Pages Navigation Menu
Submit scientific paper, scientific publications, International Research Journal | Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ЭЛ № ФС 77 - 80772, 16+

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.114.12.008

Download PDF ( ) Pages: 64-67 Issue: 12 (114) Part 1 () Search in Google Scholar
Cite

Cite


Copy the reference manually or choose one of the links to import the data to Bibliography manager
Ilyicheva Yu.V. et al. "JUSTIFICATION AND DEVELOPMENT OF A ROTARY DUST COLLECTOR FOR AIR PURIFICATION DURING POST-HARVEST PROCESSING OF GRAIN AND SEEDS". Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal (International Research Journal) 12 (114) Part 1, (2022): 64. Tue. 18. Jan. 2022.
Ilyicheva, Yu.V., & Lizunkova, O.V., & , Kholodenina T.S., & (2022). OBOSNOVANIE I RAZRABOTKA ROTACIONNOGO PYLEULOVITELYA DLYA OCHISTKI VOZDUHA PRI POSLEUBOROCHNOY OBRABOTKE ZERNA I SEMYAN [JUSTIFICATION AND DEVELOPMENT OF A ROTARY DUST COLLECTOR FOR AIR PURIFICATION DURING POST-HARVEST PROCESSING OF GRAIN AND SEEDS]. Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal, 12 (114) Part 1, 64-67. http://dx.doi.org/10.23670/IRJ.2021.114.12.008
Ilyicheva Yu. V. JUSTIFICATION AND DEVELOPMENT OF A ROTARY DUST COLLECTOR FOR AIR PURIFICATION DURING POST-HARVEST PROCESSING OF GRAIN AND SEEDS / Yu. V. Ilyicheva, O. V. Lizunkova, Kholodenina T. S. // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. — 2022. — №12 (114) Part 1. — С. 64—67. doi: 10.23670/IRJ.2021.114.12.008

Import


JUSTIFICATION AND DEVELOPMENT OF A ROTARY DUST COLLECTOR FOR AIR PURIFICATION DURING POST-HARVEST PROCESSING OF GRAIN AND SEEDS

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА РОТАЦИОННОГО ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯ
ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ПРИ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКЕ ЗЕРНА И СЕМЯН

Научная статья

Ильичева Ю.В.1, Лизункова О.В.2, Холоденина Т.С.3, *

1, 2, 3 Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино, Россия

* Корреспондирующий автор (servis20172017[at]yandex.ru)

Аннотация

На территории России имеется огромный опыт разработки и эксплуатации пылеулавливающего оборудования. Базируясь на фундаментальных научных исследования учёных научно-исследовательского института сельского хозяйства Северо-востока им. Н. В. Рудницкого, Вятской государственной сельскохозяйственной академии и множества других учебных заведений разработаны и запущены в производство множество пылеулавливающих устройств, применяемых в послеуборочной обработке зерна и семян. Несмотря на вышесказанное данная отрасль требует более детального рассмотрения и совершенствования. Целью данной работы является разработка высокоэффективного ротационного пылеуловителя для очистки воздуха в процессах обработки зерна и семян.

Ключевые слова: очистка воздуха, пылеотделение, пылеуловитель, ротационный пылеуловитель, технологическая схема, устройства для улавливания пыли.

JUSTIFICATION AND DEVELOPMENT OF A ROTARY DUST COLLECTOR FOR AIR PURIFICATION DURING POST-HARVEST PROCESSING OF GRAIN AND SEEDS

Research article

Ilyicheva Yu.V.1, Lizunkova O.V.2, Kholodenina T.S.3, *

1, 2, 3 Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, Knyaginino, Russia

* Corresponding author (servis20172017[at]yandex.ru)

Abstract

Russia has a huge experience in the development and operation of dust-collecting equipment. The Scientific Research Institute of Agriculture N. V. Rudnitsky North-East, Vyatka State Agricultural Academy and many other educational institutions have developed and put into production many dust-collecting devices used in post-harvest processing of grain and seeds. Despite the aforementioned results, this industry requires more detailed consideration and improvement. The purpose of this study is to develop a highly efficient rotary dust collector for air purification in grain and seed processing processes.

Keywords: air purification, dust separation, dust collector, rotary dust collector, technological scheme, devices for dust capture.

Введение

Загрязнение воздуха рабочей зоны, внутри и снаружи производственных помещений является следствием послеуборочных процессов при обработке зерна. В роли «загрязнителей» воздуха выступает сельскохозяйственная техника, предназначенная для обработки, транспортировки и перемещения зерновых культур (зерноочистительные машины, сушильные установки, зернопроводы и т.д.), установки для вентилирования и др [1], [2].

Для предотвращения загрязнения воздуха в помещениях до предельно-допустимых концентраций предназначена вентиляционная и пылеулавливающая техника. Требования к воздуху в производственных помещениях изложены в СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» и в ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» [3], [4].

В настоящее время на рынке существует огромное множество пылеулавливающей техники различных типов. На основании проведённого анализа и классификации конструкций существующих типов пылеуловителей, используемых в агропромышленном комплексе, предпочтение было отдано ротационному пылеуловителю. Основанием для этого послужило то, что ротационные пылеуловители компактны, потребляют мало электроэнергии (до 1000 Вт/(м3/с)), обладают высокой степенью очистки воздуха от пыли и лёгких примесей (эффективность очистки до 0,1 мм), отличаются высокой компонуемостью [5], [6], [10], [11]. Несмотря на вышесказанное, данные устройства всё-таки нуждаются в более детальном рассмотрении и совершенствовании.

Цель работы – разработать высокоэффективный ротационный пылеуловитель для очистки воздуха в процессах обработки зерна и семян.

Методы и принципы исследования

При разработке технологической схемы ротационного пылеуловителя проводился анализ существующих конструкций, определение степени влияния отдельных факторов на функционирование установки и как следствие, обоснование конструкции самой установки [6], [8], [12], [13]. Теоретические исследования выполнены с использованием положений и законов классической механики и основ математического анализа.

Экспериментальные исследования проводились по стандартным и разработанным методикам. При проведении исследований применена методика планирования эксперимента.

Основные результаты

Основываясь на данных, полученных в результате рассмотрения ротационного поперечно-поточного пылеуловителя [2], принятого за прототип, была предложена усовершенствованная схема ротационного пылеуловителя и разработана патентная схема (см. рисунок 1).

18-01-2022 11-44-26

Рис. 1 – Схема ротационного пылеуловителя:

а) 1 – корпус; 2 – ротор; 3, 4 – входной и выходной патрубки; 5 – пылесборник; 6 – устройство для вывода пыли;
б) 7 – вал; 8 – тонкие гибкие диски; 9 – сплошные диски; 10 – шайбы

 

Предлагаемый ротационный пылеуловитель, содержит корпус 1, установленный в нём вращающийся ротор 2, входной 3 и выходной 4патрубки, пылесборник 5 с устройством 6 вывода уловленной пыли. Выходной патрубок 4 расположен на корпусе 1 напротив входного патрубка 3 и сообщён с ним посредством каналов ротора 2, причём осевые линии входного 3 и выходного 4 патрубков расположены перпендикулярно оси вращения ротора 2, а ширина патрубков 3, 4 и пылесборника 5 равна ширине корпуса. Ротор 2 выполнен в виде вала 7 с расположенными с боковых сторон сплошными дисками 8, между которыми с зазорами установлены тонкие гибкие диски 9. Зазор между тонкими гибкими дисками 9 обеспечивается с помощью шайб 10.

Ротационный пылеуловитель работает следующим образом.

Вращаясь, тонкие гибкие диски 9 ротора 2 под действием центробежных сил выпрямляются, благодаря чему зазор между ними, образованный за счёт толщины шайб 10, становится одинаковым.

Запылённый воздух, удаляемый, например, из пневмосистемы зерноочистительной машины, нагнетается во входной патрубок 3 пылеуловителя, перемещается к ротору 2 и поступает в каналы для перемещения воздуха между дисками 9, образованные за счёт зазоров между ними.

На частицы пыли в каналах между дисками 9 действуют две основные силы: аэродинамическая сила, направленная по траектории движения потока воздуха, т.е. от периферии ротора 2 к его центру, и центробежная сила, направленная от его центра к периферии и возникающая из-за того, что в пограничном слое частота вращения пылевоздушной смеси достигает частоты вращения дисков 9. Когда значение центробежной силы преобладает над аэродинамической, частицы пыли отбрасываются за пределы ротора 2 и поступают в пылесборник 5, откуда устройством 6 выводятся наружу.

Очищенный воздух из центральной части ротора продолжает движение в поперечном направлении и вновь перемещается по каналам между дисками 9, но уже от центра к периферии – в сторону выходного патрубка 4.

Повышение эффективности пылеулавливания достигается за счёт применения ротора, выполненного в виде тонких гибких дисков, выпрямляющихся под действием центробежных сил при его вращении и установленных с зазорами, причём для повышения эффективности улавливания пыли зазоры между дисками можно уменьшать.

Также были проведены исследования, позволяющие определить зависимость эффективности пылевыделения Ео (%), от концентрации лёгких примесей μ (г/м3) и зависимость эффективности выделения пыли Ео(%), от скорости воздуха V (м/с). Исследования проводились на лабораторной установке, изготовленной по предложенной схеме ротационного пылеотделителя.

С целью определения зависимости эффективности пылевыделения Ео (%), от концентрации лёгких примесей μ(г/м3) применяли однофакторный метод планирования эксперимента. Исследование заключалось в изменении концентрации лёгких примесей μ(г/м3). Диапазон концентрации лёгких примесей в воздушном потоке μ(г/м3) задавался от 10 г/м3 до 40 г/м3 при скорости воздушного потока V=11,15 м/с. Концентрация лёгких примесей регулировалась скоростью вращения рукоятки, расположенной на устройстве для ввода пыли. При вращении рукоятки со скоростью 1 об/с концентрация запылённости μ составляла 10 г/м3, 2 об/с – 20 г/м3, 3 об/с – 30 г/м3 и 4 об/с – 40 г/м3. При заданных условиях эффективность пылеулавливания Ео (%) варьировалась от 42,17 % до 43, 8%.

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что с увеличением скорости V(м/с) на входе в пылеуловитель эффективность выделения пыли Ео (%) снижается. С увеличением скорости воздушного потока на входе в ротационный пылеуловитель частицы лёгких примесей перемещаются в воздухоподводящем канале с возросшей скоростью, поэтому успевают переместиться на большее расстояние от наружного диаметра к центру ротора, на них позднее начинают оказывать преобладающее влияние центробежная сила, сила Кориолиса и сила тяжести, способствующие отводу частиц в пылеулавливатель. Поэтому с увеличением скорости воздуха на входе в ротационный пылеуловитель уменьшается эффективность пылевыделения.

Для определения зависимости эффективности выделения пыли Ео(%), от скорости воздуха V (м/с) применяли однофакторный метод планирования эксперимента. Суть эксперимента заключалась в измерении скорости воздуха V, м/с в зависимости от различных положений регулятора скорости воздушного потока. Значения скорости воздуха V(м/с) варьировали в диапазоне 1,68 … 2,25 м/с. Для каждого из положений регулятора скорости воздушного потока показания прибора фиксировались 10 раз. Затем алгебраически вычисляли среднее значение скорости воздушного потока, для каждого положения регулятора скорости воздуха. С целью дальнейшего исследования были выбраны 1, 2, 3, 4 и 7 положения регулятора скорости воздуха. Для каждого из положений регулятора скорости воздуха с трёхкратной повторностью фиксировалось значение эффективность выделения пыли Ео(%), для получения более точного результата.

Зависимость эффективности выделения Ео (%) лёгких примесей от их концентрации μ(г/м3) описывается уравнением второго порядка:

y = – 0,002x2 + 0,140x + 40,92 (1)

Коэффициент аппроксимации R² в данном случае составляет 0,373, а корреляционное отношение =0,61.

Линейная зависимость описывается уравнением, где R² = 0,248, а коэффициент корреляции r = 0, 49:

y=0,028x+42,05, (2)

Таким образом, корреляция между экспериментальными данными и полученными уравнениями статистически значимой не является [11], поэтому можно сделать вывод, что концентрация запылённости в изученных пределах μ= 10… …40 г/м3 не влияет на эффективность выделения примесей.

Заключение

По результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований была разработана технологическая схема, а также обоснованы параметры ротационного пылеуловителя. Изготовлена лабораторная установка. На основании разработанной схемы ротационного пылеуловителя была сформирована и отправлена заявка на патент РФ. В ходе проведённых экспериментальных исследований были изучены влияние концентрации лёгких примесей на эффективность пылевыделения, а также влияние скорости воздуха в канале на эффективность пылеулавливания. По полученным данным построены графики, описывающие вышеуказанные зависимости. Исследования показали, что с увеличением скорости V(м/с) на входе эффективность выделения пыли Ео (%) снижается, а концентрация запылённости воздуха в изученных пределах μ= 10 … 40 г/м3 не влияет на эффективность пылеулавливания Ео (%).

Конфликт интересов

Не указан.

Conflict of Interest

None declared.

Список литературы / References

  1. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. Справочное издание / Г.М.-А. Алиев. – М.: Металлургия, 1986. – С.129-130.
  2. Бурков А.И. Патент РФ, № 2122462 МПК6 B 01 D45/14. Поперечно-поточный ротационный пылеуловитель / А.И. Бурков, В.Л. Андреев, В.А. Казаков. Заявлено 21.04.97 Опубликовано -19.02. Бюллетень № 33
  3. ГОСТ 10921-2017. Вентиляторы радиальные и осевые. Методы аэродинамических испытаний – Введ. 30. 11.2017. – М.: Стандартинформ,2017. – 45 с.
  4. ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» – М.: Изд-во стандартов, 1988.- 8 с.
  5. ГОСТ 122043-90. Оборудование пылеулавливающее. Классификация. -Введ. 01. 80. – М.: Изд-во стандартов,1980. – 8 с.
  6. Ильичёв В.В. Выбор устройств для улавливания пыли в зависимости от условий их функционирования / В.В. Ильичёв // Вестник НГИЭИ. -2014. – №10. – С. 73-81
  7. Казаков В.А. Обоснование технологической схемы и параметров ротационного поперечно-поточного пылеуловителя для очистки воздуха в процессах обработки зерна и семян / В.А. Казаков: Дис. … канд. техн. наук. – Киров, 1999.155 с.
  8. Лянденбурский В.В. Основы научных исследований / В.В. Лянденбурский, В.В. Коновалов, А.В. Баженов. Учебное пособие. Пенза, 2013.
  9. Овчинников Д.Н. Повышение эффективности зерноочистительных систем / Д.Н. Овчинников, Ю.И. Овчинникова // Вестник Курганской ГСХА.2018. № 4. С. 68 – 71.
  10. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха / А.И. Пирумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1981. – С. 188-189.
  11. Понамарев А.Б. Методология научных исследований / А.Б. Понамарев, Э.А. Пикулева. Учебное пособие. Пермь, 2014.
  12. Попов И.П. Решетный стан зерноочистительной машины / И.П. Попов, В.Г. Чумаков, Д.П. Попов и др. // Сельский механизатор. 2015. № 4. С.8-9.
  13. Холоденина Т.С. Анализ и классификация пылеуловителей, используемых в агропромышленном комплексе / Т.С. Холоденина // Современная наука: актуальные проблемы и перспективы развития: материалы и доклады Международной научно-практической конференции, 8–14 мая 2019 г. Том 2. С. 204-215.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Aliev G.M.-A. Tekhnika pyleulavlivanija i ochistki promyshlennykh gazov. Spravochnoe izdanie [The technique of dust extraction and purification of industrial gases. Reference edition] / G. M.-A. Aliev. – M.: Metallurgiya, 1986. – p.129-130 [in Russian]
  2. Burkov A.I. Patent of the Russian Federation, No. 2122462 MPK6 B 01 D45/14. Poperechno-potochnyjj rotacionnyjj pyleulovitel’ [Cross-flow rotary dust collector] / A. I. Burkov, V. L. Andreev, V. A. Kazakov. Date of appilcation: 21.04.97 Published: 19.02. 1998. Bulletin No. 33 [in Russian]
  3. GOST 10921-2017. Ventiljatory radial’nye i osevye. Metody aehrodinamicheskikh ispytanijj [Radial and axial fans. Methods of aerodynamic tests ]. Introduced 30. 11.2017. – Moscow: Standartinform, 2017. – 45 p. [in Russian]
  4. GOST 12.1.005-88 Obshhie sanitarno-gigienicheskie trebovanija k vozdukhu rabochejj zony [General sanitary and hygienic requirements for the air of the working area] – Moscow: Publishing house standartov, 1988.- 8 p. [in Russian]
  5. GOST 122043-90. Oborudovanie pyleulavlivajushhee. Klassifikacija [Dust-collecting equipment. Classification]. -Introduced 01. 01.80. – Moscow: Publishing House of Standards, 1980. – 8 p. [in Russian]
  6. Ilyichev V.V. Vybor ustrojjstv dlja ulavlivanija pyli v zavisimosti ot uslovijj ikh funkcionirovanija [Selection of devices for dust collection depending on the conditions of their operation] / V.V. Ilyichev // Vestnik NGIEI [Bulletin NGIEI]. -2014. – No. 10. – pp. 73-81 [in Russian]
  7. Kazakov V.A. Obosnovanie tekhnologicheskojj skhemy i parametrov rotacionnogo poperechno-potochnogo pyleulovitelja dlja ochistki vozdukha v processakh obrabotki zerna i semjan [Substantiation of the technological scheme and parameters of a rotary cross-flow dust collector for air purification in grain and seed processing] / V. A. Kazakov: Candidate’s thesis. Engineering. – Kirov, 1999.155 p. [in Russian]
  8. Lyandenbursky V.V. Osnovy nauchnykh issledovanijj. Uchebnoe posobie [Fundamentals of scientific research. A Manual] / V. V. Lyandenbursky, V. V. Konovalov, A. V. Bazhenov. Penza, 2013 [in Russian]
  9. Ovchinnikov D.N. Povyshenie ehffektivnosti zernoochistitel’nykh sistem [Improving the efficiency of grain cleaning systems] / D. N. Ovchinnikov, Yu. I. Ovchnnikova // Bulletin of the Kurgan State Agricultural Academy.2018. No. 4, pp. 68-71 [in Russian]
  10. Pirumov A.I. Obespylivanie vozdukha [Dedusting of air] / A. I. Pirumov. – 2nd edition., Revised and Expanded – M.: Stroyizdat, 1981. – pp. 188-189 [in Russian]
  11. Ponamarev A.B. Metodologija nauchnykh issledovanijj. Uchebnoe posobie [Methodology of scientific research. A Manual] / A. B. Ponamarev, E. A. Pukuleva. Perm, 2014 [in Russian]
  12. Popov I.P. Reshetnyjj stan zernoochistitel’nojj mashiny [The sieve mill of a grain cleaning machine] / I. P. Popov, G. Chmakov, D. P. Popov, et al. // Selsky mekhanizator [Rural mechanizer]. 2015. No. 4, pp.8-9 [in Russian]
  13. Kholodenina T.S. Analiz i klassifikacija pyleulovitelejj, ispol’zuemykh v agropromyshlennom komplekse [Analysis and classification of dust collectors used in the agro-industrial complex] / T. S. Kholodenina // Sovremennaja nauka: aktual’nye problemy i perspektivy razvitija: materialy i doklady Mezhdunarodnojj nauchno-prakticheskojj konferencii [Modern science: actual problems and prospects of development: materials and reports of the International Scientific and Practical Conference], May 8-14, 2019 Volume 2, pp. 204-215 [in Russian]

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.