Экспериментальные исследования влияния режимов работы магнетрона на энергоёмкость и производительность обработки зерна

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАГНЕТРОНА НА ЭНЕРГОЁМКОСТЬ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА

С 2015 n 4.Н. Васильев, Д.А. Будни кяв. Т4. Виенльев

Целью работы является экспериментальное исследование влияния зле ктрох га пи иного поля микроволновою диапазона и режимов сю во действия на з не pt оси кость и производительносі ь процессов послс-liOopn'titdiL обработки. В процессе работы рассмотрены несколько режимов сзчикл зерна в лабораторной установке: конвективный. СВЧ-конвсктивный - постоянный, CR4-конвективный - импульсный. Произведена оценка применимости данных режимов для зерновых материалов различной влажнос ти.

Представлены лабораторная установка и измерительное оборудование. применяемые при про веде еш и экспериментов При проведении экспериментов рассматривалось влияние режимов обработки электромагнитными нолями на энергоемкость процессов послеуборочной обработки зерна. В процессе проводимых работ рассматривались различные рент мы воздействия. В качестве фактора воздействия принималось электромагнитное поле частотой 245(1 МГц. а вариантами воздействия являлись непрерывное и циклическое воздействия Представлены рспльтаты эксперн ментильных исследований. Экспериментальные данные были обработаны в пакетах прикладных программ. а ре пльтагы частично представлены в статье. По ре^льтп-т;іхг проведенных работ сделаны соотвсклвегоните выводы.

В реп.ль тате анализа экспериментальных данных установлено. что наиболее предпочтительным для сушки и обеззараживания терна является режим. іі[ш котором магнетроны работают и мп’.лье но. относительная влажность зерна по всему обі»см\ ею ниже 15%. а удельная мощность etc превышает 1500 кВт/м’

При более с^хом зерно (менее 15%) для равномерною ого разогрева необходимо, чюбы сдельная мощность, рассеиваемая в зерновом слое, нс пре выпила 8l Ml кВ т/м'.

С точки зрения энергозатрат и скорости qyhiku зерна наиболее предпочтительным является циклический режим сушки с имт льсным ею цействисм ноля СВ'1.

AZiwvftih/c с.п^аг зерно. сушки. обеззараживание. им пульс г сое воздействие. энергоемкость. СВЧ-конвективиое воздействие, удельная мощность.

Tlie purpose о Г lire uork is lite схрс ri it к: in; l] research ci Г (he elcclmningiicuc Held іпПпсеісс in lite microwave range and modes of llieir iaipaet он снегах consumpliou and productivih of post-kmest processes hi the process Ihcrc меге considered sciceu] modes of drying eiaiEi io Ike laboraton scltjiig: com col io n. солүссііоп тісгомахс -pc пиане in. aiicrouavc co lived ion pulse. The apjilicahilil’!' of 1 lie sc [nodes uas csliaialcd for grain inalcrials of vm iii«’ Imniidilv.

There :irc presented laboral и rv selling and measuring сцпірпіспі used in the expertiiienls. in the expert mcnls tlic effect of clcctromjgnciic fields processing conditions on energy-intensive posl-kin cst grain processing xttis examined. I it Ute couitsc of the operations there w ere considered diffemni modes of adieu. As the Impact factor there was aiccpled ihe electroniaguelie field of 2450 МН/ fret] пе пе v. and as the exposure scenarios ііктс xvcrc continuous and cyclical effects. The results of experimental studies arc presented Expciimentjl data xxas processed in batches of applications and the re soils are presented ni pan in the ailiclc. On the results of ihe work there were made rulex anl conclnsious.

As the result of the experimental data analysis llmt xxas revealed that the most profaned gram disinfecting and chy mg tiiodc is Hint mode in xthich magnetrons opemie inipulsclv the teknixe humidity around Ute gminsis not less I linn I 5?4 and 1ІК2 power densi tv does not exceed 15(tU kW/m.i.

Ina dry grain (less than ln%i for uniform I Kilting it is necessary dial the specific poxxer dissipated in a gram later docs net exceed Stu) k\V';ms.

Hom Ute point of viexx of energy consuniplion and lite gram dry ing nite lite most prefened mode of dry ing is ex clie impulsive iiiicrmxaxc field [node.

^.r wrrfc: grain. drxiug. disinfection. pulse dice is. power consul Liplion. convection iiiicroxxave exposure, specific poxxer

В работе представлены результаты экспериментальных исследовании влиянии эле ктро ма гн t ітного поля м и кро вол н о во го диапазона и режима воз действия нм на энергоемкость и производительность процессе в пос леу боро ч но й обработ к и. Рас-смотрсны несколько режимов сушки зерна и л абораторі юй у стаі кшк е: ко 11 ве ктт t в 11 ы п, СВЧ-конвектіівный - постоянный, СВЧ-кон векі и вный - импульсный. Произведена оценка применимости данных режимов для зерновых материалов различной влажности.

йв^книд В ходе послеуборочной обработки зерновых продуктом наиболее э е і ергое м к г ім и про нес сам т t зач асту ю в ы -ступают сушки и обеззараживание [L 4. 6]. В стремлении снизить энергетические затраты именно на эти процессы стоит обратить особое внимание При сушке и обез-зараживании зерна с использованием поля СВЧ очень важно распределение влаги по объёму зерна. Это обусловлено тем, что нагрев происходит более интенсивно в наиболее увлажненных участках [2, 3. 5]. Например, если наружные слои зерновки более увлажнены, чем внутренние, то более интенсивный нагрев происходит в наружных слоях, что приводит к обеззараживанию поверхности зерна

Целью представ лепной работы являлось о п ре де ле н и е < >пт и м ал ь н ого реж и м а работы маінсіронов, при коюром влага в зер 11 овк е 11 ере мест из ся t із uej п paj і ы і ы x слоек к поверхности.

В процессе выполнения был проведен ряд экспериментальных исследований, результаты которых представлены ниже.

Міч/юДнат/ нгсл«?г)0в^^^^ При проведении эксперимента менялись следующие параметры: влажность зерна, расстояние от магнетрона (удельная мощность) н время работы магнетрона. Магнетроны работали постоянно (до достижения требуемой температуры в центре зерновки) или в импульсном режиме, при этом длительность импульсов изменялась в диапазоне от 3 до 5 секунд работы. с паузами от 3 до 15 секунд. Так off режим работы выбран из-за тою. что при меньшем времени включения магнетрон не успевает выйти на оптимальный режим, и идет большая нагрузка на блоки инталия. При более длиіелыюм времени теряется смысл импульсного режима.

Для проведения экспериментальных исследований было разработано «Устройство для определения величины удельной мощности электромагнитного поля СВЧ. выделяемой в зерновом слое» (рисунок I)

Лабораторная установка для проведения э кс п ср 11 мента л ьн ы х и сел слова н и й представлена на рисунке 2.

На рисунке 3 представлена схема расположения датчиков температуры при і tpo веде пни эк ст tep 11 меі и а. Расс гоя пня между соседними датчиками равнялись L - 50 мм, рассюянлс но горизонтали до экрана ввода СВЧ-поля (С) было принято 70 мм, А = 70 мм, 13 = 45 мм.

• 1    ПК. в котором реализуется алгоритм измерения; 2 преобразователь интерфейсов;

3 модули ввода сигналов (до 8 датчиков). 4 - датчики Рисунок I - Устройство для определения величины удельной мощности электромагнитного поля СВЧ. выделяемой в зерновом слое

• I    - нагнетающий вен тиля гор; 2 - блок ТЭНов; 3 - магнетрон.

4 - зона СВЧ-конвективного воздействия; 5 модули сбора сигналов Рисунок 2 - Лабораторная установка

—•-Тсмперзіуріі I

-*—Температура I

—♦—Температур» 3

Рисунок 4 Примеры распределения температуры в центре и на поверхности зерновки при различной удельной мощности поля СВЧ

Температура ^

Результаты и их обсуждение. Графики, демонстрирующие изменение температур в процессе нагрева при проведении эксперимента представлены на рисунке 4.

Обработка результатов экспериментов производилась согласно методикам, описанным в [7—I0J. После обработки результатов эксперимента был проведен анализ влияния исходной влажности зерна на перераспределения влаги и скорость нагрева зерновки при постоянном и импульсном режиме работы магнетрона

Гц=/(ГҒн),                (1)

гп=/(И^н).              (2)

где Тц и гп время нагрева до 55 °C центра и поверхности зерновки соответственно, а И'н - исходная влажность. Результаты представлены на рисунке 5.

12                      15                     18

Относительная влажность іерна, %

-♦—и^нтр        ^►■Поверхюлб

а

Относительная влажность ирна. %

—♦—Центр -е-~оосрхіюсіь

б а - при постоянном нацзеве; б - при импульсном нагреве Рисунок 5 Скорость нагрева различных слоев зерновки до 55 °C при различной влажности

Были построены зависимости изменения распределения температуры в зерновке в зависимости от удельной мощности СВЧ-поля при разной влажности с течением времени \0 = ()_и - 0_и —_/(т) для Ру._д и W_u (рисунок 6)

-2

■4

-8

Г)

и при непрерывном нагреве и влажности пшеницы 18%, б при импульсном нагреве, с длительностью импульса 3 секунды при периоде 6 секунд и влажности пшеницы 18%, где PI. Р2. РЗ удельные мощности Р| = 2000 кВт/м³, Рз = 1200 кВт/м³ и Р₃ = 600 кВт/м'

Рисунок 6 - Динамика перераспределения температуры в зерновке пшеницы стечением времени в зависимости от исходной влажности, удельной мощности поля СВЧ и режима обработки

Как видно из графиков, скорость нагрева зерновки выше при импульсном нагреве. При импульсном режиме поверхность зерна нагревается быстрее, чем его центральная часть, что является более предпочтительным как для сушки, так и для обеззараживания зерна

Для определения влияния режима работы магнетрона на энергоёмкость процес са сушки зерна проводили экспериментальные исследования на лабораторной установке, описание которой представлено выше.

Исследовали два режима сушки:

• -    сушка зерна воздухом, подогретым в калориферной установке до 40 °C, со скоростью 0,8 м/с;

СВЧ-конвекtпинан сушка при подаче поля до момента нагрева зерна л о 55 "С

СВЧ-конвективная сушка при импульсном, циклическом воздействии поля СВЧ При этом зерно сначала подвергалось воздействию СВЧ-ноля постоянно, в чеченце 90 с Затем воздействие поля прекращалось и в течение 5 минул' осуществлялась сушка зерна подогретым воздухом Потом воздействовал! г полем СВЧ им пул ь-сами длительностью 3 с в течение 60 с. после чего в течение двух минут сушили только подогретым воздухом. Зачем импульсное воздействие повторяли.

Сушке подвергалось зерно ншенішы с исходной влажносшо 18%.

В течение всего процесса сушки замеряли мощное іь, поіреблясмуьо установкой

В результате проведенных экспериментальных исследований установлении:

• -    длительность процесса сушки подо-। ре ты и воздухом до влажности зерна 14% составила 1,5 часа, при удельных энергозатратах 7500 кДж/кг исп. влаги:

длигельЕюеть процесса сушки СВЧ-конвективным воздействием, при постоянном воздсйсе вин ноля и ограничении температуры нагрева зерна до 55 “С составила 1,2 часа, при удельных энергозатратах 6100 кДж/кг исп. влаги;

• -    длительность процесса сушки СВЧ-кон век і и иным воздействием, при импульсном воздействии поля составила 0,9 часа, при удельных энергозатратах 4950 кДж/кт псп. влаги.

ДмсоОм

• I.    В результате анализа экспериментальных данных установлено, что наиболее предпочтительным для сушки и обеззараживания зерна является режим, при котором магнетроны работают импульсно, относительная влажность зерна по всему объему не ниже 15%, а удельная мощность нс превышает 1500 кВт/м'¹.

• 2.    При более сухом зерне (менее 15%) для равномерного его разогрева необходимо, чтобы удельная мощность, рассеиваемая в зерновом слое, не превышала 8(Ю кВт/м'.

• 3.    С Юнки зрения энергоза трат и скорости сушки зерна наиболее предпочтительным является циклический режим сушки с импульсным воздействием поля СВЧ