ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6787| Title: | Підвищення енергоефективності двобарабанної сушарки зерна |
| Authors: | Філімонова, Надія Вікторівна Ященко, Олександр Ігорович |
| Keywords: | барабанна сушарка;енергоефективність;вдосконалення;сушіння;зерно |
| Issue Date: | 2025 |
| Abstract: | Обсяг роботи. Кваліфікаційна робота магістра складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел, що включає 9 найменувань, додатків. Роботу викладено на 80 аркушах, вона містить 17 рисунків, 9 таблиць. Мета роботи – підвищення енергоефективності двобарабанної сушарки шляхом конструктивного вдосконалення барабану, яке зумовлює суттєве збільшення траєкторії руху сировини в ньому. Об'єкт дослідження – процес сушіння зерна в барабанній сушарці. Предмет дослідження – вплив конструктивних особливостей барабану сушарки на довжину траєкторії руху сировини в ньому. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити задачі: - проаналізувати технічний рівень сучасних барабанних сушарок та визначити перспективний шлях підвищення їх енергоефективності; - розробити вдосконалену конструкцію барабану; - розробити технологічний процес виготовлення швидкозношувальної деталі сушарки - експериментально дослідити вплив конструктивних особливостей барабану сушарки на довжину траєкторії руху сировини в ньому. Методи дослідження: в кваліфікаційній роботі магістра використовувалися експериментальні дослідження у виробничих умовах. Результати роботи та їх новизна: - експериментально досліджено вплив конструктивних особливостей барабану сушарки на довжину траєкторії руху сировини в ньому, встановлено, що збільшення довжини траєкторії руху зерна призводить до зменшення витрат теплової енергії до 30%. Практичне значення результатів: розроблено вдосконалену конструкцію двобарабанної сушарки. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6787 |
| Appears in Collections: | 133 Галузеве машинобудування (Обладнання переробних і харчових виробництв) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| КРМ Ященко.pdf Restricted Access | 1.24 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
(повне найменування вищого навчального закладу)
Факультет електронних технологій, автотранспорту та
машинобудування
(повна назва факультету)
Кафедра проектування харчових виробництв та верстатів нового
покоління
(повна назва кафедри)
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до кваліфікаційної роботи магістра
на тему: «Підвищення енергоефективності двобарабанної
сушарки зерна»
Другий (магістерський)
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
мПВ43.133025.000 ПЗ
Виконав: здобувач вищої освіти
2 курсу, групи мПВ-43
спеціальності 133 Галузеве машинобудування
(шифр і назва спеціальності)
Обладнання переробних і харчових виробництв
(освітня програма)
Олександр ЯЩЕНКО
(ім’я та прізвище)
Керівник Надія ФІЛІМОНОВА
(ім’я та прізвище)
Рецензент Олександр КАРМАЗИН
(ім’я та прізвище)
Черкаси 2025
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(повна назва факультету)
Кафедра проектування харчових виробництв та верстатів нового покоління
(повна назва кафедри)
Другий (магістерський)
(рівень вищої освіти)
133 Галузеве машинобудування
(шифр і назва спеціальності)
Обладнання переробних і харчових виробництв
(назва освітньо-професійної програми)
ЗАТВЕРДЖУЮ:
завідувач кафедри ПХВ ВНП
Василь ОСИПЕНКО
«____»_____________2025 р.
З А В Д А Н Н Я
НА КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ МАГІСТРА
ЗДОБУВАЧУ ВИЩОЇ ОСВІТИ
____________________Ященку Олександру Ігоровичу________________________
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Підвищення енергоефективності
двобарабанної сушарки зерна»
Керівник кваліфікаційної роботи магістра:
Філімонова Надія Вікторівна, к. т. н., доцент____________________
( прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджені наказом Черкаського державного технологічного університету
від “___”____________2025 року №_____
2. Строк подання здобувачем вищої освіти кваліфікаційної роботи магістра
_____________ 2025 р.
3.Вихідні дані до кваліфікаційної роботи магістра: технічний опис сушарки
зерна з двома коаксіальним барабанами.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які
потрібно розробити: реферат, вступ, порівняльний аналіз існуючих
конструкцій і постановка задачі проектування машини, опис пропозиції,
конструкція і принцип дії машини; технологічні та міцнісні розрахунки
машини, розрахунок підшипників на довговічність, науково-дослідний
розділ, висновки, список літературних джерел.
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень):
загальний вигляд машини, складальні креслення вузлів, креслення
2
нестандартизованих деталей, результати проведених досліджень, маршрут
обробки деталі.
6. Консультанти розділів кваліфікаційної роботи магістра
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
1 Філімонова Н. В., доцент
2 Філімонова Н. В., доцент
3 Філімонова Н. В., доцент
4 Філімонова Н. В., доцент
7. Дата видачі завдання_____________________________
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів кваліфікаційної Строк
з/п роботи магістра виконання етапів Примітка
1 Порівняльний аналіз існуючих конструкцій і
постановка задачі вдосконалення сушарки
2 Опис пропозиції. Конструкція і принцип дії
машини
3 Технологічні розрахунки машини
4 Конструктивні розрахунки машини
5 Науково-дослідний розділ
6 Оформлення креслень
Здобувач вищої освіти: __________________Олександр ЯЩЕНКО
( підпис ) (прізвище та ініціали)
Керівник кваліфікаційної роботи магістра: ________________Надія ФІЛІМОНОВА
( підпис ) (прізвище та ініціали)
3
РЕФЕРАТ
Обсяг роботи. Кваліфікаційна робота магістра складається із вступу, 4
розділів, висновків, списку використаних джерел, що включає 7
найменувань. Роботу викладено на 56 аркушах, вона містить 17 рисунків, 9
таблиць.
Мета роботи – підвищення енергоефективності двобарабанної сушарки
шляхом конструктивного вдосконалення барабану, яке зумовлює суттєве
збільшення траєкторії руху сировини в ньому.
Об'єкт дослідження – процес сушіння зерна в барабанній сушарці.
Предмет дослідження – вплив конструктивних особливостей барабану
сушарки на довжину траєкторії руху сировини в ньому.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити задачі:
- проаналізувати технічний рівень сучасних барабанних сушарок
та визначити перспективний шлях підвищення їх енергоефективності;
- розробити вдосконалену конструкцію барабану;
- розробити технологічний процес виготовлення
швидкозношувальної деталі сушарки
- експериментально дослідити вплив конструктивних
особливостей барабану сушарки на довжину траєкторії руху сировини в
ньому.
Методи дослідження: в кваліфікаційній роботі магістра
використовувалися експериментальні дослідження у виробничих умовах.
Результати роботи та їх новизна:
- експериментально досліджено вплив конструктивних
особливостей барабану сушарки на довжину траєкторії руху сировини в
ньому, встановлено, що збільшення довжини траєкторії руху зерна
призводить до зменшення витрат теплової енергії до 30%.
Практичне значення результатів: розроблено вдосконалену
конструкцію двобарабанної сушарки.
4
Ключові слова: барабанна сушарка, енергоефективність,
вдосконалення, сушіння, зерно.
ABSTRACT
The Master’s qualification thesis consists of an introduction, 7 chapters,
conclusions, a list of references comprising 4 sources. The work is presented on 56
pages and contains 17 figures and 9 tables.
Purpose of the research – to improve the energy efficiency of a double-drum
dryer by structurally enhancing the drum design, which significantly increases the
trajectory length of material movement inside the drum.
Object of research – the process of grain drying in a drum dryer.
Subject of research – the influence of the structural features of the dryer
drum on the trajectory length of material movement inside it.
To achieve the stated goal, the following tasks were set:
analyze the technical state of modern drum dryers and determine promising
ways to improve their energy efficiency;
develop an improved drum design;
develop a technological process for manufacturing a wear-intensive dryer
component;
experimentally investigate the effect of drum structural features on the
trajectory length of material movement inside it;
evaluate the economic efficiency of the developed technical solutions.
Research methods: the Master’s thesis employs experimental research
conducted under industrial conditions.
Results and novelty: the influence of the structural features of the dryer
drum on the trajectory length of material movement was experimentally
investigated; it was established that increasing the trajectory length of grain
movement leads to a reduction of thermal energy consumption of up to 30%.
5
Practical significance of the results: an improved double-drum dryer design
has been developed; the economic efficiency of the proposed technical solutions
has been assessed.
Keywords: drum dryer, energy efficiency, improvement, drying, grain.
6
ЗМІСТ
ВСТУП 8
РОЗДІЛ 1. ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ
І ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ
ВДОСКОНАЛЕННЯ СУШАРКИ 9
РОЗДІЛ 2. ОПИС ПРОПОЗИЦІЇ. КОНСТРУКЦІЯ
І ПРИНЦИП ДІЇ МАШИНИ 26
РОЗДІЛ 3.РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА 34
3.1 Технологічні розрахунки сушарки 34
3.2 Розрахунок на міцність деталей сушарки 38
3.3 Розрахунок підшипників на довговічність 44
РОЗДІЛ 4. НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ РОЗДІЛ 51
ВИСНОВКИ 55
СПИСОК ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ 56
7
ВСТУП
Процес сушіння зерна є одним із ключових етапів післязбиральної
обробки, оскільки рівень залишкової вологості безпосередньо впливає на
тривалість зберігання, мікробіологічну стабільність, схильність до
самозігрівання та втрату біохімічної якості. Підвищена вологість у зерновій
масі сприяє інтенсивним дихальним процесам, розвитку мікрофлори та
погіршенню посівних властивостей, що особливо критично для
продовольчого та насіннєвого фонду. Саме тому ефективне й контрольоване
видалення вологи на ранніх етапах є важливою умовою забезпечення
збереження харчових та технологічних властивостей зерна протягом усього
8
РОЗДІЛ 1.ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ КОНСТРУКЦІЙ І
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ ВДОСКОНАЛЕННЯ СУШАРКИ
В основі вимог до сушильного устаткування лежить збереження
початкових властивостей продуктів і їх якість. Цим вимогам повинні
відповідати абсолютно всі сушильні установки. В деяких випадках, ці
властивості мають бути навіть покращувані.
Сучасні сушильні установки дозволяють в короткі терміни обробляти
продукти у великих об'ємах. Основні вимоги до сушарок такого типа мають
на увазі забезпечення рівномірної швидкості циркуляції сушильного агента
(теплого повітря).
З огляду на це, можна вважати, що доцільним та актуальним є
вивчення будови барабанних зерносушарок, основ їх розрахунку та
проектування, а також отримання навичок їх правильної експлуатації.
В сучасних умовах перед виробниками технологічного обладнання
ставляться все нові задачі та умови до їх виконання стають все більш
жорсткими. Це обумовлено необхідністю заощаджувати матеріальні,
енергетичні ресурси, ресурси праці та ін. Таким чином актуальним є
подальше вдосконалення конструкцій технологічного обладнання, силових
установок, систем керування.
Як відомо, одним із найбільш ефективних шляхів підвищення
ефективності використання технологічного обладнання є вдосконалення та
зміна конструкції його робочих органів. При цьому бажано, щоб нова
конструкція модернізованого вузла не передбачала зміни конструкції решти
машини, сама конструкція модернізованого вузла повинна мати високу
технологічність виготовлення.
Удосконалена конструкція барабанної сушарки-гранулятора,
представлена на рис. 1.1, забезпечує підвищення ефективності сушки та
гранулювання матеріалу завдяки ряду конструктивних рішень. У середній
частині корпусу передбачено листові лопаті, згруповані під різними кутами,
9
між якими встановлено відрізки ланцюгів. Також реалізовано підйомні
листові лопаті, поперечні підвіски ланцюгів і поздовжні ребра. На
внутрішній поверхні розвантажувальної частини закріплено розсікачі, що
сприяє кращому подрібненню грудок матеріалу і формуванню якісних
гранул.
Конструкція сушарки-гранулятора складається з таких основних
елементів: обертового корпуса 1, завантажувальної частини з приймально-
гвинтовою насадкою, виконаною у формі листових лопатей 2 та ланцюгових
лопатей 3. У середній частині передбачені ланцюгові лопаті 4, які закріплені
на кронштейнах 5, і листові лопаті 6 з різними кутами нахилу. Лопаті
згруповані у чотири набори (I, II, III, IV), між якими фіксуються відрізки
ланцюгів 7. Далі встановлені підйомні листові лопаті 8 із трикутним
поперечним перерізом, спрямованим вершиною до центра. Між цими
лопатями закріплені поперечні підвіски ланцюгів 9. Після них розміщуються
поздовжні ребра 10, а в розвантажувальній частині корпуса встановлені
розсікачі II.
Сушарка функціонує так: матеріал, що потребує сушіння та
гранулювання, подається до завантажувальної частини корпусу 1.
Сушильний агент надходить противтоком із боку розвантажувальної
частини. У завантажувальній частині матеріал переміщується завдяки
листовим лопатям 2 і ланцюговим лопатям 3 вздовж корпусу та передається
до ланцюгових лопатей 4, закріплених на кронштейнах 5. Вони підіймають
матеріал і скидають його до листових лопатей 6.
Ці лопаті згруповано в чотири набори (I, II, III, IV) по перерізу корпусу.
У кожній групі кути нахилу зменшуються в напрямку обертання відносно
радіусу. Також збільшується нахил самих лопатей у процесі. Однакові
елементи кожної групи (а-а, в-в, с-с) мають однакові кути нахилу, що
забезпечує рівномірний і інтенсивний рух матеріалу для його ефективної
обробки.
10
Матеріал із лопатей спадає порціями, при цьому омивається
теплоносієм і формується в грудки. Матеріал з кожної групи рухається за
різними траєкторіями, що залежать від особливостей нахилу лопатей, а
також під різними кутами розсипу. Під час цього процесу порції матеріалу
пересипаються й переміщуються, а фрагменти ланцюгів 7 виконують їх
очищення. Після проходження листових лопатей 6 сформований у грудки
матеріал потрапляє на листові підйомні лопаті 8 трикутного перерізу, які
піднімають його, здійснюючи додаткову грануляцію. Поперечні підвіски
ланцюгів 9 під час піднімання матеріалу зі скупчень сприяють його
провітрюванню і очищенню, тоді як ребра 10 забезпечують перекочування
гранул до розвантажувальної секції корпусу.
Перед вивантаженням гранульований матеріал проходить через
розсікачі, які покращують розпушення та перемішування шару, що
складається з гранульованого матеріалу. Це дозволяє максимально заповнити
відповідну зону, чого було б важко досягти без застосування розсікачів.
Після завершення сушіння і грануляції матеріал вивантажується із сушарки-
гранулятора.
Розміщення в середній частині корпусу сушарки-гранулятора листових
лопатей зі зворотним нахилом від радіального положення, а також із
поступовим збільшенням нахилу у напрямку обертання в кожній групі
забезпечує ефективне зсипання матеріалу порціями з одночасним первинним
формуванням грудок.
11
Рисунок 1.1 – Сушарка-гранулятор
Матеріал із кожної групи розподіляється по індивідуальних траєкторіях
для кожної лопаті з різними кутами розкриття порцій. Це сприяє більш
рівномірному розподілу матеріалу в об'ємі корпусу порівняно із ситуацією,
коли кути нахилу однакові для всіх лопатей. Такий підхід забезпечує
оптимальні умови теплообміну і сушіння, оскільки кожна група лопатей
12
протягом повного циклу обертання корпусу чотири рази рівномірно
перетинає потік сушильного агента. Це створює додатковий пульсаційний
ефект, покращує турбулізацію сушильного агента і підвищує ефективність
конвективного теплообміну.
Крім того, специфічне кріплення лопатей сприяє формуванню гранул із
матеріалу та дозволяє працювати зі значно вищими оборотами корпусу
сушарки, ніж при радіальному або іншому розташуванні лопатей. Збільшена
частота обертання корпусу сприяє інтенсифікації пересипань матеріалу,
покращуючи тепломасообмін у процесі сушіння. Це також додає міцності
гранулам завдяки їхнім ударам об стінки корпусу.
Ланцюгові підвіски, розташовані між лопатями, виконують функцію
пересипання матеріалу та очищення як стінок корпусу, так і самих лопатей.
Рисунок 1.2 – Сушарка-гранулятор
Підйомні листові лопаті трикутного перерізу разом із поперечними
підвісками ланцюгів виконують функцію підйому, зсипання та додаткової
грануляції матеріалу. У верхньому положенні лопатей ланцюги провисають,
що дозволяє їм розсікати матеріал, а при підйомі лопатей із завальної зони
ланцюги перемішують матеріал і обчищають простір між лопатями.
13
Встановлення поздовжніх ребер на внутрішній поверхні корпусу
сушарки перед розвантажувальною частиною сприяє перекочуванню
матеріалу в завальній зоні, що покращує зміцнення гранул.
Розсікачі, закріплені у розвантажувальній частині, активізують процес
розпушування та перемішування гранульованого шару матеріалу. Це
пришвидшує сушку, оскільки в цю зону подається сушильний агент із
максимальною температурою, яка поступово знижується під час його руху до
завантажувальної частини.
Досягнутий технічний результат спрямований на забезпечення
ефективного глибокого висушування матеріалу, розширення функціональних
можливостей сушарки, включаючи отримання міцних гранул, а також
зменшення пилоутворення і втрат пилу.
Наступна конструкція барабанної сушарки (рис. 1.3) спрямована на
вдосконалення пристрою через нове виконання сушильного органу, що
дозволяє зменшити довжину обертового барабана. Це, своєю чергою, сприяє
зниженню матеріалоємності сушарки загалом.
Задачу вирішено шляхом удосконалення сушарки, що складається з
циліндричного обертового барабана, встановленого на опорах із нахилом до
розвантажувальної камери. Конструкція включає патрубки для підведення і
відведення теплоносія, додавання вихідного матеріалу та виведення
висушеного продукту. Важливим нововведенням стало використання кришки
на стороні, протилежній розвантажувальній камері, а також розміщення
всередині барабана з зазором відкритого з обох торців конічного барабана.
Менша основа останнього спрямована до розвантажувальної камери, а всі
патрубки закріплені на розвантажувальній камері, де патрубок підведення
вихідного матеріалу з'єднаний із порожниною конічного барабана.
У найбільш ефективних варіантах конструкції сушарки конічний
барабан оснащено щонайменше однією кільцевою ділянкою з еластичного
матеріалу. Крім того, він складається з чергування еластичних і жорстких
14
елементів по окружності, а зовнішню або внутрішню частину споряджено
підйомно-лопатевою насадкою.
Рисунок 1.3 – Сушарка із конічним барабаном
Інтеграція кришки до циліндричного барабана та встановлення в ньому
конічного барабана із зазором значно підвищує ефективність конструкції. Це
дозволяє у два рази збільшити шлях проходження матеріалу через сушарку
або, при незмінній продуктивності, скоротити довжину самого барабана.
Компонування всіх патрубків на розвантажувальній камері зменшує
габаритні розміри сушарки і знижує матеріалоємність апарата.
Кільцева ділянка конічного барабана з еластичного матеріалу надає
можливість регулювання його довжини в цілому, змінюючи тривалість
проходження оброблюваного матеріалу через сушарку. Чергування
еластичних та жорстких елементів дозволяє адаптувати кут нахилу конічного
барабана, що впливає на час знаходження продукту в ньому. Еластичні
15
частини можуть бути створені, наприклад, із гуми на основі силіконового
каучуку, відомого своєю стійкістю до хімічних речовин, термічною
витривалістю та еластичністю.
Додання підйомно-лопатевої насадки на конічний барабан сприяє
інтенсивному перемішуванню матеріалу, що значно покращує процес
сушіння.
Сушарка містить циліндричний обертовий барабан, змонтований на
опорах під кутом у напрямку розвантажувальної камери. Конструкція
передбачає систему підведення та відведення теплоносія, а також патрубки для
завантаження сировини та відведення висушеного продукту. З боку
завантаження циліндричний барабан закрито кришкою, а всередині нього
коаксіально встановлено конічний барабан з утворенням робочого кільцевого
зазору. Конічний барабан має відкриті обидва торці, причому його менша
основа зміщена у бік розвантажувальної камери.
Усі патрубки інтегровано у вузол розвантажувальної камери; при цьому
патрубок для подачі матеріалу безпосередньо з’єднаний з внутрішнім об’ємом
конічного барабана. Конічний барабан може мати кільцеві ділянки з
еластичного матеріалу або складатися з чергування еластичних і жорстких
сегментів, а також бути обладнаним підйомно-лопатевими насадками.
Принцип роботи сушарки передбачає обертання циліндричного барабана
від приводу. Матеріал надходить у конічний барабан через патрубок і завдяки
його формі пересувається до більшої основи, звідки пересипається у
внутрішній простір циліндричного барабана. Остаточне видалення вологи
відбувається в кільцевому просторі між циліндричним і конічним барабанами,
після чого висушений матеріал виводиться через патрубок розвантажувальної
камери. Рух теплоносія організовано за схемою прямотечії: він послідовно
проходить від вхідного патрубка до вихідного, забезпечуючи стабільний
тепловий вплив на продукт по всій довжині робочої зони.
Підйомно-лопатева насадка значно покращує перемішування та сушіння
як усередині конічного барабана, так і в зазорі між ним і циліндричним
16
барабаном. За потреби можна варіювати довжину конічного барабана або
співвідношення діаметрів його основ для регулювання часу обробки матеріалу.
Рисунок 1.4 – Сушарка із гріючим валом
Завдяки такій конструкції вдалося значно зменшити габарити та
матеріалоємність сушарки. Подальше вдосконалення моделі полягає в
17
забезпеченні повної рециркуляції теплоносія (повітря) з відведенням вологи,
ефективній системі багаторазового перемішування матеріалу в процесі
обробки та зменшенні механічних пошкоджень теплочутливих речовин
шляхом використання шнека, що переміщує матеріал.
В запропонованій конструкції горизонтальний перфорований
опалювальний вал містить нерухому трубу зі щілинами для подачі теплоносія.
Між ребрами шнека встановлені перфоровані лопатки у вигляді ковшиків зі
щілиною до поверхні вала, забезпечуючи ефективну обробку матеріалу.
Спеціальна система ущільнення гарантує надійність конструкції та знижує
витрати тепла.
Для підвищення ефективності сушки та розширення функціональних
можливостей пристрою, у конструкцію барабанної сушарки були внесені
удосконалення. Основною особливістю є застосування перфорованих
елементів та інноваційної системи циркуляції теплоносія.
Сушарка обладнана матеріалорозподільчим пристроєм та дільником
потоку, а між ребрами шнека встановлені лопатки, наприклад чотири на
кожному витку. У замкнутій герметичній системі функціонує автономний
теплоносій — повітря, яке рециркулює між вентилятором, сушаркою,
вологовідділювачем і повітронагрівачем. Завдяки циліндричному
перфорованому валу та нерухомій внутрішній трубі з осьовими щілинами
відбувається додаткове продування матеріалу зсередини барабана тим самим
повітроносієм.
Особливістю конструкції є перфоровані лопатки, які розміщені з
щілинами до поверхні нагрівального вала. Це забезпечує ефективне
перемішування матеріалу, багаторазове перелопачування та інтенсивне
обдування як зовні, так і всередині барабана. Процес здійснюється за рахунок
руху матеріалу вздовж шнека: підйом на верхню лопатку, осипання вниз по
нахиленій поверхні ребра та повернення в нижнє положення. Це сприяє
рівномірному розподілу матеріалу по витках шнека та покращенню якості
сушіння.
18
Конструкція пристрою включає горизонтальний барабан із
перфорованою обечайкою, нагрівальний барабан, шнек із набором лопаток
відповідно до їх призначення (завантажувальні, верхні, нижні). Також
передбачені спеціалізовані пристрої для автоматизації процесу:
завантажувальний і вивантажувальний механізми, система термоізоляції,
вентиляційні патрубки, вентиля для конденсату та регулятори подачі
теплоносія. Окремо слід відзначити кульковий млин, який слугує для більш
делікатної обробки матеріалу.
Перфорований внутрішній барабан має змінний діаметр отворів, що
збільшується у напрямку руху матеріалу. Це рішення забезпечує різну
тривалість сушіння частинок залежно від їхнього розміру, оптимізуючи
використання енергії і створюючи умови для більш рівномірного
висушування.
Дана конструкція дозволяє максимізувати потенціал сушильного агента
завдяки диференційованому підходу до різнофракційного матеріалу.
Удосконалений підхід до організації сушки забезпечує підвищення
продуктивності та універсальності барабанної сушарки.
Рисунок 1.5 – Сушарка із адаптованим класифікатором висушуваного
матеріалу
Робота барабанної сушарки відбувається таким чином. Вихідний
вологий матеріал надходить у приймальний бункер завантажувального вузла,
19
звідки гвинтовим транспортером дозовано подається у внутрішній конічний
барабан. У внутрішньому барабані за допомогою розташованих по спіралі
пластин відбувається перша стадія сушіння — підсушування матеріалу
зустрічним потоком сушильного агента. Після потрапляння до перфорованої
зони внутрішнього барабана матеріал просіюється і потрапляє у зовнішній
барабан. Частинки, розміри яких перевищують допустиму норму,
спрямовуються до кулькового млина, де подрібнюються до необхідних
розмірів і повертаються до зовнішнього барабана для подальшої обробки.
У зовнішньому барабані під впливом додаткових пластин,
розташованих по спіралі, відбувається друга стадія сушіння, також із
використанням зустрічного потоку сушильного агента. Готовий матеріал
транспортується до вивантажувального пристрою, після чого процес
завершується. Сушильний агент подається через відповідний патрубок у
міжбарабанний простір, після чого проходить через кульковий млин та
надходить у внутрішній барабан. Далі відпрацьований теплоносій
відводиться через вихідний патрубок. Тривалість перебування матеріалу в
робочій камері регулюють зміною частоти обертання привідного механізму
барабана.
Технологічний процес виробництва рослинної олії з насіння соняшника
може здійснюватися у два різних способи: механічним віджиманням
(пресуванням) або екстракцією (розчиненням олії в органічних розчинниках).
Обидва методи часто комбінують для підвищення ефективності виробництва.
Спочатку застосовують пресовий метод, яким добувають близько 75% олії, а
решту вилучають за допомогою екстракції.
Пресування здійснюється на шнекових пресах безперервної дії
(форпресах або експелерах). Під час збільшення тиску частини мезги
ущільнюються, олія виділяється, а макуха формує монолітну масу. Зміст
залишкової олії у макусі становить 5-8% від її маси.
Екстракційний метод дозволяє зменшити кількість олії в залишковому
шроті до 0,8-1,2%. Як розчинники використовуються екстракційний бензин,
20
ацетон, гексан та інші речовини. Найефективніше застосовувати бензин із
температурою кипіння 70-85°C, що спрощує його випаровування з олії за
м'яких умов. У процесі екстракції олія, що знаходиться на поверхні клітинок,
легко розчиняється у бензині.
Частина олії перебуває всередині закритих порожнин клітинок чи
капсул. Для її отримання потрібне проникнення розчинника всередину й
вихід отриманого розчину назовні через молекулярну та конвективну
дифузію. У результаті цього процесу утворюється дві фракції: розчин олії в
розчиннику (місцела) і знежирений матеріал (шрот). Концентрація олії у
місцелі становить 12-20%.
Із екстрактора (шнекового чи стрічкового) місцела прямує на
фільтрацію, де очищається від механічних домішок. Відфільтровані місцелу
та шрот направляють на відгін розчинників, що називають дистиляцією. Ця
процедура проводиться в два етапи: спершу видаляють основну частину
розчинника при температурі 80–90°C до досягнення концентрації олії в
місцелі 75–80%, а потім дистиляцію здійснюють у вакуумі при 110–120°C з
продуванням гострим паром.
Процес очищення олії від небажаних домішок і небажаних ліпідних
груп називається рафінуванням. Механічне рафінування охоплює фізичні
методи, такі як відстоювання, фільтрація та центрифугування. Гідратація
передбачає обробку олії водою для осадження білків і слизових речовин.
Лужне рафінування передбачає використання лугу для видалення домішок.
Адсорбційне рафінування або вибілювання полягає у видаленні непотрібних
речовин та освітленні олії за допомогою порошкоподібних адсорбентів,
таких як глина, кремнеземні сполуки, силікагель, або активоване вугілля.
Дезодорація у свою чергу усуває неприємний запах – метод базується на
відмінностях температур кипіння тригліцеридів та ароматичних речовин.
Виробництво рослинної олії включає такі стадії:
- очищення та сушіння насіння;
- відділення чистих ядер і їх подрібнення;
21
- пропарювання та смаження мезги;
- вилучення олії (пресування та екстракція);
- очищення (рафінування) олії;
- фасування та зберігання.
Робота на лінії починається з комплексу обладнання для очищення та
сушіння насіння, який містить ваги, силоси, сепаратори, магнітні уловлювачі,
витратні бункери й сушарки. Далі йде комплекс обладнання для відділення
ядер і їх подрібнення, включаючи дисковий млин, аспіраційну віялку та
п’яти-вальцовий верстат. Потім використовують устаткування для
пропарювання та смаження мезги, що може складатися з шнекових або
чанових жаровень.
Ключовим елементом лінії є комплекс обладнання для вилучення олії
(шнековий прес і екстракційний апарат). Комплекс обладнання для очищення
масла включає дистилятори, відстійники, сепаратори, фільтр-преси,
нейтралізатори та вакуум-сушильні апарати. Завершальний комплекс містить
устаткування для фасування: ваги, пакувальні машини та обладнання для
укладання готової продукції в ящики.
На машинно-апаратурній схемі виробництва рослинної олії з насіння
соняшнику насіння після зважування на вагах подається до силосу на
короткочасне зберігання. Перед переробкою очищуються два чи три ситові
сепаратори та магнітний уловлювач, після чого рослинні домішки
збираються для використання в комбікормовій промисловості. Очищене
насіння повторно зважується й подається до витратного бункера, звідки
транспортується до барабанної сушарки. Тут його спочатку висушують до
вологісті 2–7%, а потім охолоджують (температура охолодженого насіння
становить 35°C). Після контролю якості висушене насіння або вирушає до
силосів на тривале зберігання, або до проміжного бункера для подальшої
переробки.
Подальша обробка насіння спрямована на максимально ефективне відділення
22
оболонки від ядра. Цей процес охоплює дві окремі операції: лущення (обрушення)
насіння та безпосереднє відділення оболонки від ядра (відвівання або сепарація).
Лущення насіння здійснюється на дисковому млині 11, куди воно надходить
із проміжного бункера 10. Результатом роботи млина є рушанка — суміш частинок,
які різняться за масою, формою, парусністю та розмірами.
1 4 2 0
1 2 5
8
2 6 2 7
1 5
2
9 2 1
1 6
1 0 2 2
3
1 7
1 1
4
5
1 2
6
1 3 1 8
7 2 3
2 4
1 9
Рисунок 1.6 - Машинно-апаратурна схема лінії виробництва соняшникової
олії
У рушанці містяться цілі ядра, їх уламки, частинки оболонки різного розміру
та форми, а також недорушене насіння. Для відокремлення оболонки від ядра
зазвичай використовуються аспіраційні віялки — легко-ситові сортувальні машини.
З такої машини ядро транспортується до проміжного бункера, тоді як інші частини
суміші обробляються для виокремлення цілих ядер і уламків насіння соняшника. Усі
ці частини надалі направляються на подальшу переробку.
Після зважування на вагах, ядра соняшника подрібнюються за допомогою
23
п’ятивальцевого верстата. Процес подрібнення може бути одноразовим або
поетапним (попереднє і остаточне руйнування). Під час подрібнення відбувається
руйнування клітинної структури ядер, що необхідно для створення оптимальних
умов максимального і швидкого добування олії при наступному пресуванні чи
екстракції.
Отриманий продукт подрібнення, так звана мезга, подається у жаровню, де
проходить вологотеплову обробку. Це потрібно для досягнення оптимальної
пластичності продукту та полегшення подальшого віджиму олії на пресах. У процесі
смаження вологість мезги знижується до 5-7%, а температура підвищується до 105-
115°С.
Зі шнекового пресу, куди після жаровні подається мезга, отримують два
продукти: олію, яка містить дрібні частинки ядра (очищується за допомогою фільтр-
преса) та макуху, в якій залишається близько 6,0-6,5% олії. Це потребує додаткового
витягу залишків олії.
Для цього гранули макухи подрібнюють у молотковій дробарці та вальцовому
верстаті, а потім продукт подрібнення направляється в екстракційний апарат. Цей
апарат складається з двох колон, між якими встановлено перемички зі шнеками, що
транспортують частинки макухи між колоннами. Протитечійно до руху макухи
проходить екстрагуюча речовина — бензин, який є летким розчинником. Оскільки
бензин у суміші з повітрям стає вибухонебезпечним за температури близько 250°С,
температура перегріву технологічної пари на виробництві не повинна перевищувати
220°С.
Методом дифузії олія витягується із пошкоджених клітин макухи,
розчиняючись у бензині. Отримана суміш, до складу якої входять олія, бензин і
деяка кількість твердих частинок, виходить із правої колони екстрактора 21 і прямує
у відстійник або патронний фільтр 22.
Із лівої колони екстрактора 21 виводиться знежирений залишок, відомий як
шрот. Після видалення залишків бензину шрот спрямовується на комбікормові
заводи для подальшої обробки.
24
Розчин олії в бензині (місцела), очищений від твердих домішок, подається на
дистиляцію. У процесі попередньої дистиляції в апараті 23 місцела нагрівається до
температури 105–115 °C, що дає змогу частково випарувати пари бензину при
звичайному атмосферному тиску. У заключному дистиляторі 24, який функціонує у
вакуумному режимі, з місцели видаляються залишки бензину. Після цього очищена
олія надходить на ваги 25 для контрольного зважування.
Зважена олія передається до пакувальної машини 26, де вона розфасовується
у відповідну тару. Після цього в машині 27 упаковані пачки олії розміщуються в
ящики для подальшого транспортування.
25
РОЗДІЛ 2. ОПИС ПРОПОЗИЦІЇ. КОНСТРУКЦІЯ І ПРИНЦИП ДІЇ
МАШИНИ
У розробці технічного рішення основним завданням стало
вдосконалення конструкції існуючої барабанної сушарки, що дозволяє
досягти нового технічного результату.
Поставлене завдання виконується шляхом удосконалення конструкції
барабанної сушарки (рис. 2.1). Модифікована установка містить співвісно
розташовані зовнішній і внутрішній обертові барабани, оснащені патрубками
для підведення та відведення теплоносія, а також пристроями для
завантаження вологого й розвантаження висушеного матеріалу. На
внутрішніх поверхнях обох барабанів уздовж гвинтових ліній розташовані
напрямні пластини, які забезпечують контрольоване транспортування
продукту. Завантажувальний вузол включає приймальний бункер та
гвинтовий транспортер. Обертання зовнішнього барабана підтримується за
допомогою бігових доріжок, установчих роликів, зубчастого вінця та
приводного механізму.
Крім базових елементів, сушарка обладнана додатковими напрямними
пластинами, розміщеними на зовнішній поверхні внутрішнього барабана
вздовж гвинтової лінії, а також підйомними пластинами, орієнтованими
перпендикулярно до напрямних. Напрямні елементи на внутрішніх
поверхнях обох барабанів встановлено за траєкторіями зрізаних гвинтових
ліній, що забезпечує оптимальний рух матеріалу. Висота підйомних пластин
на зовнішній поверхні внутрішнього барабана є меншою за висоту
відповідних напрямних, а самі підйомні пластини встановлено під такими
кутами, які забезпечують контрольоване скочування матеріалу з певною
затримкою.
Кут нахилу гвинтової лінії, уздовж якої розташовано напрямні
пластини на зовнішній поверхні внутрішнього барабана, визначається за
такою формулою:
26
tgR r
arctg
2R P tg
де α – кут нахилу зрізаної гвинтової лінії, по якій розташовані напрямні
пластини на внутрішній поверхні зовнішнього барабану; R – радіус
внутрішньої поверхні зовнішнього барабану; r – радіус зовнішньої поверхні
внутрішнього барабану; Р – крок гвинтових ліній.
14 4 1 15 17 10 7
6 18 16
3 А 2
11
8
5 13 12 9 А
Рисунок 2.1 – Сушарка модернізованої конструкції
Головною перевагою запропонованої конструкції є підвищення
загальної ефективності процесу сушіння, що досягається за рахунок
раціональнішого використання теплової енергії сушильного агенту та
зменшення гідродинамічних втрат, пов’язаних зі зниженням швидкості його
руху на вході й виході з робочої барабанної зони.
Сушарка включає такі основні вузли: раму, сушильний барабан,
накопичувальну камеру, завантажувальний транспортер, привод обертання
27
барабана, калорифер, вентилятор, теплообмінник, комплект
електрообладнання та систему повітроводів.
Рама сушарки являє собою жорстку зварну конструкцію, що слугує
опорною базою для всіх функціональних вузлів та механізмів установки.
Сушильний барабан виконаний як збірна система, що складається із
зовнішнього та внутрішнього співвісних барабанів. На зовнішньому барабані
змонтовані бігові доріжки, які забезпечують його взаємодію з
підтримувальними роликами та стабільне обертання. На внутрішній поверхні
барабана розташовані напрямні пластини, сформовані за гвинтовою
траєкторією, що забезпечує поступальний рух органічної маси вздовж
довжини барабана. Для зменшення теплових втрат у навколишнє середовище
зовнішню поверхню барабана оснащено шаром термоізоляційного матеріалу.
Накопичувальна камера закріплюється на рамі і служить для з'єднання
між собою сушильного барабана, завантажувального транспортера та
повітроводів, а також для прийому готової продукції. Завантажувальний
транспортер оснащений завантажувальним бункером і виконаний у вигляді
шнека в трубчастому корпусі, який приводиться в дію мотор-редуктором
через ланцюгову передачу. Система повітроводів потрібна для подачі та
виведення повітря з робочої зони. Теплообмінник забезпечує попередній
нагрів повітря перед його надходженням у робочу зону.
Барабанна сушарка складається з зовнішнього барабана (1) і
внутрішнього співвісного барабана (2), а також оснащена патрубками для
підведення (3) та відведення (4) теплового агенту. Пристрій має
завантажувальний вузол (5) для сирого матеріалу і вивантажувальний вузол
(6) для вже висушеного. На внутрішніх поверхнях зовнішнього барабана (1) і
внутрішнього барабана (2) по зрізаній гвинтовій лінії встановлені напрямні
пластини (7 і 8 відповідно). Крім того, на зовнішній поверхні внутрішнього
барабана розташовані напрямні пластини (9) за аналогічною лінією. У
проміжках між цими напрямними пластинами знаходяться підйомні
пластини — (10, 11 і 12). Завантажувальний пристрій (5) вологого матеріалу
28
включає приймальний бункер (13) і гвинтовий транспортер (14). Зовнішній
барабан (1) має бігові доріжки (15), які утримуються на направляючих
роликах (16), забезпечуючи стійкість конструкції. Обертання обох барабанів
(1 та 2) здійснюється за допомогою зубчастого вінця (17) та привідного
механізму (18).
А - А
1 0 7 1 2
Б Б
8
1 1
1 2 9
Рисунок 2.2 – Вид барабанного робочого органу модернізованої
конструкції
Барабанна сушарка працює таким чином. Спочатку вологий матеріал
завантажують у приймальний бункер 13 завантажувального пристрою 5,
після чого він подається у внутрішній барабан 2 за допомогою гвинтового
транспортера 14. У процесі обертання внутрішнього барабана 2 спеціальні
напрямні пластини 8 та підйомні пластини 11 забезпечують підйом матеріалу
на певну висоту, його пересипання та поступове переміщення уздовж осі
барабана 2. На цьому етапі триває перша стадія сушіння, яка здійснюється
завдяки зустрічному потоку теплового агента. Коли матеріал досягає
відкритого кінця внутрішнього барабана 2, він потрапляє у зовнішній
барабан 1.
29
Розташування вихідного кінця патрубка 3 для подачі сушильного
агенту співвісно з обертальними барабанами забезпечує більш рівномірне та
повне продування тепловим агентом висушуваного матеріалу у зовнішньому
барабані 1 порівняно з прототипом.
Збільшення часу перебування матеріалу в обертальних барабанах може
бути використано в трьох цілях:
1) для досягнення більш ефективного сушіння матеріалу порівняно з
прототипом;
2) для зниження температури теплового агенту, що дозволить
економити енергію на його нагрівання порівняно з прототипом;
3) для скорочення довжини обертальних барабанів без зниження
продуктивності порівняно з прототипом. Більш детально конструкція
сушарки наведена нижче. Сушарка складається (рис. 2.3) із таких основних
вузлів і агрегатів: дві рами 1 і 2, барабан сушильний 4, камера накопичу
вальна 3, транспортер загруз очний 6, привод барабана 8, калорифер 26,
вентилятор 108, теплообмінник 22, електрообладнання та повітроводи.
Сировина завантажується у приймальний бункер 6 та живильним
шнеком подається в середину обертового барабану 4. Живильний шнек
приводиться у рух ланцюговою передачею 7. Барабан являє собою
конструкцію, що складається із двох барабанів: зовнішнього та
внутрішнього.
Таблиця 2.1 Технічні показники сушарки
№ Найменування технічних показників Значення
п/п
1 Продуктивність по готовому продукту, кг/год 100-500
2 Вологість вихідної сировини, %, не більше 15
3 Вологість готового продукту, %, не більше 2-7
4 Установлена потужність, кВт 100
5 Потужність, що споживається сушаркою, 41
30
кВт*год
6 Потужність приводу барабану, кВт 4,0
7 Частота обертання валу електродвигуна приводу 25
барабану, с-1
8 Частота обертання барабану, хв.-1 1,04
9 Продуктивність вентилятора, м3/год 5000
10 Номінальна потужність калорифера, кВт 45
11 Перепад температур повітря вхідного в 50
калорифер, 0С
12 Температура повітря при виході із калорифера, 250-300
0С
13 Продуктивність завантажувача вихідної 100-500
сировини, кг/год
14 Габаритні розміри:
довжина 7350
ширина 2100
висота 3200
15 Маса, кг, не більше 3000
31
Рисунок 2.3 – Схема барабанної сушарки
В даній сушарці застосовується режим протитечії, тобто – гаряче
повітря з калорифера рухається назустріч потоку зерна. Це дозволяє
забезпечити те, що на кінцевій стадії сушіння, коли з зерна потрібно
видалити залишки вологи, зерно омивається повітрям із найвищою
температурою. Сам такий режим і необхідний згідно теорії сушіння. А
початкове, вологе зерно, – омивається вже дещо охолодженим повітрям.
Барабан являє собою (рис. 2.4) зіставну конструкцію, яка складається з
окремих секцій. Кожна секція виготовляється за допомогою зварювання. В
барабані наявні лопаті різної конфігурації, що видно на перерізах В-В, Г-Г,
Д-Д. Зовнішній барабан оснащений біговими доріжками, які забезпечують
його встановлення та обертання на підтримувальних роликах. На внутрішній
поверхні барабана розміщені напрямні пластини, виконані за гвинтовою
траєкторією, що забезпечує поступальний рух органічної маси вздовж
барабана. Для мінімізації теплових втрат у навколишнє середовище
зовнішню поверхню барабана обладнано шаром термоізоляції.
32
Зовнішній та внутрішній барабани жорстко зв’язані між собою та
обертаються як одне ціле.
33
РОЗДІЛ 3.РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
3.1 Технологічні розрахунки сушарки
Запропоновані технічні рішення по вдосконаленню сушарки (зміна в
конструкції обертового барабану) дозволяють в 1,44 рази збільшити загальну
довжину траєкторії руху сировини в барабані. Це відбувається за рахунок
істотного збільшення довжини траєкторії руху сировини саме в зовнішньому
барабані.
Виконаємо тепловий розрахунок сушарки.
Продуктивність сушарки G – 650 кг/год.
Початкова вологість матеріалу ω1 – 15%.
Кінцева вологість матеріалу ω2 – 5%.
Тривалість сушіння матеріалу τ – 60 хв.
Насипна маса матеріалу γ – 420 кг/м3.
Густина матеріалу ρ – 940 кг/м3.
Теплоємність матеріалу с – 1490 Дж/кг*град.
Початкова температура сушіння матеріалу tп – 293 К.
Кінцева температура сушіння матеріалу tк – 320 К.
Температура повітря на вході в калорифер t – 293 К,
Початкова вологість повітря φ – 60%.
Температура повітря на вході в сушарку t1 – 393 К.
Температура повітря на виході із сушарки t2 – 333 К.
Напруження сушильного барабану по волозі, А – 10 кг/м3.
Розрахунок сушарок барабанного типу починається з визначення
кiлькостi вологи Gв, що підлягає випарюванню, i кiлькостi висушеного
матерiалу G2 при заданій кiлькостi вологого матеріалу G1 кг/год:
34
155
G G 1 2 650 198,38 кг/год
в 1
100 2 1005
100 1 10015
G2 G1 650 581,62 кг/год
100 2 1005
де 1 i 2 - початкова i кінцева вологість матеріалу, %, кг/год.
Визначення витрат повітря ведеться за формулою:
' 1
Gn кг / г,
X X
2 1
а загальнi витрати повiтря:
Gв 198,8
Gn 10441 кг/год
x2 x1 0.02708 0.00893
де x1 -вологовмiст повiтря на входi в сушарку, кг/кг повiтря;
x2 - вологовмiст повiтря на виходi з сушарки, кг/кг повiтря.
P
x1 0.662 n ;
P Pn
Qмx1 Gв I1ct
x 0 , 2
Qм Gв i c1t0
де -вiдносна вологiсть повiтря; Pn - пружнiсть парiв вологи в повiтрi до
нагрiвання, Н/м2; Р - загальний тиск, Н/м2; =1.05-коефiцiєнт,що враховує
втрати теплоти в навколишнє середовище; Q ì -кiлькiсть теплоти для
нагрiвання сухого матерiалу вiд початкової його температури до кiнцевої:
Q c G T T 1257 447 .4343 293 2809 104 Дж/г.,
м м 2 k n
35
де cм - теплоємнiсть сухого матерiалу, Дж/(кг град.);
G2 - годинна продуктивнiсть сушарки по сухому матерiалу, кг/год.;
Tk i Tn - кiнцева i початкова температури матерiалу, К;
I1 - тепловмiст повiтря на входi в сушарку, нагрiтого до заданої температури
сушiння:
I ct c t ix 1005 120 1969 120 2493 103 893 105 144972 Дж/кг,
1 1 1 1 1
Тепловміст повітря на виході з сушарки:
I ct ct ix 1005 620 1969 60 2493 103 0.02708 131009 Дж/кг,
2 2 2 2
де c ic1- теплоємність повiтря i парiв води при температурi виходу їх з
сушарки, Дж/(кг град.); t1 - температура повiтря на входi в сушарку, С;
t2 - температура повiтря на виходi з сушарки, С; i - прихована теплота
пароутворення, Дж/кг; t0 - температура повiтря на виходi сушарки.
t0 T0 273.
Тепловмiст повiтря i-d-діаграми або за формулою. Постільки i-d
діаграма розроблена виходячи з умови i 0 при 0C , то в даному випадку
температури в формулі і t0 у формулі необхідно підставляти в C .
Визначення витрат повітря ведеться за формулою:
Qм 2809 10 4 1.05
Gn кг / год. 2470 кг/год.
I I 144972 131009
1 2
Об’єм сушильного барабана:
36
Gв 198,38
V 19,8 м3
А 10
кг / м3
де А - напруження сушарки по волозі, , що підбирається з практичних
год
даних в межах від 5 до 15.
Коефіцієнт заповнення барабана матеріалом:
' G 650 60
1 0.156 ,
60V 60 15.4 940
де - термiн сушiння матерiалу, що визначається експериментально, або
приймається в по даним роботи аналогічних сушарок, хв.;
3
-насипна густина матеріалу, кг / м .
Дiаметр барабана (середнє значення для дво-барабанної сушарки), м:
V I 2470 1
D 1.13 n 1.13 1.12 .
v 1 ' 2 1 0.156
де v- швидкiсть повiтря на виходi барабана, приймається в межах 1,5-3м/с;
Vn -об’єм повiтря, що виходить з сушарки при температурi Т.
Довжина барабана (середня):
V 15.4
L D 7.6 м
0.785D2 0.785 1.12
Визначаємо потужність, що витрачається на обертання барабана:
37
M крn 700 1,04
N e 1.11.2 3,7 4 кВт,
9551 95510.7
mkL 12 7.6
де n 1,04 об/хв..
Dtg 60 1.12 tg2
M кр Lf Gб 0,785D2 'g Нм,=
7.6 4.3 10312750 0.785 1.122 15790 0.12 700 Н·м
0,55 - кут нахилу вісі барабана;
m - коефiцiєнт, що залежить вiд конструкції барабана ( при пiдйомно-
лопатевiй насадцi m=0.5, при секторнiй або без насадок m=1.0);
k - коефiцiєнт, що визначається з табл.;
f - приведений коефiцiєнт тертя;
Gб - вага сушильного барабана, Н/пог. м,
0,8 -к.к.д. привода;
-коефiцiєнт, що залежить від типу ущільнення (при сальніковому- 1,1, при
лабіринтному- 1,0 );
å1,2 - коефiцiєнт, що враховує ексцентриситет ( неспіввісність).
3.2 Розрахунок на міцність деталей сушарки
Нижче наведені формули для розрахунку барабану на міцність.
А. Геометричні параметри
1. Товщина стінки барабану (приймемо однаковою для обох барабанів):
sб = (0,0070,011)Dб=0,008·1,460=0,0117 м
де Dб =1,460 – зовнішній діаметр зовнішнього барабану, м.
Приймемо sб = 12 мм.
2. Момент опору згину поперечного перерізу барабану
38
D2
б 3.14 1.462
Wз sб 0.012 0.0195 м3
4 4
3. Момент інерції одиничної кільцевої ділянки барабану
1 s3 3
J б 10.012
x 0.14 106 м4
12 12
4. Зовнішній діаметр бандажу
Dбн = (1,151,25)Dб=1,68 м
5. Діаметр опорного ролика
Dр = (0,110,25)Dбн= 0,12·1,460= 0,175 м
Приймемо Dр = 180 мм.
6. Кут між осями опорних роликів:
=60о
Ширина бандажу:
Rбн 5139.7
b 0.0026 м
б
qбн 2 106
де Rбн – навантаження на бандаж (реакція опорного ролика), МН;
qбн – допустиме лінійне навантаження на бандаж (qбн = 2 МН/м).
39
Б. Силові фактори
1. Вага матеріалу, що оброблюється і знаходиться в барабані
D 2
G б
м L м g, Н
4
де L – довжина барабану, м;
- коефіцієнт заповнення барабана матеріалом ( =0,150,20).
м – насипна густина матеріалу, кг/м3.
Вага матеріалу у зовнішньому барабані:
D2
б 3.14 1.462
Gм Lмg 3.5 0.16 980 9.81 9008 кг.
4 4
Вага матеріалу у внутрішньому барабані:
D2 3.14 0.9352
Gм
б Lмg 3.5 0.16 980 9.81 3694.6 кг.
4 4
2. Навантаження на бандаж (реакція опорного ролика):
Gб Gм 520 9.81 9008 3694.6
Rбн 5139.7 Н
4cos( / 2) 4cos(60 / 2)
де Gб=520·9,81 - вага барабана, Н;
Gм - вага матеріалу, що оброблюється, Н;
=60° - кут між осями опорних роликів.
40
Рисунок 3.3 - Схема визначення навантаження на бандаж
від реакції опорного ролика
3. Опорні реакції:
Gб Gм 520 9.8190083694.6
RА RБ 8902 Н
2 2
4. Розподільні навантаження:
- від ваги барабану
Gб 520 9.81
qб 1457 Н/м;
L 3.5
- від ваги матеріалу
Gм 9008 3694.6
qм 3629 Н/м;
L 3.5
- сумарна
41
q = qб +qм=1457+3629=5086 Н/м
5. Умова згинаючої міцності корпуса барабану
M пр
з [ ]з ,
Wз
230.01103
11.79 106 15 106
ç , умова виконується.
0.0195
де з – умовна напруга згину, МПа;
Мпр – приведений момент, МНм;
Wз – момент опору згину поперечного перерізу корпуса барабана, м3;
[]з – допустима напруга, МПа (для барабанів зі сталей Ст2, Ст3, 10, 15 без
футерування []з = 1520 МПа).
М М 2 2
пр зmax Мкр 1496.72 2300002 230.01103
Нм
де Мзmax – максимальний згинаючий момент,
Мзmax = Мс – згинаючий момент посередині барабана, приймається з епюри Мз
(Мс = 1496,7 Нм).
Мкр – крутний момент, Нм, приймається з епюри (М 3
кр = 230·10 Нм).
6. Умова контактної міцності бандажа барабану
2R Е Е Dбн Dр
к 0,48 бн 1 2 [ ]к ,
bбн Е1 Е2 Dбн Dр
У випадку однакового матеріалу бандажа барабана і опорних роликів
(сталь) рівняння має вигляд
42
R Е D D
0,48 бн бн р
к [ ]к ,
bбн Dбн Dр
5139.7 2 105 106 1.46 0.180
к 0,48 350 106
,
0.055 1.46 0.180
163.9 106 350 106
, умова виконується.
де к – максимальна контактна напруга в зоні контакту бандажа і опорного
ролика, МПа;
Rбн – навантаження на бандаж (реакція опорного ролика), Н;
bбн – ширина бандажа, м;
Е1, Е2 – відповідно модулі пружності матеріалу бандажа і опорного ролика,
МПа;
Для вуглецевої сталі
Е=2105 МПа
[]к – допустима контактна напруга, МПа.
Для сталі []к = 300500 МПа.
7. Умова жорсткості барабану
D2
б 0,04qм 0,002qб ,
8EJx
1.462
0,04 3629 0,002 1457 0.005,
8 2 105 106 0.14 106
0.0014 0.005, умова виконується.
де - відносний прогин;
Dб – зовнішній діаметр барабана, м;
Е – модуль пружності І роду матеріалу барабана, МПа;
Jx – момент інерції одиничної кільцевої ділянки барабана, м4;
43
qм – розподільне навантаження від ваги матеріалу, Н/м;
qб – розподільне навантаження від ваги барабану, Н/м;
[] – допустимий відносний прогин барабану ([] = 0,005).
3.3 Розрахунок підшипників на довговічність
Для опор валу роликової опори попередньо вибрані сферичні роликові
підшипники кочення середньої серії 1308 з параметрами:
- динамічна вантажопідйомність: С=23300 Н;
- статична вантажопідйомність: С0=12400 Н;
Навантаження на підшипник:
Радіальне: Fr RÀ 8,9êH ; n 0,8î á
ø â õâ
Р – еквівалентне навантаження;
P F V K
r KT 8902 11.4 0,2 2492,6H ,
де V – коефіцієнт обетання;
V=1 при обертанні внутрішнього кільця підшипника;
Кт –температурний коефіцієнт, при t<100, Кт=0,2;
Kб=1.4 – коефіцієнт безпеки;
Розрахункова довговічність вибраного підшипника :
6 p 3,3
10 C 6
10 23300
Lh 44,4 106
60 n P 60 0,8 2492,6
де С – динамічна вантажопідйомність підшипника за каталогом;
р – показник степеня;
для шарикових підшипників р=3;
для роликового р=3,3.
44
Для машин, що працюють з повним завантаженням в одну зміну
рекомендоване значення довговічності складає 20000 годин. З цього витікає, що
обраний тип підшипника 1308 забезпечує потрібну довговічність
(44,4·106>20·103 ).
3.4 Технологічні розрахунки виготовлення деталі
Для виготовлення черв'яків застосовують середньовуглецеву
конструкційну сталь (Сталь 45, 50) і різні марки легованої сталі (12ХНЗА,
15Х, 20Х, 20ХНЗА - цементуємі, а потім гартовані; 40Х, 40ХН, 30ХГС, 35ХМ
- що піддаються гарту або поліпшенню; 38ХМЮА - що азотується). Термічна
або термохімічна обробка черв'яка до твердості вище HRC 45 і подальше
шліфування або полірування дозволяють підвищити напругу, що
допускається, для черв'ячних пар. За результатами кінематичного розрахунку
розробляємо робоче креслення деталі «Черв’ячне колесо».
При виборі методів обробки поверхонь необхідно скласти перелік усіх
можливих методів обробки, а також розрахувати кількість ступенів оброки
відповідно допусків на розмір заготовки та готової деталі. З цією метою усі
оброблювані поверхні деталі нумеруються (рис. 3.4).
Визначення числа ступенів обробки на основі розрахунків загального
уточнення :
Tз Т з Т1 Т n
... і1 1 2 ... і ... n i
Tд Т1 Т i1
2 Т і
де n – число ступенів обробки;
Тз , Тд , Ті – допуск параметра, що розглядається відповідно до
заготовки , деталі, і-ого ступення обробки;
45
Для першого ступеня чорнової обробки досяжними є величина
уточнення 6; для проміжних ступенів напівчистової обробки = 3...4; для
ступенів чистової обробки з допусками точності IT5…IT7 =2.
4
5
3
2 6
7
1 2
8
1
9
1 0
1 1
Рисунок 3.4 – Нумерація поверхонь деталі «Зубчасте колесо»
Поверхня №1, розмір 100Н14, допуск на розмір заготовки Тз=2,5 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
Т 2.5
з
р 2.5
Тд 1.0
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
lg lg 2.5
p
n 1.99 2
0,46 0,46
Поверхня 2, розмір 70Н14, допуск на розмір заготовки Тз=1,9 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
Т з 1.9
р 2.6
Тд 0,74
46
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
lg p lg 2.6
n 2.05 2
0,46 0,46
Таблиця 3.1 Кількість етапів обробки
Квалітет Номер поверхні Етап обробки
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
16 Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Заготівельний
15 Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х
14 Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Чорновий
13 Х Х Х
12 Х Х Х
11 Х Х Х
10 Х Х Х Напівчистовий
9 Х Х
8 Х Х Чистовий
7 Х Х
6 Х Фінішний
Поверхня 3, розмір 260Н14, допуск на розмір заготовки Тз=3,6 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
Т 3.6
р
з 2.6
Тд 1.4
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
lg p lg 2.6
n 2.05 2
0,46 0,46
Поверхня 4; розмір 330Н14, допуск на розмір заготовки Тз=3,6мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
47
Т з 3.6
р 2.3
Тд 1.55
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
lg p lg 2.3
n 1.8 2
0,46 0,46
Поверхня 5; розмір z=40, m=8, допуск на розмір заготовки Тз=1,3 мм.
Визначмо розрахункове уточнення за формулою:
Т
з 1.3
р 100
Тд 0.013
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
lg p lg100
n 5
0,46 0,46
Поверхня 6; розмір 72Н14, допуск на розмір заготовки Тз=1,9 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
Т
з 1.9
р 2.6
Тд 0,74
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
lg p lg 2.6
n 2.05 2
0,46 0,46
Поверхня 7; розмір 157Н14, допуск заготовки Тз=1,9мм.
Т з 1.9
р 2.6
Тд 0,74
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
lg p lg 2.6
n 2.05 2
0,46 0,46
Поверхня 8; розмір 2Н14, допуск заготовки Тз=0,6мм.
Т 0.6
з
р 2.4
Тд 0,25
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
48
lg p lg 2.4
n 1.9 2
0,46 0,46
Поверхня 9; розмір 70Н7, допуск на розмір заготовки Тз=1,9мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
Т з 1.9
р 63
Тд 0.03
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
lg p lg 63
n 8
0,46 0,46
Поверхня 10; розмір 50Н14, допуск на розмір заготовки Тз=1,9мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
Т з 1.9
р 2.6
Тд 0,74
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
lg p lg 2.6
n 2.05 2
0,46 0,46
Поверхня 11, розмір 260Н14, допуск на розмір заготовки Тз=3,6 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
Т 3.6
р
з 2.6
Тд 1.4
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
lg p lg 2.6
n 2.05 2
0,46 0,46
Поверхня 12, розмір 20D10, допуск на розмір заготовки Тз=1,3 мм.
Визначимо розрахункове уточнення за формулою:
Т з 1.3
р 6.2
Тд 0.21
49
Число ступенів обробки розраховую за формулою:
lg p lg 6.2
n 3.9 4
0,46 0,46
50
РОЗДІЛ 4. НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ РОЗДІЛ
Процес сушіння зерна є одним із ключових етапів післязбиральної
обробки, оскільки рівень залишкової вологості безпосередньо впливає на
тривалість зберігання, мікробіологічну стабільність, схильність до
самозігрівання та втрату біохімічної якості. Підвищена вологість у зерновій
масі сприяє інтенсивним дихальним процесам, розвитку мікрофлори та
погіршенню посівних властивостей, що особливо критично для
продовольчого та насіннєвого фонду. Саме тому ефективне й контрольоване
видалення вологи на ранніх етапах є важливою умовою забезпечення
збереження харчових та технологічних властивостей зерна протягом усього
періоду зберігання.
Серед існуючих видів обладнання для теплового сушіння зерна значне
поширення отримали барабанні сушарки безперервної дії, які
характеризуються механічною простотою, високою продуктивністю,
можливістю регулювання часу перебування матеріалу та ефективним
теплообміном за рахунок інтенсивного перемішування продукту. Обертання
барабана у поєднанні з дією сушильного агента забезпечує рух зернової маси
у напрямку розвантаження, що створює градієнт температури та вологості
вздовж довжини сушарки. Водночас неоднорідність тепло- і масообміну
призводить до нерівномірності інтенсивності випаровування вологи на
різних ділянках барабана, що обумовлює необхідність детального
дослідження розподілу вологості продукту у просторі.
Дослідження зміни вологості вздовж барабана дозволяє визначити
критичні зони процесу, встановити ділянки максимального градієнта
видалення вологи та оцінити ефективність конструктивно-технологічних
параметрів сушарки. Отримані результати можуть бути використані для
оптимізації режимів сушіння, підвищення енергоефективності, зменшення
кінцевих втрат та адаптації процесу під різні види зернової сировини.
51
У зв’язку з цим доцільним є проведення експериментального
дослідження, спрямованого на визначення зміни вологості зерна по довжині
барабана сушарки безперервної дії та аналіз ефективності процесу сушіння.
Метою експериментального дослідження було визначення
ефективності процесу сушіння зерна у барабанній сушарці шляхом
порівняння зміни вологості продукту вздовж довжини барабана та оцінки
інтенсивності зневоднення на окремих технологічних ділянках.
Для досягнення мети було поставлено такі завдання:
визначити початкову вологість зернової маси перед завантаженням у
сушарку;
відібрати проби зерна у контрольних точках барабана за його
довжиною;
визначити вологість кожної проби за стандартною методикою;
проаналізувати розподіл вологості та встановити ділянки найбільш
інтенсивного сушіння;
оцінити вплив температури сушильного агента та швидкості руху
продукту на кінцеву вологість.
Досліджувався процес сушіння пшениці із початковою вологістю 18–
20%. Використовувалась барабанна сушарка безперервної дії (довжина
барабана — 6 м, діаметр — 1,2 м. Джерело сушильного агенту - газовий
теплогенератор. Також використовувались ваги лабораторні ВЛР-200 г,
сушильна шафа СШ-3М, вологомір зерновий Wile 65, теплоанемометр для
вимірювання температури та швидкості повітря.
Температура сушильного агенту на входіу барабан - 120 ± 5 °С,
температура на виході - 60–65 °С. Відбір проб здійснювали у п’яти
технологічних зонах по довжині барабана (табл. 4.1).
52
Зерно відбирали щупом при зупиненні подачі продукту. Маса кожної
проби— 100–150 г. кожне вимірювання проводилось у трикратній
повторюваності. Вологість визначалась за термогравіметричним методом.
Таблиця 4.1 Технологічні зони барабану сушарки
Позначення зони Відстань від входу, м Характер ділянки
Т1 0,5 зона прогрівання сировини
Т2 2 початок активного сушіння
Т3 4 максимальна інтенсивність
випаровування
Т4 5,2 вихідна стадія сушіння
Т5 5,8 кінцева продукція
Його етапи наступні:
1. Зважування навіски 5±0,2 г;
2. Сушіння у шафі при 130 °С протягом 40 хв;
3. Досушування до сталої маси;
4. Розрахунок вологості зерна:
m1 m
W 2 100%
m1
де m1 — маса навіски до сушіння, г; m2 — маса після сушіння, г.
В таблиці 4.2 наведено результати визначення зміни вологості по
довжині барабану.
Таблиця 4.2 Зміна вологості по довжині барабану
Зона відбору Середнє значення вологості, %
Т1 19,6±0,30
Т2 16,8±0,18
Т3 13,2±0,42
Т4 11,5±0,25
Т5 10,8±0,40
53
Найбільше зниження вологості спостерігалося у зоні Т2–Т3, де
температура повітря була максимальною, а зерно мало найбільший градієнт
вологи.
На ділянці Т4–Т5 процес сповільнювався, що пов’язано зі зменшенням
парціального тиску вологи та ущільненням структури зерна.
Кінцева вологість відповідає вимогам зберігання (≤12 %).
В результаті досліджень встановлено нерівномірність інтенсивності
сушіння вздовж барабана: максимальна швидкість зневоднення припадає на
середню частину сушарки.
Початкова температура сушильного агенту 120°С забезпечує
досягнення кінцевої вологості зерна 10,8%, що відповідає нормативним
вимогам.
Отримані дані дозволили оцінити рівень збереження електроенергії при
сушіння зерна в модернізованій барабанній сушарці.
54
ВИСНОВКИ
В роботі підвищено енергоефективність двобарабанної сушарки
шляхом конструктивного вдосконалення барабану, яке зумовлює суттєве
збільшення траєкторії руху сировини в ньому.
Проаналізовано технічний рівень сучасних барабанних сушарок та
визначено перспективний шлях підвищення їх енергоефективності.
Розроблено вдосконалену конструкцію барабану. Розроблено
технологічний процес виготовлення швидкозношувальної деталі сушарки.
Експериментально досліджено вплив конструктивних особливостей
барабану сушарки на довжину траєкторії руху сировини в ньому.
Експериментально досліджено вплив конструктивних особливостей
барабану сушарки на довжину траєкторії руху сировини в ньому,
встановлено, що збільшення довжини траєкторії руху зерна призводить до
зменшення витрат теплової енергії до 30%.
Найбільше зниження вологості спостерігалося у зоні Т2–Т3, де
температура повітря була максимальною, а зерно мало найбільший градієнт
вологи. На ділянці Т4–Т5 процес сповільнювався, що пов’язано зі
зменшенням парціального тиску вологи та ущільненням структури зерна.
Кінцева вологість відповідає вимогам зберігання (≤12 %).
В результаті досліджень встановлено нерівномірність інтенсивності
сушіння вздовж барабана: максимальна швидкість зневоднення припадає на
середню частину сушарки. Початкова температура сушильного агенту 120°С
забезпечує досягнення кінцевої вологості зерна 10,8%, що відповідає
нормативним вимогам. Отримані дані дозволили оцінити рівень збереження
електроенергії при сушіння зерна в модернізованій барабанній сушарці.
55
СПИСОК ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Hassan G, Shabbir MA, Ahmad F, Pasha I, Aslam N, Ahmad T, Rehman A,
Manzoor MF, Inam-Ur-Raheem M, Aadil RM (2021). Cereal processing waste, an
environmental impact and value addition perspectives: A comprehensive treatise.
Food Chem. 363:130352. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.130352
2. Carcea M (2021) Value of wholegrain rice in a healthy human nutrition.
Agriculture 11(8):1–11. https://doi.org/10.3390/ agriculture11080720
3. Guerrieri N, Cavaletto M (2018). Cereals proteins. In: Proteins Food
Process. Elsevier, pp 223–244.
4. Anunciacao PC, de Morais CL, Gomes JVP, Della Lucia CM,Carvalho
CWP, Galdeano MC et al (2017) Comparing sorghum and wheat whole-grain
breakfast cereals: sensorial acceptance and bioactive compound content. Food
Chem 221:984–98.
5. Методичний посібник щодо написання та захисту кваліфікаційної
роботи магістра для здобувачів освітнього ступеня магістра спеціальності
133 «Галузеве машинобудування» (G11 Машинобудування (за
спеціалізаціями)) освітньо-професійної програми «обладнання переробних і
харчових виробництв» денної/заочної форми навчання [Електронний ресурс]
/ [Упоряд.: В.І. Осипенко, Л.М. Мізнік, Н.В. Філімонова, М.В. Хандюк]; М-
во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: ЧДТУ, 2025
– 12 с. – Назва титульного з екрана
6. Снежкин Ю.Ф. Интенсификация процесса сушки семенного зерна –
рапса в теплонасосной сушильной установке / Ю.Ф. Снежкин, В.М. Пазюк,
Т.А. Михайлик // Наукові праці ОДАХТ. – Одеса: 2009. – Том 2. Вип. 35. – С.
197 – 200. 91.
7. Снєжкін Ю.Ф. Енергозберігаючий спосіб сушіння насіння ріпаку на
теплонасосній зерносушарці / Ю.Ф. Снєжкін, В.М. Пазюк, Д.М. Чалаєв, В.С.
Шаврін, В.Г. Олейниченко // Відновлювальна. енергетика. – 2010. – № 2. – С.
56 – 59.
56