Оценка эффективности металлических силосов по удельному расходу электроэнергии на вентилирование зерна различных культур

Действующими нормативными документами [2, 3] допускается хранение в металлическом силосе сухого (влажностью не более 14%), чистого, не заражённого и охлаж­дённого зерна. Доведение зерна до сухого и чистого состояния обе­спечивается с помощью после­уборочной обработки (сушки, сепа­рирования и др.). Зерно охлаждают в силосе, как правило, наружным, более холодным, воздухом при помощи установок активного вен­тилирования. Затраты на вентили­рование составляют основную ста­тью затрат на хранение зерна.

Эти затраты состоят из двух частей: полезной работы на преодоление сопротивления слоя зерна и вто­ростепенной, связанной с поте­рями энергии в воздуховодах, кана­лах, перфорированном днище, при выводе воздуха из силоса, с утеч­ками воздуха через неплотности. Второстепенные затраты учиты­вают конструктивные особенности каждого из силосов. Утечки воздуха наблюдаются в основном в ниж­ней части силоса, в местах крепле­ния вертикальных стенок к фунда­менту.

Для оценки эффективности силоса как объекта технологиче­ской операции целесообразно определить долю полезной работы в общей структуре затрат, обеспе­чивающих сохранение качества зерна при хранении.

Распределение долей затрат зависит от степени заполнения силоса зерном. При вентилирова­нии зерна в силосе, заполненном на 25% от его вместимости, общие затраты делятся приблизительно поровну. При вентилировании зерна в силосе, заполненном на 75%, полезные затраты превышают вто­ростепенные более чем в 2 раза.

В работе [5] для сравнения затрат на вентилирование, авторы предлагают следующий критерий - удельные затраты электроэнер­гии (кВт·ч) на охлаждение 1 т зерна на 1°С. Однако этот критерий не учитывает сохранность качества зерна. Значение критерия умень­шается пропорционально умень­шению удельной подачи воздуха на 1 т. Чем меньше удельный расход воздуха на охлаждение, тем выше предложенный критерий оценки и рентабельнее силос для хранения. Однако исследованиями Казахского филиала ВНИИЗ и Зернового треста Венгрии установлено, что удельные подачи воздуха в режиме вентили­рования в малых объёмах не обе­спечивают эффективного охлаж­дения зерна, а также способствуют развитию плесеней в процессе хра­нения и ухудшению качества зерна [1].  Минимально допустимая удель­ная подача воздуха при вентилиро­вании 1 т зерна в целях его охлаж­дения в металлическом силосе при­нята равной не менее 10м³/ч [3]. Обеспечение подачи нормативного объёма воздуха в зерновую массу для её охлаждения является основ­ным условием сохранности зерна, исключающим развитие плесеней при хранении.

Эффективность зернохрани­лища следует оценивать по удель­ным затратам электроэнергии на 1 т зерна при обеспечении норматив­ной удельной подачи воздуха в зер­новую массу не менее 10м³/ч.

Для обеспечения подачи норма­тивного объёма воздуха в зерно­вую массу нами разработана и опу­бликована методика наладки уста­новок активного вентилирования зерна в металлических силосах. Эта методика заключается в регулиро­вание аэродинамической харак­теристики силоса посредством изменения массы вентилируемого зерна. Достигается оно пересече­нием аэродинамических характери­стик силоса и установленного вен­тилятора в точке подачи норматив­ного объёма воздуха.
В слое зерна толщиной 3 м изме­ряют перепад давления воздуха АР. Нижняя точка отбора давления не менее 1 м от днища силоса. Зна­чение перепада давления АР срав­нивают с минимально допустимым значением, вычисленным по фор­муле


На рисунке показан перепад давления в слое зерна при венти­лировании. На шкале дифманометра нанесены отметки, соответ­ствующие минимальному перепаду давления для различных видов вен­тилируемого зерна.


Если измеренное значение меньше минимально допустимого, то требуется снизить массу вентилиру­емого зерна в силосе до выполнения условия DР >DP_min. При выполнении этого условия в слой зерна нагнета­ется нормативный объём воздуха.
Максимальную массу зерна, допустимую для вентилирования в силосе, определяют по формуле

Измерения аэродинамических параметров воздуха при активном вентилировании зерна проводили в силосах вместимостью 2 тыс. т и 10 тыс. т. Силос вместимостью 2 тыс. т изготовлен фирмой RIELA. Диаметр силоса 12,5 м, высота вер­тикальной стенки - 20 м при общей высоте 26,5 м. Для активного вен­тилирования установлен венти­лятор с электрическим двигате­лем мощностью 18,5 кВт и часто­той вращения 1470 мин^-1. Силос вместимостью 10 тыс. т изготовлен фирмой GSCOR. Диаметр силоса 28,3 м, высота вертикальной стенки 17,2 м при общей высоте 25,1 м. Для активного вентилирования установ­лены четыре вентилятора с элек­трическими двигателями мощно­стью по 18 кВт и частотой вращения 2860 мин^-1. Все вентиляторы имеют одинаковую схему сборки - крыль­чатка установлена на валу электри­ческого двигателя.

Расход воздуха, нагнетаемого вентилятором в силос, определяли по общепринятой методике с при­менением пневмометрической трубки ПИТО. Измерения выпол­няли в воздуховоде, соединяющем вентилятор с силосом. Расход воз­духа (м³/с) вычисляли по формуле

Расход воздуха, проходящего через массу зерна, определяли по перепаду давления в слое толщи­ной 3 м по формуле

В табл. 2 приведены экспери­ментальные данные аэродинами­ческих параметров воздуха при активном вентилировании зерна пшеницы и сои в производствен­ных условиях. Для зерна сои эмпи­рические коэффициенты состав­ляют: А - 0,22 и п - 1,1 (установ­лены авторами).



В указанных силосах норма­тивная подача воздуха в зер­новую массу на 1 т (не менее 10м³/ч), достигается при скоро­сти фильтрации воздуха не менее 3 см/с и загруженности силоса зер­ном не более чем на 75% его вме­стимости.
Силос большей вместитель­ностью экономичнее в эксплуа­тации по сравнению с силосом d=12,5 м. В большем силосе нор­мативная удельная подача воздуха в зерновую массу обеспечива­ется при меньших удельных затра­тах электроэнергии. В большем силосе при подаче воздуха в зер­новую массу в объёме 11,8 м³/ч-т удельные затраты электроэнер­гии составляют 12 Вт/т. В меньшем силосе при подаче воздуха в зер­новую массу в объеме 10,7м³/ч·т удельные затраты электроэнергии составляют 13,1 Вт/т. Минимальные удельные затраты электроэнергии 13,1 Вт/т в силосе имеют место в основном за счёт более низких утечек воздуха. Утечки воздуха в силосе достигают 10% от объёма нагнетаемого вентилятором, а в силосе - не превышают 1%.

Критерий «удельные затраты электроэнергии» используется для сравнения силосов между собой.

Силосы имеют конструктивные недостатки, если в них затраты электроэнергии выше, чем в силосах такой же конструкции и ком­плектации.

В силосах с повышенными затра­тами, в период подготовки к при­ёму урожая, необходимо проводить работы по выявлению и устранению конструктивных отклонений. Это могут быть: дефекты воздухораспре­делительных решеток, минимальное сечение воздухоподводящих кана­лов и отложения пыли в них, не гер­метичное соединение воздуховода вентилятора к силосу, разгермети­зация соединения вертикальных сте­нок силоса с фундаментом и др.

Предложенный метод регули­рования установок активного вен­тилирования зерна в металличе­ских силосах позволяет обеспечить подачу в зерновую массу норматив­ного объёма воздуха. Этот метод также может быть использован для выбора вентилятора при вентили­ровании определённой культуры зерновых. При эксплуатации венти­лятора необходим контроль объёма воздуха, подаваемого в зерновую массу. Обеспечить подачу норма­тивного объёма воздуха в различ­ные зерновые культуры в силосах одинаковой комплектации и кон­струкции, возможно, при разном заполнении ёмкости. Данный метод позволяет определить максималь­ное заполнение силоса для каждой из используемых культур.

Литература
1.   Временная инструкция по хранению зерна в металлических зернохранилищах: отчёт о НИИР/ ВНИИЗ.-1979.
2.   Инструкция № 9-7-88 по хранению зерна, маслосемян, муки и крупы.
3.   Инструкция по активному вен­тилированию зерна и маслосемян // ЦНИИТЭИ Минхлебопродуктов СССР.-М.-1989.-С. 61.
4.  Кечкин, И.А. Обеспечение сохранности зерна в металличе­ском силосе / И.А. Кечкин, А.С. Разворотнев, Ю.Д. Гавриченков // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Инновационное развитие пищевой, легкой промышленности и индустрии гостеприимства». -Алматы, 2017. - С. 194-196
5.  Рекомендации по хранению, вентилированию и обеззара­живанию зерна в силосах новых конструкций из сборного железо­бетона с конструктивной защитой диаметром 6 м и в металлическом исполнении диаметром 15,2 и 22,8 м: отчёт о НИР / Казахский филиал ВНИИЗ. - Целиноград. -1982.
 

А. С. Разворотнев, канд. техн. наук,
Ю.Д. Гавриченков, канд. техн. наук,
ВНИИЗ – филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН
 
Статья опубликована в журнале:
Хлебопродукты. – 2018. - №10. – С.53-55.