Системы термометрии для зернохранилищ с плоскими и наклонными полами

Схема размещения термоподвесок в складе, а также количество датчиков изложены в статье «Практична термометрія в зерносховищах з пласкою і похилою підлогами» Просяник А.В., кандидат технічних наук, Хом`як В.С., ДНВП "Ельдорадо", м. Дніпропетровськ // «Хранение и переработка зерна» № 4 березень 2003 р. ст.43-45, а именно:

Научное обоснование и создание технологически эффективных систем контроля температуры зерна в складах является комплексным и сложным заданием направленным на достижение следующих целей: недопущение снижения качества и потерь зерна за счет самосогревания, снижение затрат энерго-и трудоресурсов связанных с обработкой, перемещением зерна, а также, собственно контролем температуры зерна.

В данной статье изложены результаты опыта ГНПП "Эльдорадо" в разработке новых систем и технических средств контроля температуры зерна в зерновых насыпях складов и технологически эффективных технических средств их реализации, а именно: разработка термоподвесок и приборов цифрового отображения и учета температуры, как в ручном, так и в автоматическом режиме с применением компьютера, что в свою очередь, входит в решение задачи высшего уровня - [1] создание АСУ ТП зернохранящих предприятий.

Для выявления причин полного отсутствия стационарных технических средств эффективного контроля температуры хранящегося зерна в складах различных типов, а также получение исходных данных, характеризующих объект применения - склад, и необходимых для создания таких технических средств, было проведено обследование около ста складов хлебозаготовительных пунктов и комбинатов хлебопродуктов различных форм собственности, во всех регионах Украины. В настоящее время в хлебозаготовительных предприятиях эксплуатируются склады размером 20 х 62 м., построеные еще 40-50 лет назад. Стены из кирпича, двухскатная шиферная крыша; балки перекрытия, опоры крыши (10 рядов) и верхней галереи, как и сама галерея - деревянные. Все склады конструктивно делятся на склады с плоскоими и наклонными полами. В склад с плоским полом нормативной емкостью 3.5 тыс. тонн, высота насыпи зерна достигает 5.5 м. В складах с наклонным полом емкостью 6 тыс. тонн типа НП-9, высота насыпи зерна достигает 11.3 м. Примерно половина складов с плоским полом и все склады с наклонным полом механизированные, т.е. загрузка склада проводится ленточным конвейером с верхней галереи, а разгрузка - конвейером нижней галереи. Склады без нижней галереи разгружают с использованием автопогрузчиков типа КШП и автотранспорта.

Склады, по сравнению с силосами элеваторов, значительно более открыты для проникновения влаги в насыпь зерна через оконные и дверные проемы, шиферную кровлю, из почвы через асфальтное покрытие пола, что приводит к созданию условий интенсивного самосогревания зерна и ухудшению его качества. Тем не менее, в практике зернохранения есть неединичные случаи, когда температура зерна в складах совсем не контролируется в течение всего времени его хранения, то есть до сих пор действует "социалистическое" представление о дармовой безграничности ресурсов. Правда, метод ручного контроля температуры с помощью термоштанг, который применяется на большинстве складов зернозаготовительных предприятий, трудно квалифицировать как эффективный, а результаты измерения температуры считать достоверными. Это можно доказать, проанализировав особенности эксплуатации наиболее распространенного и официально разрешенного для применения "Измерителя  температуры  штангового  переносного" ИТШП-02.

Но перед этим приведем анализ научно обоснованных [2] и подтвержденных практикой внедрений результатов исследований, касающихся:
а) определения схемы пространственного расположения зон контроля температуры в объеме зерновой насыпи;
б) определения специализированных требований к термоподвескам которые могут быть установлены в складах;
в) определения схем монтажа термоподвесок в складах с плоскими и наклонными полами и связанные с этим технологические требования к порядку загрузки партий зерна в склады всех типов.

Для получения таких результатов были исследованы все существенно важные факторы, определяющие температурный режим хранения зерна в виде зерновой насыпи в условиях складов.

Процесс формирования партий зерна по качеству, влажности, засоренности и т.п., которое загружается на хранение играет важную роль при определении вышеуказанных параметров.

В последние годы, из-за раздробленности поставщиков зерна в зерноприемные предприятия, довольно трудно формировать однородные партии зерна на хранение в одном складе. Поэтому, как правило, контролируемая по температуре среда на складе представляет собой зерновые насыпи сформированные в виде куч зерна конической формы, состоящие из наложенных друг на друга слоев зерна, которые размещаются по наклонной плоскости, ограниченной геометрической формой склада и отличаются между собой влажностью, температурой и качеством зерна.

Схема пространственного расположения зон контроля температуры определяется величиной радиуса зон чувствительности (r) - максимального расстояния от датчика до средней плоскости (оси, центра) источника самосогревания, при которой датчик еще реагирует на повышение температуры до того как наступило ухудшение качества зерна, то есть температуры 35 °С. Источником самосогревания является слой зерна одной партии повышенной физиологической активности. Температурное поле в таком слое развивается одинаково во всех точках, достигая максимального значения 54 °С, когда слой зерна "выгорает", в то время как в соседнем верхнем слое зерна температура достигает лишь 35 °С. Тепло от источника самосогревания передается путем теплопроводности до тех пор пока температура в нем не достигнет 35-40 °С.

  В результате комплексного учета теплопроводности зерна различных культур, технологических средств и условий формирования партий зерна и его подготовки для сохранения было определено, что по высоте зерновой насыпи зоны контроля температуры (датчики) нужно располагать с интервалом равным двойной величине радиуса чувствительности 2r=1.3-2м. Для реальных условий эксплуатации складов в привязке к их геометрическим размерам разработана и представлена ​​на рисунке схема пространственного расположения зон контроля температуры. Этой схемы достаточно для определения оптимального количества зон контроля (датчиков) в термоподвеске и количества термоподвесок необходимых для оснащения одного склада.

Схема расположения зон контроля температуры в поперечном сечении: а) склады с плоским полом; б) склады с наклонным полом; в) в продольном сечении для обоих типов складов.

Таким образом, для эффективного контроля температурного поля зерновой насыпи в складе с плоским полом, необходимо контролировать температуру в пределах 70-168 пространственных зон; в складе с наклонным полом нужно контролировать температуру в пределах 110-264 пространственных зон. И если количество зон контроля температуры в поперечном сечении склада должна быть постоянной: для склада с плоским полом - 7 зон контроля, а для склада с наклонным полом - 11 зон контроля, то количество таких поперечных сечений, которые определяют количество термоподвесок может находиться в пределах от 10 до 24 рядов.

При наличии 24 поперечных рядов зон контроля термоподвесок нет никаких ограничений для организации технологической схемы загрузки склада. При использовании менее 24 рядов термоподвесок, нужно в зерновой насыпи склада формировать кучи зерна вдоль склада таким образом, чтоб поперечное сечение зон контроля температуры проходило через верхушку кучи, т.е. сброс зерна из верхнего конвейера нужно выполнять четко над вертикально закрепленной термоподвеской.

Теперь вернемся к анализу ручного контроля температурного поля в складе с помощью термоштанги. Если тратить на одно измерение 15 мин. (с учетом времени, необходимого для достижения датчиком температуры зерна), то весь процесс измерения температурного поля в складе с плоским полом займет 42 час., а в складе с наклонным полом - 66 часов физического труда оператора на поверхности зерновой насыпи зимой на морозе с термоштангами весом до 5 кг. Мало того, при длине рабочей части термоштанги в пределах 3 м., даже при том что оператор сможет погрузить термоштангами на максимальную глубину, температуру нижних слоев зерна в зерноскладе с наклонным полом контролировать вообще невозможно.

Применение известных термоподвесок ТП-1М (АЛД 2.825.000), которые выпускало НПО "Промавтоматика", г. Житомир, для стационарного контроля температуры зерна в складах практически невозможно по следующим причинам. Термоподвеска громоздкая и из-за своих конструктивных особенностей при выпуске зерна способствует возникновению осевой нагрузки до 700 кг. на точку крепления, а в складе это деревянная балка перекрытия склада. А для того, чтобы реализовать эффективный контроль температуры насыпи зерна в поперечном сечении нужно использовать 3 термоподвески. Учитывая приведенное обоснование количества зон контроля, на один склад нужно использовать не менее 30-ти термоподвесок, которые при выпуске зерна могут создать аварийное нагрузки на перекрытия склада механизированного типа. В складах немеханизированного типа термоподвески ТП-1М, в случае их использования, будут мешать работе автопогрузчиков и автотранспорта.

В 2001 г. в ГНПП "Эльдорадо" была проведена разработка комплекта зонного контроля температуры (ЗКТ) для складов. В состав ЗКТ входит цифровой термометр ЗЕТ-7(11) и специализированная Термоподвеска ТПЗ-7(11)

Конструктивно термоподвеска состоит из трех звеньев кабель соответствующей длины смонтированных в одном стандартном соединителе. В каждое звено термоподвески вмонтировано необходимое количество стандартных герметичных датчиков.

Питание ЗЕТ осуществляется из автономного источника постоянного тока напряжением от 5В до 10В. Конструктивно ЗЕТ-7(11) представляет собой переносной прибор в металлическом корпусе, к которому во время измерения температуры через стандартный соединитель присоединяется термоподвеска. Выбор зоны контроля оператор осуществляет переключателем, который входит в состав термометра.

Унификация термоподвесок предусматривает применение одного термометра ЗЕТ-7(11), независимо от общего количества зон контроля температуры.

Общее время контроля температурного поля склада с наклонным полом типа НП-9 не превышает 40 мин.

Электрическая схема и конструктивное исполнение термоподвесок ТПЗ-7(11) позволяет объединять их через коммутатор на информационную шину для организации компьютерной системы термометрии.

В настоящее время комплекты зонного контроля температуры внедрены и эксплуатируются в механизированных складах с плоскими и наклонными полами зерноприемных предприятий Запорожской и Кировоградской областей.

Литература

1. Просяник А.В., Соснин К.В., Клабуков В.Ф., Мельниченко П.И. От локальных задач автоматизации к интегрированной АСУ комбината хлебопродуктов. // Хранение и переработка зерна, № 4, 2002 г.

2. Сергунов  В.С.  Повышение  эффективности  контроля  за  процессом  хранения  зерна  в  хранилищах  разного  типа  // Элеваторная  промышленность. Экспресс-информация. Выпуск  7 . М. 1985 г.