и сорных примесей. Для иллюстрации зависимости между удельной парусностью и абсолютным весом Частиц приводим диаграмму (рис. 62), составленную Егоровым, исследовавшим зерна основных культур и семян сорняков при помощи порционно-парусного классификатора ВИИ. Из этих данных следует, что семена разных видов, несмотря на большую разницу их абсолютного веса, могут обладать одинаковой удельной парусностью, т. б. для приведения во взвешенное состояние требуют одной и той же скорости движения воздушного погона. И наоборот, семена одинакового абсолютного веса могут обладать разной удельной парусностью.
Тем же автором определялись вариации удельной парусности зерна основных хлебных культур и зернопримеси, показанные в табл. 10.
Отделение примесей воздушным потоком

Сопоставление вариационных рядов удельной парусности (табл. 10) зерен основных хлебных культур и зерновой принеси щуплых и битых зерен показывает возможность разделения этой смеси при определенной скорости движения воздушного потока. Например, наиболее щуплые зерна пшеницы Украинка начинают выделяться при скорости воздушного потока от 4,2 до 4,6 м/сек, и вся навеска испытуемых щуплых зерен разбивается на воешь классов: 1-й класс да 4,2 до 4,6 м/сек, 2-й класс от 4,6 до 5,0 м/сек и т. д,
В табл. 10 показана линии возможного практического разделения зерновой смеси по удельной парусности. По-видимому, щуплые зерна пшеницы, ржи и ячменя могут выделяться довольно удовлетворительно из общей смеси. Битые же зерна, имея одинаковую удельную парусность с нормальным зерном, остаются в смеси.
Очевидно, что аспирацией зерновой смеси, ввиду сравнительно близких показателей аэродинамических свойств (удельной парусности) зерен основных хлебных культур, зерновой примеси и семян сорняков большинства видов, полной очистка от сорных примесей достигнуть нельзя.
В силу этого принцип отделения примесей воздушным потоком должен сочетаться с другими методами очистки.
Пневматическая сепарация в вертикальных аспирационных каналах. Применение данных этих исследований для расчета аспирационных каналов зерноочистительных машин затруднительно не только в силу большой разницы предлагаемых значений скорости витания зерна, по в основном вследствие того, что исследователями не учитывается действительная картина рабочего процесса при сортировании зерновой массы.
В действительности зерновая масса поступает в аспирационный канал сплошной лентой, причем до попадания на сито или до выхода из поля действия воздушной струи каждая частица может несколько раз переворачиваться, поток воздуха разбивается на струйки но искривленным направлениям, и таким образом мы имеем более сложное взаимодействие между зерновой массой л воздушным потоком, чем это принималось в приведенных выше работах.
В последнее время Пальцевым (ВНИИЗ) проведены работы по исследованию сепарации зерновой массы в воздушном потоке в условиях, наиболее близких к работе аспирационных каналов зерноочистительных машин. Ha основании проведенных исследований Пальцевым разработана рабочая гипотеза, пневматической сепарации зерна в вертикальных аспирационных каналах и предложены новые нормы расхода воздуха для основной зерноочистительной машины — сепаратора.
На основе проведенных исследований Пальцевым предложена следующая схема работы аспирационного канала, служащего для сепарации зерна по принципу противотока.
Зерновая струя, падающая под некоторым углом (а) к горизонтали, пересекает вертикальный воздушный поток (рис. 63). Очевидно, что скорость движения воздушного потока в чистом канале (Vср) меньше скорости движения воздуха, создающейся при пронизывании зерновой струн (vс), так как зерновая масса занимает значительную часть сечения канала.
Отделение примесей воздушным потоком

При пересечении воздушным потоком зерновой массы, т. е. при большей его скорости, называемой сепарирующей скоростью воздуха — (vс), происходит отделение примесей. Дальнейшее продвижение примеси в аспирационном канале по вертикали вверх производится скоростью воздуха (vт) (транспортирующей), которая, как указывалось ранее, меньше (vс).
Очевидно, что сепарирующая скорость движения зерна может быть повышена не только путем увеличения подачи воздуха, по и увеличения зерновой нагрузки, так как с увеличение» последней уменьшается живое сечение каната, a скорость, как известно, обратно пропорциональна сечению (F):
Отделение примесей воздушным потоком

Этим обстоятельством объясняется то явление, что во многих случаях унос зерна в осадочную камеру при повышенной зерновой нагрузке имеет место при скорости движения воздуха (vт) меньшей, чем скорость витания отдельных зерен (табл. 11). С повышением нагрузки повышается и степень сопротивления зернового потока, что приводит к автоматическому снижению подачи воздуха, так что практически может не оказаться необходимости в искусственном снижении подачи. В табл. 11 приводятся данные уноса полноценного зерна (в процентах) в экспериментальном, канале (по Пальцеву).
Отделение примесей воздушным потоком