Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

COMPARISON OF THE RESULTS OF THEORETICAL STUDIES WITH EXPERIMENTAL REGULATORY AIRFLOW FLOW THROTTLING THE AIR PASSAGE DEVICES

Saitov V.E. 1 Suvorov A.N. 1
1 Agricultural Research Institute of the North-East
1695 KB
The quality of cleaning grain material from impurities in the air separators grain essentially depends on the accuracy of the installation of speed limits in the air duct (UCS). To regulate the air flow rate of different ways, but the most common is to regulate the airflow by means of rotary valves, as the most simple to manufacture and operate. Obtained by the method of theoretical construction of the rotary valve flow characteristics according to the type and parameters of the generator air flow, and their design features a pneumatic separator and damper. In this paper compares the theoretical flow rate characteristics of deaf and perforated rotary valves and flow characteristics of these devices obtained experimentally. Comparison was based on the theoretical results in penetration of the tolerance of experimental data (selected in the tolerance range of ± 10 % of the results obtained) and by the method of statistical hypothesis testing of two samples supplies the same general population criterion signs. To check for the ingress of the theoretical results in the field of tolerance built the experimental error data. To test the hypothesis accessories samples the same general population difference considered experimental and theoretical values are calculated and the number of positive results. Then the table is the critical value corresponding to the specified level of significance and the resulting number of positive differences. The critical value is compared with a predetermined volume of sample and concluded to accept or reject the hypothesis. Verification shows that the theoretical description of the expenditure is in good agreement with the experimental data. So the theoretical methodology receiving the rotary valve flow characteristics should be applied in improving existing and developing new pnevmosepariruyuschih devices.
air flow
air flow control
pneumatic separator
grain cleaning machine
metering characteristic damper
air channel for separation of grain

Качество очистки зернового материала в пневматическом сепараторе во многом зависит от точности установки скорости υв воздушного потока в пневмосепарирующем канале (ПСК) [4, 5, 9, 12].

В основном для регулирования скорости υв воздушного потока в ПСК зерно- и семяочистительных машин применяют глухие поворотные заслонки, вследствие простоты конструкции и изготовления [3, 6, 7, 8, 10, 14].

Расходная характеристика такого регулятора расхода воздуха зависит от особенности работы генератора воздушного потока и сопротивления пневмосистемы зерноочистительной машины. С учетом типа и параметров вентилятора, конструкции пневмосистемы и конструкционных особенностей заслонки получена физико-математическая модель работы регулятора расхода воздуха в пневмосистеме зерноочистительной машины [11, 13].

Разработанный метод расчета расходной характеристики регулятора расхода воздуха дает возможность построения простых устройств автоматического регулирования скорости υв воздушного потока с помощью дроссельных устройств в пневмосистемах зерноочистительных машин. При этом для оценки соответствия результатов теоретических исследований по регулированию скорости воздушного потока в ПСК зерноочистительной машины дроссельными устройствами требуется сравнительный анализ с экспериментальными данными.

Цель исследования

Целю исследований является проверка соответствия результатов теоретических исследований по разработке метода расчета расходной характеристики регулятора расхода воздуха с экспериментальными данными регулирования скорости воздушного потока в ПСК зерноочистительной машины.

Материалы и методы исследования

Для сравнительного анализа расчетных и опытных данных изменения относительного расхода μв воздуха в ПСК зерноочистительной машины, приведенных в работе [15], выбраны поворотные двухплечие глухая и перфорированная заслонки c углом поворота α = 80 °, соответствующим полному перекрытию проходного сечения воздухоподводящего канала. Ширина l каждого прямоугольного отверстия перфорированных пластин заслонки имела значение 0,028 м, а ее максимальный коэффициент μЗmax живого сечения составлял 0,36. Проверку гипотезы о соответствии результатов теоретических исследований с экспериментальными данными осуществляли с принятием области поля допуска различия экспериментальных данных в пределах ± 10 % и по методу проверки статистической гипотезы о принадлежности двух выборок одной генеральной совокупности по критерию знаков. При соответствии расчетных значений в области допуска различия экспериментальных данных и гипотезы по критерию знаков разработанный метод расчета расходной характеристики регуляторов расхода воздуха в пневмосистемах зерноочистительных машин принимается.

Результаты исследования и их обсуждение

Расходные характеристики изучаемых регуляторов расхода воздуха представлены на рис. 1, 2 и 3. На представленных графиках также выделена штриховкой серого цвета область поля допуска различия экспериментальных данных в принятых пределах ± 10 % согласно методики проверки соответствия результатов теоретических исследований с экспериментальными данными.

Опытные данные зависимости относительного расхода μв воздуха глухой двухплечей заслонки от угла α ее поворота в воздухоподводящем канале описываются уравнением (рис. 1)

saitov01.wmf, saitov02.wmf; (1)

а расчетные значения данного регулятора выражаются следующей зависимостью

saitov03.wmf,

saitov04.wmf; (2)

sait1.tif

Рис. 1. Зависимости относительного расхода μв воздуха глухой двухплечей заслонки от угла α ее поворота в воздухоподводящем канале: – – – – – экспериментальные данные; –––––– – теоретические данные; sait1a.wmf – область поля допуска различия экспериментальных данных

Анализируя обе полученные зависимости (1) и (2) следует отметить, что при перекрытии воздухоподводящего канала до 40 ° расчетные значения относительного расхода μв воздуха в ПСК находятся в пределах области поля допуска различия экспериментальных данных для глухой поворотной заслонки. Максимальное отклонение теоретических данных от экспериментальных в этом случае составляет 11,94 %.

При дальнейшем повороте заслонки теоретические данные находятся за пределами области поля допуска различия опытных данных. В этом случае теоретическая зависимость μв = f(α) находится ниже границы области поля допуска различия экспериментальных данных. Такое расхождение обусловлено тем, что при повороте глухой заслонки в зазоре между ее пластиной и стенкой воздухоподводящего канала возникает инжекционный эффект, а потому показатели функции μв = f(α) экспериментальных данных выше расчетных.

В расчетной расходной характеристике заслонки данное явление не учтено ввиду отсутствия информации в технической литературе. Кроме того, расчетная расходная характеристика μв = f(α) получена для заслонки с углом полного перекрытия воздухоподводящего канала установки α = 90 °. Это связано также с тем, что в современной технической литературе отсутствуют данные для расчета расходной характеристики глухой поворотной заслонки с другими углами полного перекрытия канала.

В тоже время расчетные значения μв от нижней границы области поля допуска различия экспериментальных данных незначительны и при α = 50, 60, 70 и 80 ° составляют 0,10; 0,08; 0,08; и 0,06 соответственно. Поэтому расчетные значения μв = f(α) для глухой поворотной заслонки вполне сопоставимы с полученными экспериментальными данными.

Для проверки гипотезы о том, что уравнения (1) и (2) задают одну и туже зависимость в статистическом смысле воспользуемся критерием знаков [1]. Вычислим значения μв с шагом 5 ° по формулам (1) и (2), затем найдем разности экспериментальных и теоретических значений (μв экспер. – μв теорет.), из них количество N разностей не равных нулю составляет 15, а количество положительных разностей m = 5. По таблице [2] найдем критическое значение числа испытаний Nкрит., соответствующее заданному уровню значимости 0,05 и m: Nкрит. (0,05; 5) = 18. Вследствие того, что Nкрит. > N, то гипотеза о совпадении уравнений (1) и (2) принимается.

Расходная характеристика μв = φ(α) поворотной двухплечей перфорированной заслонки, представленная на рис. 2, описывается уравнением

saitov05.wmf, saitov06.wmf, (3)

а расчетная расходная характеристика данного регулятора выражается зависимостью

saitov07.wmf, saitov08.wmf. (4)

Из полученных зависимостей (3) и (4) следует, что расчетные значения перфорированной заслонки при перекрытии воздухоподводящего канала установки (μЗ = 0,36) находятся в области поля допуска различия экспериментальных данных. Отклонение теоретических данных от экспериментальных составляет 1,02…8,33 %. Только при α = 80 ° данные отклонения возрастают до 15,38 %. Однако расчетное значение μв при α = 80 ° отличается от нижней границы области поля допуска различия экспериментальных данных совершенно незначительно, которое составляет 0,025.

sait2.tif

Рис. 2. Зависимости относительного расхода μв воздуха перфорированной заслонки от угла α поворота ее в воздухоподводящем канале при коэффициенте живого сечения μЗ = 0,36: – – – – – экспериментальные данные; –––––– – теоретические данные; sait1a.wmf – область поля допуска различия экспериментальных данных

Следует отметить, что теоретические значения μв меньше опытных. Такой характер зависимости μв = φ(α) обусловлен тем, что через жалюзи заслонки при ее установке на угол α = 80 ° в канале вследствие появления в них инжекционного эффекта истекает большее количество воздуха. Данное явление из-за отсутствия в научной литературе необходимой информации не было учтено при получении теоретической зависимости μв = φ(α).

sait3.tif

Рис. 3. Зависимости относительного расхода μв воздуха перфорированной заслонки от коэффициента saitov14.wmf перекрытия ее отверстий: – – – – – экспериментальные данные; –––––– – теоретические данные; sait1a.wmf – область поля допуска различия экспериментальных данных

При дальнейшем перекрытии канала перфорированной заслонкой с уменьшением ее начального коэффициента μЗ живого сечения с 0,36 до 0 (или изменением коэффициента saitov09.wmf перекрытия ее отверстий с 0 до 0,36) ее расходная характеристика описывается уравнением (рис. 3)

saitov10.wmf, saitov11.wmf, (5)

а расчетные значения этого регулятора в данном случае выражаются следующей зависимостью

saitov12.wmf,

saitov13.wmf, (6)

Следует отметить, что при saitov15.wmf = 0 различие опытных и расчетных данных составляет 15,38 %, при этом расчетное значение μв от нижней границы области допуска экспериментальных данных отличается только на 0,025. В остальной области изменения saitov16.wmf расчетные значения зависимости μв = ψ(saitov17.wmf) находятся в области допуска различия экспериментальных данных.

Выводы

Таким образом, результаты теоретических исследований по расчету расходных характеристик поворотных двухплечих глухой μв = f(α) и перфорированной μв = φ(α) и μв = ψ(saitov18.wmf) заслонок согласуются с полученными экспериментальными данными отмеченных регуляторов расхода воздуха. Разработанный метод расчета расходных характеристик регуляторов расхода воздуха может применяться при создании новых технологических схем пневматических сепараторов зерна.