Исследование режимов работы центробежного смесителя сыпучих компонентов

При использовании в производстве животноводческой и птицеводческой продукции поточной технологии, наряду с созданием комфортных условий содержания (оптимальный климат, ветеринарно-санитарный контроль и др.), важное значение имеет внедрение рациональных технологий приготовления кормов [1; 2].

В структуре расходов на производство животноводческой продукции в Красноярском крае затраты на корма составляют около 54% [3].

Разработка рациональных технологий приготовления кормов с высокой эффективностью использования энергетической ценности, получением максимального выхода продукции позволит минимизировать материальные и трудовые затраты [4].

Незаменимая составляющая рациона кормления сельскохозяйственных животных и птицы – концентрированные корма, которые для лучшей усвояемости организмом предварительно рекомендуется измельчить [5; 6].

В рационе кормления крупного рогатого скота концентрированные корма составляют до 20%, свиней – около 70%, птицы – 90% и более [2]. Причем с увеличением продуктивности коров доля концентратов в их рационе увеличивается до определенного предела. Зоотехническими исследованиями доказано, что увеличение в суточном рационе кормления концентрированных кормов более 0,3 кг на 1 кг молока негативно влияет на пищеварительную систему крупного рогатого скота. В связи с этим в России и за рубежом проводятся научные исследования по созданию многокомпонентных зерновых рационов (комбикорма-концентраты), удовлетворяющих потребности организма животного в питательных веществах и не превышающих предельную норму выдачи. Состав комбикормов-концентратов формируют с учетом продуктивности животных, птицы и региональных особенностей места расположения сельскохозяйственного предприятия с имеющейся кормовой базой. Для сбалансированного рациона питательных веществ рекомендуется в комбикорма-концентраты вводить минеральные, белковые и витаминные компоненты. Например, состав комбикорма-концентрата для коров с удоем от 20 до 35 кг в сутки: ячмень – 29%; овес – 12%; пшеница или кукуруза – 25%; шрот подсолнечный – 15%; шрот соевый – 10%; меласса – 5%; монокальций фосфат – 2%; соль поваренная – 1%; премикс – 1% [2].

Комбикорма-концентраты в животноводстве являются частью основного рациона кормления, состоящего из грубых и сочных кормов; предназначены для восполнения нехватки питательных веществ.

В птицеводстве сбалансированные комбикорма-концентраты преимущественно в гранулированном виде - основная часть рациона, их применение в кормлении позволяет поддерживать генетический потенциал птицы и снизить расход корма на единицу полученной продукции [7].

Очень важное значение при приготовлении комбикормов-концентратов имеют равномерность распределения кормовых компонентов в объеме смеси и их неспособность к сегрегации.

В настоящее время для смешивания кормовых компонентов на сельскохозяйственных предприятиях промышленность выпускает: шнековые горизонтальные и вертикальные; лопастные; барабанные; пропеллерные и другие типы смесителей [9]. Они хорошо зарекомендовали себя при смешивании грубых и сочных кормов, но при приготовлении комбикормов-концентратов с различными физико-механическими свойствами и разной концентрацией в смеси не могут обеспечить требуемое качество смешивания [8].

Таким образом, разработка смесителей, позволяющих получить комбикорма-концентраты соответствующего требованиям качества, - актуальная задача [9; 10].

Анализируя современные конструкции для получения смесей с большой разницей исходных компонентов по массе ряд авторов предлагают использовать центробежные смесители непрерывного действия, позволяющие при сравнительно небольших материалоемкости и энергетических затратах получить требуемое качество смеси [11-14].

Целью исследования является определение рациональных режимов работы запатентованного центробежного смесителя сыпучих компонентов непрерывного действия, позволяющего их эффективное смешивание при минимальных энергозатратах.

Объект и методы исследования

В качестве объекта исследования взят смеситель сыпучих компонентов центробежного действия, запатентованный ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет» [1; 5].

Предназначен он для получения смеси из сыпучих компонентов в непрерывном режиме работы. Конструктивная схема экспериментального смесителя сыпучих компонентов центробежного действия представлена на рис. 1, общий вид на рис. 2, схема установки завихрителей потока на спирали на рис. 3, расположение завихрителей потока на спирали на рис. 4.

Смеситель состоит из рамы 1 , на которой установлены дозаторы 2 с патрубками для перемещения сыпучих компонентов 3 , корпуса 4 с крышкой 5 , наклонной спирали 6 с завихрителями потока в виде элемента тора 7 , установленными на расстоянии l друг от друга и под углом а относительно плоскости спирали, выгрузного патрубка 8 , электродвигателя 9 . На приводном валу 11 электродвигателя 9 расположен вращающийся стол с шероховатой поверхностью 10 .

Сыпучие компоненты, проходя дозаторы 2, в необходимых количествах патрубками 3 через окно в крышке 5 подаются в центр наклонной спирали 6, где им с помощью вращающегося стола с шероховатой поверхностью 10, приводимого в движение электродвигателем 9, придается поступательное движение от центра к периферии. Часть компонентов, двигаясь по наклонной поверхности спирали 6 через ее верхнее основание, поступает на следующий виток. Другая часть, двигаясь по внутренней поверхности, поступает на встречную поверхность завихрителя 7, в результате происхо- дит турбулизация потока, способствующая интенсификации смешивания. Полученная смесь через выгрузной патрубок 8 выводится из смесителя.

Рис. 1. Конструктивная схема экспериментального смесителя сыпучих компонентов центробежного действия

Рис. 2 . Общий вид экспериментального смесителя сыпучих компонентов центробежного действия (крышка снята)

Рис. 3 . Схема установки завихрителей потока на спирали

Рис. 4. Расположение завихрителей потока на спирали

Для оценки качества кормовой смеси использовали коэффициент неоднородности смешивания [16]

V = ” J 1 S?=i(c, - C)2,% где c̄ – среднее арифметическое значение концентрации ключевого компонента в пробах;

c i – значение концентрации ключевого компонента в i-й пробе.

Содержание ключевого компонента в пробе определяли с помощью ситового сепаратора. Обороты электродвигателя, приводящего в движение рабочий стол с шероховатой поверхностью, изменяли при помощи преобразователя частоты электрического тока FR-E540-0,4K-7,5K(EC).

Для контроля оборотов использовали электронный тахометр. Расход энергии устанавливали с помощью измерительного комплекта К-50.

Результаты исследований

Экспериментальные исследования проводились в инжиниринговом центре Красноярского ГАУ.

В качестве смешиваемых компонентов были взяты разные по гранулометрическому составу и насыпной плотности пшеница и пшенная крупа в соотношении 95 : 5%. Для получения достоверных результатов эксперименты проводили в 3-кратной повторности.

По ранее проведенным исследованиям была определена зависимость коэффициента неоднородности смеси V c (%) от частоты вращения стола N (об./мин), высоты рифлей Z (мм) и длины спирали L (м) [17].

Используя полученные результаты исследований [15; 17; 18], были проведены однофакторные эксперименты по определению шага l (мм) и угла α (град.) установки завихрителей потока на наклонной спирали. Шаг установки изменялся от 500 до 700 мм с интервалом 100 мм, угол наклона – от 30 до 60° c интервалом 15°.

Скорость вращающегося стола с шероховатой поверхностью составляла 400 об./мин, высота рифлей – 2 мм, длина наклонной спирали – 6,5 м.

Значения коэффициента неоднородности смеси V c (%) и энергетических затрат на процесс смешивания E (кВт∙ч/т) в зависимости от угла и шага установки завихрителей на наклонной спирали представлены на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость коэффициента неоднородности смеси V c и затрат энергии E от угла установки завихрителя α при шаге установки завихрителя l

Анализ рис. 5 показывает, что наибольшее влияние на неоднородность смеси оказывает угол установки завихрителей на наклонной спирали. Энергетические затраты на процесс смешивания при проведении всех экспериментов практически не изменялись.

Заключение

Результаты исследований позволяют заключить, что для получения сухих сыпучих смесей со значительной разницей концентрации компонентов целесообразно применять смесители центробежного действия.

На основе анализа полученных данных можно сделать вывод: в исследуемом диапазоне режимов работы смесителя наибольшее влияние на коэффициент неоднородности V c оказывает угол установки завихрителей, в то же время влияние шага установки завихрителей l незначительно. Наилучшее значение коэффициента неоднородности – 2,7%, получено при угле и шаге установки завихрителей соответственно 45° и 600 мм. Энергоемкость процесса смешивания компонентов составила 1,81 кВт ч/т.

V.V. MATYUSHEV, A.N. BOCHKAREV, A.V. SEMENOV, I.A. CHAPLYGINA Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk

Investigation of the operating modes of a centrifugal mixer of bulk components