糧食烘干機(jī)用冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)

◎ 王 猛，姚會玲，黃施凱，王棟梁

（中糧工程裝備無錫有限公司，江蘇 無錫 214064）

隨著糧食生產(chǎn)全程機(jī)械化水平的提高，糧食產(chǎn)后的糧食烘干工段成為打通糧食全程機(jī)械化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。糧食機(jī)械化烘干需要熱源提供熱量，通過加熱除去糧食中的水分，從而降低糧食的含水率，達(dá)到烘干糧食的目的。稻谷與干燥介質(zhì)之間進(jìn)行濕熱交換，由于是處在降速干燥階段，稻谷顆粒內(nèi)部存在溫度梯度與水分梯度，使稻谷不同部位之間存在不均勻收縮，導(dǎo)致應(yīng)力產(chǎn)生[1]。因此稻谷合理干燥工藝參數(shù)的選擇一直是我國谷物干燥研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。稻谷是由不同成分組成的復(fù)合體，又是熱敏性物料，干燥速度過快或參數(shù)選擇不當(dāng)很容易產(chǎn)生爆腰[2-3]。CNOSSEN等[4]論述了稻谷烘干和緩蘇工藝的操作要求、干燥介質(zhì)溫度和降水速率對稻米品質(zhì)的影響。烘干后的糧食品質(zhì)是檢驗(yàn)糧食烘干工藝及設(shè)備好壞的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，影響糧食烘后品質(zhì)的因素有多種，其中進(jìn)入烘干機(jī)和糧食接觸的熱風(fēng)溫度是最關(guān)鍵的一種。如果進(jìn)風(fēng)溫度過高，糧食內(nèi)部的結(jié)合水滲透不出來，會造成稻谷爆腰或者裂紋，影響稻谷的出米率，甚至影響種子的發(fā)芽率等指標(biāo)。如果進(jìn)風(fēng)溫度過低，糧食烘干速率會大幅降低，影響烘干效率，特別是陰雨天氣會使更多糧食來不及烘干而發(fā)生霉變，造成糧食豐產(chǎn)不豐收。進(jìn)入烘干機(jī)的熱風(fēng)溫度要求比較嚴(yán)格，烘干種子時，進(jìn)入烘干機(jī)的熱風(fēng)溫度一般要求40～45 ℃；烘干商品糧時，進(jìn)入烘干機(jī)的熱風(fēng)溫度一般要求55～60 ℃。此外，烘干的整個過程進(jìn)入烘干機(jī)的熱風(fēng)溫度精度要控制在±3 ℃。本文將設(shè)計(jì)一種循環(huán)式烘干機(jī)用的熱風(fēng)混合裝置，確保進(jìn)入烘干機(jī)的熱風(fēng)溫度合適并長期穩(wěn)定，滿足糧食烘干的基本需求。

1 糧食烘干機(jī)用冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置

1.1 結(jié)構(gòu)與工作原理

熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置的基本構(gòu)造見圖1，該裝置主要由比例調(diào)節(jié)執(zhí)行器、熱風(fēng)管道、熱風(fēng)調(diào)節(jié)門、冷風(fēng)管道、冷風(fēng)調(diào)節(jié)門、擋風(fēng)錐帽、溫度傳感器以及控制系統(tǒng)（與烘干系統(tǒng)融合）組成。熱風(fēng)調(diào)節(jié)門1位于熱風(fēng)管道4頂端，熱風(fēng)調(diào)節(jié)門1與熱風(fēng)管道的頂端固定連接；擋風(fēng)錐帽5位于熱風(fēng)管道4底端；熱風(fēng)管道4底端和擋風(fēng)錐帽5插入冷風(fēng)管道7中；冷風(fēng)調(diào)節(jié)門3位于冷風(fēng)管道7頂端，冷風(fēng)調(diào)節(jié)門3分別與冷風(fēng)管道7頂端和熱風(fēng)管道4外壁固定連接；比例調(diào)節(jié)執(zhí)行器2固定安裝熱風(fēng)管道4的外壁上；比例調(diào)節(jié)執(zhí)行器2連接控制熱風(fēng)調(diào)節(jié)門1；溫度傳感器6通信連接比例調(diào)節(jié)執(zhí)行器2；溫度傳感器6位于冷風(fēng)管道7底端的內(nèi)壁上。熱風(fēng)通道上端設(shè)有導(dǎo)風(fēng)板；導(dǎo)風(fēng)板8一端與熱風(fēng)通道口上端連接，導(dǎo)風(fēng)板8的另一端向熱風(fēng)管道5外壁一側(cè)伸展，可以使熱風(fēng)在導(dǎo)風(fēng)板8的導(dǎo)流下向下流動。冷風(fēng)調(diào)節(jié)門3上設(shè)有手動調(diào)節(jié)把手，在熱風(fēng)調(diào)節(jié)閥門1自動調(diào)節(jié)的過程中，可以通過手動的方式調(diào)節(jié)冷風(fēng)調(diào)節(jié)門3的風(fēng)量大小，配合熱風(fēng)調(diào)節(jié)閥門1工作，熱風(fēng)調(diào)節(jié)門1的閥門為蝶閥。

圖1 冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置簡圖

當(dāng)烘干機(jī)開啟烘干作業(yè)后，控制系統(tǒng)向冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置發(fā)出指令，比例調(diào)節(jié)執(zhí)行器2接收到指令，立即將熱風(fēng)調(diào)節(jié)門1全部打開，熱風(fēng)爐提供的熱風(fēng)通過熱風(fēng)管道4進(jìn)入冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置，熱風(fēng)從熱風(fēng)調(diào)節(jié)門1中的蝶閥進(jìn)入，從熱風(fēng)管道4導(dǎo)向經(jīng)裝有擋風(fēng)錐帽5的熱風(fēng)通道，從熱風(fēng)通道四周的出風(fēng)口向四周噴出，與從冷風(fēng)調(diào)節(jié)門3進(jìn)入的冷風(fēng)充分混合，混合后的冷熱風(fēng)吹向溫度傳感器6，比例調(diào)節(jié)執(zhí)行器2根據(jù)溫度傳感器的反饋數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)熱風(fēng)調(diào)節(jié)門1的開度，使混合后的冷熱風(fēng)達(dá)到并穩(wěn)定在設(shè)定溫度，進(jìn)行烘干作業(yè)，待一批次的烘干作業(yè)結(jié)束后，烘干機(jī)控制系統(tǒng)將對比例調(diào)節(jié)執(zhí)行器2發(fā)出指令，比例調(diào)節(jié)執(zhí)行器2將立即關(guān)閉熱風(fēng)調(diào)節(jié)門1，阻斷熱風(fēng)繼續(xù)進(jìn)入烘干機(jī)，防止糧食過度烘干，影響糧食品質(zhì)。若一臺熱風(fēng)爐僅為一臺烘干機(jī)提供熱量，這時熱風(fēng)爐隨之停止熱量供應(yīng)；若一臺熱風(fēng)爐向多臺烘干機(jī)提供熱量，則僅需關(guān)閉單臺熱風(fēng)混合裝置的熱風(fēng)調(diào)節(jié)門1即可，其他冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置正常工作。

1.2 主要結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)

列出的性能參數(shù)根據(jù)30 t/批次循環(huán)式糧食烘干機(jī)設(shè)計(jì)，計(jì)算依據(jù)見表1。通過計(jì)算并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)值[5]，得出冷風(fēng)調(diào)節(jié)門進(jìn)風(fēng)面積設(shè)計(jì)最大值約為0.537 m2，開啟大小根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)匹配的烘干機(jī)尺寸，本文的冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置外形尺寸為Φ1 200 mm×950 mm（高度）。

表1 計(jì)算及性能參數(shù)表

1.3 現(xiàn)場使用情況及使用效果

熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置已經(jīng)在江蘇農(nóng)墾、安徽農(nóng)墾、糧食儲備庫等多個項(xiàng)目中使用，其中江蘇農(nóng)墾黃海農(nóng)場用于種子烘干線，共12臺烘干機(jī)配套使用，設(shè)定溫度為48 ℃，使用效果如圖2所示。使用過程中，烘干機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)反饋的信息，通過比例調(diào)節(jié)執(zhí)行器動態(tài)控制熱風(fēng)量大小，每臺烘干機(jī)混合后熱風(fēng)溫度控制在設(shè)定值，偏差值為±0.5 ℃。控制方便快捷、溫度穩(wěn)定，烘后的種子發(fā)芽率符合客戶要求，得到客戶一致好評。現(xiàn)場使用照片見圖3，聯(lián)動控制見圖4。

圖2 冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置的實(shí)時反饋數(shù)值圖

圖3 現(xiàn)場使用照片圖

圖4 聯(lián)動控制圖

2 冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置使用注意事項(xiàng)

①冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置在工藝方案中被設(shè)置在熱風(fēng)爐和烘干機(jī)之間，一般與熱風(fēng)爐出風(fēng)輸送管道和烘干機(jī)進(jìn)風(fēng)管道連接，故冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置需根據(jù)匹配的機(jī)型設(shè)計(jì)連接方式。②根據(jù)烘干機(jī)配置的風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓大小，選擇是否在熱風(fēng)爐出風(fēng)處配置熱風(fēng)送風(fēng)風(fēng)機(jī)，且保證輸送的熱風(fēng)到達(dá)烘干機(jī)進(jìn)口處是微正壓狀態(tài)。③冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置與烘干機(jī)的控制系統(tǒng)聯(lián)動作業(yè)，在冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置電氣接線完成后，一定要在現(xiàn)場進(jìn)行熱風(fēng)調(diào)節(jié)門的動作檢查，查看當(dāng)烘干機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出開機(jī)指令時，熱風(fēng)調(diào)節(jié)門是否處于開啟狀態(tài)。當(dāng)烘干機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出關(guān)機(jī)指令時，熱風(fēng)調(diào)節(jié)門是否處于關(guān)閉狀態(tài)，并檢查熱風(fēng)調(diào)節(jié)門處于關(guān)閉狀態(tài)時的密封情況，是否有漏風(fēng)情況。如果開關(guān)動作連接線接反或者熱風(fēng)調(diào)節(jié)門密封情況不好，當(dāng)烘干作業(yè)結(jié)束后，繼續(xù)有熱風(fēng)進(jìn)入烘干機(jī)本體，因?yàn)橛晏靵聿患芭懦龌蛘邥捍嬗诤娓蓹C(jī)機(jī)內(nèi)的干燥糧食一直處于再烘干狀態(tài)，損害糧食品質(zhì)，甚至?xí)驗(yàn)榧Z食溫度過高而引起火災(zāi)，在實(shí)際使用中發(fā)生過類似情況，使用者一定要引起重視。④檢測混合后熱風(fēng)溫度的傳感器，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行位置調(diào)整。在開機(jī)調(diào)試時，選擇合適位置靜置2 h左右，溫度波動在±3 ℃，即認(rèn)為位置合適。⑤夏季小麥烘干季的室外溫度高，最高可超過30 ℃，秋季稻谷烘干季的室外溫度低，最低可達(dá)0 ℃，所以冷風(fēng)調(diào)節(jié)門的開啟面積要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)，保證進(jìn)入烘干機(jī)的熱風(fēng)溫度及風(fēng)量能滿足烘干作業(yè)的要求。⑥調(diào)節(jié)冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)面積時，可同時調(diào)節(jié)對角線上兩扇開關(guān)的開閉程度，保證四周的進(jìn)風(fēng)量均勻，且混合效果佳。⑦為了降低熱量損失，熱風(fēng)管道及冷風(fēng)管道外壁均需采取保溫措施，保溫材料及保溫方法均參照熱風(fēng)爐熱風(fēng)輸出管道選材和制作，在明顯位置張貼防燙傷警示標(biāo)識。

3 結(jié)語

烘干溫度直接影響烘干品質(zhì)，糧食品質(zhì)要求的提高對烘干機(jī)的烘干溫度控制有了更高的要求。冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置可以取代過去人工控制溫度的方式，降低工人工作強(qiáng)度，節(jié)約人工成本，實(shí)時監(jiān)測調(diào)節(jié)溫度，比人工控制更加可靠。冷熱風(fēng)混合調(diào)節(jié)裝置主要與熱風(fēng)型烘干機(jī)配套使用，使烘干機(jī)能在設(shè)定溫度下安全可靠地工作，從而保障糧食安全。