DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2019.49.116-125

Investigation of the Movement of Particles of Grain Material in the Vertical Channels of the Pneumogravitational Classifier

Borys Kotov, Sergiy Stepanenko

About the Authors

Borys Kotov, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technics Sciences), Podolsk State Agrarian and Technical University (PDATU), Kamyanets-Podilsky, Ukraine

Sergiy Stepanenko, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Senior Researcher, National Scientific Center "Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture", Kyiv, Ukraine, e-mail:stepanenko_s@ukr.net

Abstract

The separation of grain mixtures into fractions by aerodynamic characteristics allows to increase the level of purity of the basic material - grains, seeds, etc., that is, to obtain a product with a given level of quality. The article discusses increasing the efficiency of fractionation of grain mixtures in pneumatic ducts of circular cross section by determining the rational shape and parameters of the material supply, as well as the shape of the pneumatic channel and options for unloading fractions. Based on the use of aerodynamic provisions, an original mathematical model of the process of moving the particles introduced at an angle to the vertical pneumatic channel was created. The proposed model takes into account the logarithmic irregularity of the air velocity field plot. A number of assumptions have been made: air turbulent mode, the resistance of the particle is proportional to the square of its relative velocity, the particles do not interact with other particles and the walls of the channel, while rotating at a constant speed. Regularities of the change in the speed of movement and the trajectory of the material in pneumatic channels of circular cross section with lower discharge are obtained. The patterns of particle motion in the form of a material point along the surface of the nutrient phase were determined taking into account the air resistance forces, friction forces, humidity and density of the material based on a theoretical study of the fractionation of a grain mixture in pneumatic channels of circular cross section. On the basis of theoretical studies, taking into account the deflection forces of Zhukovsky and Magnus, the possibility of separating particles of grain material into fractions by aerodynamic properties in vertical channels with lower discharge was determined. The use of airflow as a separating carrier can significantly increase the magnitude of the delineation of trajectories and the criterion of separation of grain into fractions. Simplified mathematical models of motion of components of grain material in air separators with vertical channels allow to determine the rational modes of operation of new technical means.

Keywords

air flow, variable air speed, trajectory, stability of forces, fractions, fractionation process, grain mixture, air separator, pneumatic circular flow

Full Text:

PDF

References

1. Vekipedija. ru.wikipedia.org. Retrieved from https://ru.wikipedia.org/wiki/ Elektricheskiy_privod [in Russian].

2. GOST IES 60034-1-2014. Mashiny jelektricheskie vrashhajushhiesja. Ch. 1. Nominal'nye znachenija parametrov i jekspluatacionnye harakteristiki. Moskva: Standartinform. 2015. 57 s. (Mezhgosudarstvennyj standart). files.stroyinf.ru. Retrieved from https://files.stroyinf.ru/Data/600/60014.pdf [in Russian].

3. Pravila ustroystv elektroustanovok [Rules for electrical installations] (2013). Moskow: Izd.7. [in Russian].

4. GOST 13109-97. Normy kachestva jelektricheskoj jenergii v sistemah jelektrosnabzhenija obshhego naznachenija. Moskva: Mezhdunarodnyj sovet po sgandartizazii, metrologii i sertifikacii. 1997. 31 s. (Mezhgosudarstvennyj standart). files.stroyinf.ru. Retrieved from https://files.stroyinf.ru/Data/37/3761.pdf [in Russian].

5. Informatsionnyie materialyi VNIIVID [Information materials] (2013). Moskow [in Russian].

6. Mandryikin, S.A. (1983). Remont elektrodvigateley [Repair of electric motors. Second edition, revised and supplemented]. (2d ed.). Moskow: Energoatomizdat [in Russian].

7. Tetyanich, I.K., Orlova, L.V. Patent H02K5/16 (1995). Sredstva dlya krepleniya podshipnikov, naprimer izoliruyuschaya opora, sredstva dlya ustanovki podshipnika v schite (magnitnyie podshipniki H02K 7/09) [Patent H02K5 / 16. Means for mounting bearings, for example an insulating support, means for mounting a bearing in a shield (magnetic bearings H02K 7/09)] [in Russian].

8. Serdeshnov, A.P. (2008). Remont elektrooborudovaniya v 2-h chastyah [Repair of electrical equipment in 2 parts.]. Minsk. [in Russian].

9. Kopyilov, I.P. (2011). Proektirovanie elektricheskih mashin [Design of electrical machines]. Moskow: Yurayt izd.4 [in Russian].

10. Materialyi NIPTIEM. (2015) [Materials NIPTIEM]. Vladimir [in Russian].

GOST Style Citations

  1. Гортинский В. В., Демский А. Б., Борискин М. А. Процессы сепарирования на зерноперерабатывающих предприятиях. Москва: Колос, 1980. 304 с.
  2. 2. Малис А.Я., Демидов А.Р. Машины для очистки зерна воздушным потоком. Москва: Машгиз, 1962.
  3. 3. Нелюбов А.И. Пневмосепарирующие системы сельскохозяйственных машин / А.И. Нелюбов, Е.Ф. Ветров. Москва : Машиностроение, 1967. 190 с.
  4. 4. Матвєєв А.С. Движение частицы зерновых материалов в пневмосепарирующем канале. Доклады ВАСХНИЛ. 1972. №5. С.41-44.
  5. 5. Степаненко С.П., Котов Б.І. Дослідження закономірностей руху компонентів зернового матеріалу під час пневмогравітаційного фракціонування у вертикальному каналі. Механізація та електрифікація сільського господарства: загальнодерж. зб. 2018. Вип. №7 (106). С.82-89.
  6. 6. Степаненко С.П., Котов Б.І., Спірін А.В. До питання математичного опису руху вимолоченого насіння в кільцевому каналі змінного перерізу. Механізація сільськогосподарського виробництва: вісник ХНТУСГ ім. П. Василенка. 2017. Вип. 180. С. 330-339.
  7. 7. Зуев Ф.Г. Пневматичесткое транспортирование на зерноперерабатывающих предприятих. Москва: Колос,1976. 344с.
  8. 8. Богомолов А.В. Учет вращения частицы зерновой смеси при движении ее в воздушном потоке. 2002. Вип.9. С.5-13.
  9. 9. Ольшанський В. П., Ольшанський С.В. О траектории полета вращающейся сферичиской частицы. Вісник ХНТУСГ. 2009. Вип.88. С.54-61.
  10. 10.Онищенко Б.П. Теоретичні дослідження процесу осідання краплі. Сільськогосподарські машини. 2009. Вип18. С.330-340.
  11. 11.Барский М.Д. Фракционирование порошков . Москва. Недра, 1980. 327 с.
  12. 12.Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. / Г. Шлихтинг пер. с немецкого. Москва: «Наука», 1974. 711 с.
  13. 13.Степаненко С. П., Котов Б. І., Спірін А. В. До питання математичного опису руху вимолоченого насіння в кільцевому каналі змінного перерізу. Вісник ХНТУСГ ім.П.Василенка. 2017. Вип. 180 С. 330–339.
  14. 14.Stepanenko S. P. Research pneumatic gravity separation grain materials. Mechanization in Agriculture, conserving of the resources: International Scientific Journalsof Scientific Technical Union of Mechanical Engineering “Industry 4.0”. Bulgarian, 2017. Vol. 63. Issue 2. S. 54–56.
  15. 15.Моделювання технологічних процесів в типових об’єктах післязбиральної обробки і зберігання зерна (сепарація, сушіння, активне вентилювання, охолодження): монографія / Б. І. Котов та ін. Ніжин: Видавець ПП Лисенко М. М., 2017. 552 с.
  16. 16.Stepanenko S. Experimental study in a pneumatic microbiocature separator with apparatus camera / S.Stepanenko, Rogovskii, I., Titova, L., Trokhaniak, V., Trokhaniak, O. In: Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, 2019. Vol. 12 (61), No. 1. pp. 117-128.
  17. 17.Stepanenko S.P. Experimental studies on drying conditions of grain crops with high moisture content in low-pressure environment / Stepanenko S.P, Rogovskii I.L., Titova L.L., Trokhaniak V.I., Solomka O.V., Popyk P.S., Shvidia V.O. INMATEH - Agricultura lEngineering . Jan-Mar 2019, Vol. 57 Issue 1, pр. 141-146.
  18. 18.Research in to the process of loading the surface of a vibrosieve when a loose mixture is fed unevenly /Piven, M., Volokh, V., Piven, A., Kharchenko, S. // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol 6, № 1 (96). P.62-70. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.149739
  19. 19.The influence of basic parameters of separating conveyor operation on grain cleaning quality / O. Vasylkovskyi, K. Vasylkovska, S. Moroz, M. Sviren, L. Storozhyk. INMATEH - Agricultural Engineering – Romania, Bucharest: INMA. 2019. Vol. 57, No.1. 63-70.
  20. 20.Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding/ O.V. Nesterenko, S.M. Leshchenko, O.M. Vasylkovskyi, D.I. Petrenko. INMATEH - Agricultural Engineering – Romania, Bucharest: INMA. 2017. Vol. 53, No.3. 65-70.
Copyright (c) 2019 Borys Kotov, Sergiy Stepanenko