Обґрунтування автоматизованої системи керування потоком повітря в аеродинамічному сепараторі насіннєвого матеріалу

Abstract

Як відомо генератори повітряного потоку (вентилятори різних типів, турбіни, каскади форсунок) на виході мають нерівномірний розподіл швидкості. Для забезпечення якісної роботи аеродинамічного сепаратора необхідно, щоб потік повітря був рівномірний. Це можна досягти шляхом встановлення на виході повітряного потоку каскаду заслінок, які з використанням автоматизованої системи керування відкриваються або закриваються. Це забезпечує пропускання або затримання потоку повітря на певній висоті. Метою досліджень є підвищення ефективності роботи аеродинамічного сепаратора насіння, шляхом створення і застосування автоматизованої системи керування потоком повітря. Для обґрунтування даної системи вирівнювання потоку повітря за його швидкістю і визначенню алгоритму роботи каскаду заслінок проведемо чисельне моделювання в програмному пакеті STAR-CCM+. В результаті досліджень встановлено розподіл швидкостей потоку повітря в сепараційній камері аеродинамічного сепаратора при різних швидкостях вихідного потоку, які підпорядковується законам V~y4, V~y5, V~y. Спираючись на отримані дані чисельного моделювання можна зробити висновок, що з використанням автоматизованого каскаду заслінок можна досягти вирівнювання швидкості повітряного потоку (±0,2-0,4 м/с) в сепараційній камері аеродинамічного сепаратора, до складу якого може входити будь-який генератор потоку. Однак при цьому відбувається втрата номінальної швидкості на 5-15 %. Підвищення її може бути здійснено за рахунок збільшення продуктивності генератора повітряного потоку (наприклад, за рахунок збільшення частити обертання лопатей вентилятора), що приводить до збільшення енерговитрат на 5-15 %. Але враховуючи пріоритетність якості виконання технологічного процесу сепарації на аеродинамічному сепараторі даними втратами можна знехтувати.

Как известно генераторы воздушного потока (вентиляторы различных типов, турбины, каскады форсунок) на выходе имеют неравномерное распределение скорости. Для обеспечения качественной работы аэродинамического сепаратора необходимо, чтобы поток воздуха был равномерный. Это можно достичь путем установки на выходе воздушного потока каскада заслонок, которые с использованием автоматизированной системы управления открываются или закрываются. Это обеспечивает пропускание или задержку потока воздуха на определенной высоте. Целью исследований является повышение эффективности работы аэродинамического сепаратора семян, путем создания и применения автоматизированной системы управления потоком воздуха. Для обоснования данной системы выравнивания потока воздуха по его скорости и определению алгоритма работы каскада заслонок проведем численное моделирование в программном пакете STARCCM+. В результате исследований установлено распределение скоростей потока воздуха в сепарационной камере аэродинамического сепаратора при различных скоростях выходного потока, которые подчиняется законам V ~ y4, V ~ y5, V ~ y. Опираясь на полученные данные численного моделирования можно сделать вывод, что с использованием автоматизированного каскада заслонок можно достичь выравнивания скорости воздушного потока (± 0,2-0,4 м/с) в сепарационной камере аэродинамического сепаратора, в состав которого может входить любой генератор потока. Однако при этом происходит потеря номинальной скорости на 5-15 %. Повышение ее может быть осуществлено за счет увеличения производительности генератора воздушного потока (например, за счет увеличения частоты вращения лопастей вентилятора), что приводит к увеличению энергозатрат на 5-15 %. Но учитывая приоритетность качества выполнения технологического процесса сепарации на аэродинамическом сепараторе данным потерями можно пренебречь.

As is well known, air flow generators (fans of various types, turbines, nozzle stages) have uneven speed distribution at the outlet. To ensure the quality of the aerodynamic separator, it is necessary that the air flow be uniform. This can be achieved by installing at the outlet of the air flow of a cascade of flaps that open or close using an automated control system. This ensures the transmission or delay of air flow at a certain height. The aim of the research is to increase the efficiency of the aerodynamic seed separator, through the creation and application of an automated air flow control system. To substantiate this system for equalizing the air flow according to its speed and determining the algorithm for the operation of the cascade of dampers, we will conduct numerical simulation in the STAR-CCM + software package. As a result of the research, the distribution of air flow rates in the separation chamber of an aerodynamic separator at various output flow rates, which obeys the laws V ~ y4, V ~ y5, V ~ y, is established. Based on the obtained numerical simulation data, we can conclude that using an automated cascade of dampers, it is possible to achieve equalization of the air flow velocity (± 0.2-0.4 m / s) in the separation chamber of an aerodynamic separator, which may include any flow generator. However, this leads to a loss of the nominal rate of 5-15%. Its increase can be carried out by increasing the performance of the air flow generator (for example, by increasing the frequency of rotation of the fan blades), which leads to an increase in energy consumption by 5-15%. But given the priority of the quality of the implementation of the separation process at the aerodynamic separator, this loss can be neglected.