Wpływ prędkości obrotowej bębna sitowego na proces wydzielania

742
MECHANIK NR 7/2016
Wpływ prędkości obrotowej bębna sitowego
na proces wydzielania mas ziarna jęczmienia
w urządzeniu rotacyjnym
The analysis of the influence of the rotational speed of the sieve drum
on the process of mass separation of the barley grain
in the rotary cleaning device
ZBIGNIEW KRZYSIAK
WALDEMAR SAMOCIUK
GRZEGORZ BARTNIK
KAMIL DUDA
ALEKSANDER NIEOCZYM
KAROLINA BEER-LECH
GRZEGORZ ŁYSIAK
KRZYSZTOF PLIZGA BARTŁOMIEJ RACHWAŁ *
Materiały z XX SKWPWiE, Jurata 2016 r.
DOI: 10.17814/mechanik.2016.7.153
W pracy przedstawiono wpływ prędkości obrotowej bębna sitowego
na proces wydzielania mas czterech frakcji z mieszaniny czyszczonej. Badano sztucznie zanieczyszczoną mieszaninę ziarna jęczmienia.
Celem badań było sprawdzenie przydatności rotacyjnego urządzenia
czyszczącego do czyszczenia ziarna jęczmienia.
SŁOWA KLUCZOWE: rotacyjne urządzenie czyszczące, czyszczenie
ziarna, ziarno owsa, sito stożkowe
czenia, w drugiej wydzielane jest ziarno drobne, a w ostatniej
– ziarno celne. Na końcu większego otworu umieszczony jest
osiowy wentylator ssący do usuwania lekkich zanieczyszczeń.
Wspomaganie pneumatyczne realizowane jest przez strumień
powietrza wytwarzany przez ssący wentylator umieszczony na
końcu większej średnicy sita stożkowego.
Dokładny opis przedstawiono w pracach [1, 3].
The paper presents the influence of the rotational speed of the sieve
drum on the process of mass separation of the four fractions of the
cleaned mixture. The artificially contaminated mixture of barley grains
was examined. The aim of the study was to analyze the suitability of
the rotary cleaning device for cleaning the barley grain.
KEYWORDS: rotary cleaning device, grain separation, oat grain, conical sieve
Materiał badawczy
Jęczmień jako roślina występuje w postaci ozimej i jarej. Jęczmień jary jest podstawowym gatunkiem zbóż pastewnych. Jego
udział w strukturze zasiewów wszystkich zbóż wynosi około 13%
w Polsce. Około 71% ziarna jęczmienia przeznacza się na cele
paszowe, resztę zużywa przemysł browarniczy do produkcji słodu oraz przemysł spożywczy na produkcję kasz i płatków.
Opisywane urządzenie czyszczące umożliwia oczyszczenie, czyli wydzielenie zbędnych, szkodliwych domieszek
(zanieczyszczeń), oraz podział ziarna jęczmienia na celne
i drobne.
Celem pracy była analiza wydzielania poszczególnych frakcji masy ziarna jęczmienia przy zmianie prędkości obrotowej
zespołu sitowego (bębna sitowego) podczas jego czyszczenia.
Obiekt, materiał i metody badań
Rotacyjne urządzenie czyszczące zbudowane jest z obrotowego sita stożkowego (kształt stożka ściętego) podzielonego
na trzy części: w pierwszej wydzielane są drobne zanieczysz* Dr hab. inż. Zbigniew Krzysiak ([email protected]); dr inż.
Waldemar Samociuk ([email protected]); dr inż. Grzegorz
Bartnik ([email protected]); mgr inż. Karolina Beer-Lech; dr
hab. inż. Grzegorz Łysiak ([email protected]); dr inż. Krzysztof
Plizga ([email protected]); mgr inż. Bartłomiej Rachwał ([email protected]) – Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie; dr inż.
Kamil Duda ([email protected]) – Uniwersytet Warmińsko-Mazurski
w Olsztynie; dr inż. Aleksander Nieoczym ([email protected]) – Politechnika Lubelska
Materiałem badawczym była sztucznie przygotowana mieszanina (10 kg) składająca się z:
●● ziarna jęczmienia celnego (6,8 kg),
●● ziarna jęczmienia drobnego (2,6 kg),
●● drobnych zanieczyszczeń w postaci nasion maku (0,2 kg),
●● plew (0,4 kg).
Skład mieszaniny tak dobrano jakościowo, aby był on zbliżony do materiału czyszczonego występującego po zbiorze
jęczmienia kombajnem zbożowym.
Metoda badań i opracowania wyników
Doświadczenia wykonywano po uruchomieniu urządzenia
czyszczącego i ustaleniu właściwych parametrów jego pracy.
Zmiennym parametrem w badaniach była prędkość obrotowa
bębna sitowego, natomiast w prezentowanej pracy przyjęto
stały kąt pochylenia bębna sitowego K = 0° oraz stałą prędkość
obrotową wentylatora nw = 5000 obr/min. Następnie zasypywano porcję mieszaniny czyszczonej (próbkę 10 kg) do zbiornika
zasilającego. Mieszanina dostawała się do wnętrza bębna sitowego z ustaloną przepustowością zasilania wynoszącą 1,25
kg/s. Po oczyszczaniu wydzielone do pojemników ziarno ważono na wadze laboratoryjnej z dokładnością 0,002 kg.
Pełna metodyka badań była opracowana zgodnie z założeniami zawartymi w literaturze [2] i dokładnie przedstawiona
we wcześniejszych publikacjach [2].
Analiza wyników badań
Analizując wpływ prędkości obrotowej bębna sitowego na
wydzielenie masy drobnych zanieczyszczeń (rys. 1), stwierdzono, że wydzielana masa drobnych zanieczyszczeń (md)
zwiększała się wraz ze wzrostem prędkości obrotowej bębna sitowego.
1
1
w pewnej ilości przedostaje się do zbiornika ziarna drobnego. Powyżej n b =70 obr/min
co 5 obr/min
Parametrem zmiennym była prędkość obrotowa bębna sitowego n b , zmieniana
mieszanina
czyszczona zaczyna przylegać do bębna sitowego, ponieważ wartość siły
w zakresie 5 - 80 obr/min.
odśrodkowej jest na tyle duża, że nie pozwala na całkowite wydzielenie się poszczególnych
Analizując wpływ prędkości obrotowej bębna sitowego na wydzielenie frakcji.
masy drobnych
zanieczyszczeń
(rys. 1)
że wydzielana masa drobnych zanieczyszczeń
Rozważając (m
wpływ
prędkości obrotowej bębna sitowego na wydzielenie masy743
plew (m p )
MECHANIK
NR stwierdzono,
7/2016
d)
(rys. 4) należy stwierdzić dużą zmienność jej wydzielania.
zwiększała się wraz ze wzrostem prędkości obrotowej bębna sitowego.
1,2
0,24
0,22
1,0
0,20
0,8
Masa plew mp [kg]
Masa ziarna drobnegoMasa
ms [kg]
drobnych zanieczyszczeń md [kg]
mp = -3E-07nb4 + 4E-05nb3 - 0,0016nb2 + 0,0197nb +
7
0,18
m s = 7E-07nb4 - 0,0001nb3 + 0,0054nb2 - 0,106nb + 0,8544
6
R2 = 0,9076
0,16
0,0954 R2 = 0,9786
0,6
0,4
5
md= 8E-09nb4 - 2E-06nb3 + 0,0001nb2 - 0,0012nb + 0,1596
0,14
4
3
0,12
2
0,2
R2 = 0,8998
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0
90
0
10
Rys. 1. Wpływ
prędkości
sitowego
nasitowego
wydzielenie masy
Rys. 1.
Wpływ obrotowej
prędkościbębna
obrotowej
bębna
drobnych
zanieczyszczeń
1
na wydzielenie masy drobnych zanieczyszczeń
20
30
40
50
60
70
80
90
Prędkość obrotowa bębna nb [obr/min]
Prędkość obrotowa bębna nb [obr/min]
Rys.
Wpływprędkości
prędkości
obrotowej
bębna
sitowego
na wydzielenie
masy
Rys.
4. 4.
Wpływ
obrotowej
bębna
sitowego
na wydzielenie
masy
plew
plew
Masa ziarna drobnego ms [kg]
Z analizy wykresu wynika, że dla małych prędkości obrotowych bębna sitowego masa
7
obr/min. Natomiast
wraz
wydzielonych
plew nieznacznie
się zmniejszała
do frakcji,
pręđkości
n b =15
0
go.kiedy
Ziarno
drobne trafia
do swojej
nie
przedostając
się
Dla prędkości obrotowej
bębna sitowego n b =10 obr/min, zauważono minimum
lokalne,
ze
z
prędkości
obrotowej
bębna
sitowego,
masa
plew
również
zwiększała
się.
Było
2
4
3
ms = 7E-07nb jest
- 0,0001n
0,8544
do zbiornika ziarna celnego. Występuje jednak niekorzystne
masa drobnych zanieczyszczeń
najmniejsza.
wydzielenie drobnych
b - 0,106nb + całkowite
b + 0,0054nNatomiast
6
to spowodowane przedostawaniem się ziarna jęczmienia do plew. Istotny wpływ na to miało
-1
2 0,2 kg) nastąpiło dla wartości n b =50 obr/min.
zanieczyszczeń (około
zjawisko
częściowego przedostawania się ziarna celnego do
0 R = 0,9076
10
20
40
50
60
70
80
90
30
oddziaływanie
siły odśrodkowej, jak również zakłócenie procesu pneumatycznego
Analizując wydzielanie
masy
ziarna
drobnego
(m
że
do
wartości
prędkości
zbiornika
ziarna drobnego
skutek zwiększonego
oddziały- masę
c ) stwierdzono,
Predkość
obrotowa
bębna
n
[obr/min]
czyszczenia przez strumień
powietrza na
pochodzący
od łopatek przesypujących
5
b
Dla prędkości
obrotowych bębna sitowego n b <50 obr/min nie było istotnych zmian (rys. 2).
wania
siły odśrodkowej
ułatwiającej
proces wydzielania.
czyszczoną,
umieszczonych
w segmencie
drobnych zanieczyszczeń.
Rys.nastąpił
2. Wpływ
obrotowej
sitowego
powyżej 50 obr/min
wzrostprędkości
wydzielanej
masy wrazbębna
ze wzrostem
prędkości obrotowej
Następnie pokazano wykres wpływu prędkości obrotowej
4
bębna sitowego. na wydzielenie masy ziarna jęczmienia drobnego Podsumowanie
bębna sitowego na wydzielenie masy ziarna jęczmienia celnego (rys. 3).
3
Rotacyjne
urządzenie
czyszczące umożliwia czyszczenie i separację ziarna jęczmienia i może
ierdzono również, że na początku rozważanych prędkości obrotowych
n b masa
ziarna
Na podstawie
uzyskanych wyników stwierdzono, że w pobyć przydatne w zakładach zbożowych i gospodarstwach rolnych.
mienia drobnego2 zmniejszała się nieznacznie i dopiero dla końcowych
wartości
czątkowej
fazie
wydzielana
masaprędkości
ziarna jęczmienia
celnego
Z przeprowadzonych eksperymentów wpływu
obrotowej bębna
sitowego na
ępowało nagłe zwiększenie wydzielania masy drobnego jęczmienia. Należy
zauważyć,
żeprawie na stałym
pozostawała
Dopiero
warto- wynika
wydzielanie
masy poszczególnych
frakcji poziomie.
oczyszczanego
ziarnaprzy
jęczmienia
1
ści drobnego.
prędkości
sitowego
powyżej
40 obr/min
wystąpiło
ym przypadku prędkość obrotowa korzystnie wpływa na wydzielanie ograniczony
się ziarna
zakres
pracybębna
urządzenia
do wartości
prędkości
obrotowej
sita stożkowego
wynoszącej
80 obr/min,
tej prę kości
proces
czyszczenia
zanikał.
zmniejszenie
wydzielania
masy
ziarna
jęczmienia
celnego.
no drobne trafia do swojej frakcji, nie przedostając się do zbiornika
ziarna
celnego.powyżej
0
Analiza uzyskanych
wyników
mas ziarna bębna
celnegositowego
wykazujenawłaściwe
Rozważając
wpływwydzielania
prędkości obrotowej
stępuje jednak niekorzystne zjawisko częściowego przedostawania się
ziarna celnego
do
wydzielanie
mas poszczególnych
frakcji(m
z masy
czyszczonej
dla prędkości
obrotowych
wydzielenie
masy
plew
)
(rys.
4),
należy
stwierdzić
dużą bębna
p
rnika ziarna drobnego
na skutek zwiększonego oddziaływaniasitowego
siły w
odśrodkowej
-1
zakresie wartości 55 ÷ 70 obr/min.
zmienność
jej
wydzielania.
0
10
20
40
50
60
70
80
90
30
wiającej proces wydzielania.
Z analizy wykresu wynika, że dla małych prędkości obrotoPrędkość obrotowa bębna nb [obr/min]
tępnie pokazano wykres wpływu prędkości obrotowej
bębna sitowego na wydzielenie asy
wych
bębna sitowego masa 309
wydzielonych plew nieznacznie
Rys. Rys.
2. Wpływ
prędkości
obrotowej
bębna
sitowego
na
wydzielenie
masy
2.
Wpływ
obrotowej bębna sitowego
na jęczmieniaziarna
celnego
(rys.
3). prędkości307
jęczmienia drobnego
się zmniejszała do pręđkości nb = 15 obr/min. Natomiast wraz
na wydzielenie masy ziarna jęczmienia drobnego
ze zwiększaniem prędkości obrotowej bębna sitowego masa
plew również się zwiększała. Było to spowodowane przedoierdzono również,9 że na początku rozważanych prędkości obrotowych n b stawaniem
masa ziarna
się ziarna jęczmienia do plew. Istotny wpływ na to
mienia drobnego zmniejszała się nieznacznie i dopiero dla końcowych
wartości
miało
oddziaływanie
siły odśrodkowej, jak również zakłócenie
8
ępowało nagłe zwiększenie
wydzielania masy drobnego jęczmienia. Należy zauważyć,
że
procesu pneumatycznego
czyszczenia przez strumień powie7
ym przypadku prędkość
obrotowa korzystnie wpływa na wydzielanie się ziarna
trzadrobnego.
pochodzący od łopatek przesypujących masę czyszczono drobne trafia 6do swojej frakcji, nie przedostając się do zbiornika ziarna
celnego.
ną, umieszczonych
w segmencie drobnych zanieczyszczeń.
Masa ziarna celnego mz [kg]
10
stępuje jednak niekorzystne zjawisko częściowego przedostawania się ziarna celnego do
5
ornika ziarna drobnego
na skutek zwiększonego oddziaływania siły Podsumowanie
odśrodkowej
mz =-5E-07nb4 + 3E-05nb3 - 0,0007nb2 + 0,0189nb + 8,973
wiającej proces wydzielania.
4
R2 = 0,9774
tępnie pokazano wykres
wpływu prędkości obrotowej bębna sitowego na wydzielenie
asy
Z przeprowadzonych
eksperymentów wpływu prędkości ob3
na jęczmienia celnego (rys. 3).
rotowej bębna sitowego na wydzielanie masy poszczególnych
2
frakcji oczyszczanego ziarna jęczmienia wynika ograniczony
zakres pracy urządzenia do wartości prędkości obrotowej sita
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
stożkowego wynoszącej 80 obr/min – powyżej tej prędkości
9
Prędkość obrotowa bębna nb [obr/min]
proces czyszczenia zanikał.
Rys. Rys.
3.8 Wpływ
prędkościprędkości
obrotowej bębna
sitowego
na wydzielenie
3. Wpływ
obrotowej
bębna
sitowegomasy
Analiza uzyskanych wyników wydzielania mas ziarna celziarna jęczmienia celnego
nego wykazuje właściwe wydzielanie mas poszczególnych
7 na wydzielenie masy ziarna jęczmienia celnego
frakcji z masy czyszczonej dla prędkości obrotowych bębna
6
Analizując
wydzielanie
masy ziarna
drobnego
(mc), stwiersitowegomasa
w zakresie wartości 55÷70 obr/min.
podstawie uzyskanych
wyników
stwierdzono,
że w
początkowej
fazie wydzielana
że przy
prędkościprawie
bębnana
sitowego
b < 50 obr/min nie
5
na jęczmieniadzono,
celnego
pozostawała
stałym npoziomie.
Dopiero przy wartości
było istotnych zmian
(rys.3 2). Dla prędkości
powyżej 50 obr/min
4
LITERATURA
m z =-5E-07n
- 0,0007nb2 + wystąpiło
0,0189nb + 8,973
dkości bębna sitowego
powyżej
40 bobr/min.,
zmniejszenie wydzielania
masy
b + 3E-05n
4
następował
wzrost
wydzielanej
masy wraz
ze wzrostem prędR2 = 0,9774
kości 3obrotowej bębna sitowego.
1.Krzysiak Z. „Budowa nowego rotacyjnego urządzenie czyszczącego”. Mechanik (2012), nr 2, s. 153/14.
Stwierdzono również, że na początku rozważanych prędko308
2
2.Krzysiak Z. „Ocena czyszczenia ziarna żyta w nowym, rotacyjnym urząści obrotowych
nb masa ziarna jęczmienia drobnego zmniejdzeniu czyszczącym”. Mechanik (2013), nr 2, s. 143/20.
szała1 się nieznacznie i dopiero dla końcowych wartości na3.Krzysiak Z. „Urządzenie do oczyszczania ziarna”. Urząd Patentowy RP,
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
stępowało nagłe zwiększenie wydzielania masy drobnego
wzór użytkowy, nr Ru 65892 (PL 65892 Y1). Warszawa, 2012.
Prędkość obrotowa bębna nb [obr/min]
jęczmienia. Należy zauważyć, że w tym
przypadku prędkość
4.Polański Z. „Planowanie doświadczeń w technice”. Warszawa: PWN,
Rys. 3.
Wpływ prędkości
bębna
sitowego
obrotowa
korzystnie
wpływa naobrotowej
wydzielanie
się ziarna
drobne1984.
■
Masa ziarna celnego mz [kg]
10
1
na wydzielenie masy ziarna jęczmienia celnego
podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że w początkowej fazie wydzielana masa
na jęczmienia celnego pozostawała prawie na stałym poziomie. Dopiero przy wartości