04. Технология мониторинга и управления воздушными потоками внутри металлического силоса при хранении зерна / А. С. Разворотнев, Ю. Д. Гавриченков

Печать

УДК 631.243.3:664.72

DOI: 10.15507/2658-4123.030.202002.232-253

Технология мониторинга и управления воздушными потоками внутри металлического силоса при хранении зерна

Разворотнев Александр Сергеевич
старший научный сотрудник ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт зерна и продуктов его переработки» (127434, Россия, г. Москва, Дмитровское ш., д. 11), кандидат технических наук, доцент, Researcher ID: AAH-1423-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3957-041X, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Гавриченков Юрий Дмитриевич
старший научный сотрудник ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт зерна и продуктов его переработки» (127434, Россия, г. Москва, Дмитровское ш., д. 11), кандидат технических наук, доцент, Researcher ID: AAG-8142-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5590-8997, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. Сохранение урожая зерновых в металлических силосах с плоским дном не представляется возможным без мониторинга и управления воздушными потоками во внутреннем объеме. В силосах с неуправляемыми потоками воздуха происходит перераспределение влаги и дополнительное увлажнение поверхностного слоя, что приводит к потерям около 2 % зерна. Целью работы является разработка технологии, исключающей увлажнение поверхностного слоя зерна при хранении в металлических силосах.
Материалы и методы. В лабораторных условиях были определены аэродинамические параметры зерна пшеницы и сои в диапазоне скоростей фильтрации менее 0,15 м/с. В металлических силосах вместимостью 2 000, 3 000 и 10 000 т одновременно измерены температура и относительная влажность воздуха внутри, в верхней части силоса и снаружи. Период измерения температуры и относительной влажности составлял 30 мин в течение двух и пяти месяцев. Для измерения использовались автономные регистраторы.
Результаты исследования. Предложен новый объективный норматив вентилирования зерна – минимальная (критическая) скорость фильтрации, обеспечивающая вынос влаги за пределы силоса. Аналитическими исследованиями получено уравнение для вычисления средневзвешенной скорости фильтрации воздуха, выходящего из зерновой массы. Общий расход воздуха, соответствующий средневзвешенной скорости фильтрации, обеспечит по всей поверхности скорость фильтрации не менее критической и исключит оседание влаги. Экспериментально выявлены периоды насыщения влагой воздуха до 100 % в надзерновом пространстве под крышей силоса. Уточнен механизм выброса тепла под крышу силоса из глубины зерновой массы при хранении.
Обсуждение и заключение. Предложен алгоритм безопасного активного вентилирования зерна и подкрышного пространства в металлическом силосе. Рекомендованы предельные значения относительной влажности атмосферного воздуха, использование которого исключит увлажнение зерновой массы при активном вентилировании в диапазоне перепада температур зерна и атмосферы до 30 °С и более. Полученные данные могут быть использованы машиностроителями при изготовлении металлических силосов, а также при эксплуатации производителями зерна и его переработке.

Ключевые слова: металлический силос, вентилирование, хранение зерна, самосогревание, увлажнение, относительная влажность, температура

Для цитирования: Разворотнев, А. С. Технология мониторинга и управления воздушными потоками внутри металлического силоса при хранении зерна / А. С. Разворотнев, Ю. Д. Гавриченков. – DOI 10.15507/2658-4123.030.202002.232-253 // Инженерные технологии и системы. – 2020. – Т. 30, № 2. – С. 232–253.

Благодарности: Авторы выражают благодарность доктору технических наук В. Ф. Сорочинскому за оказанную помощь в выборе направления исследований и главному технологу ЗАО «БиоТехнологии» Г. Д. Диковой за помощь в проведении исследований в производственных условиях.

Заявленный вклад соавторов: А. С. Разворотнев – анализ литературных данных, редактирование текста; Ю. Д. Гавриченков – анализ литературных данных, постановка задачи исследования, обработка данных, написание текста статьи.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 09.10.2019; принята к публикации 06.12.2019;
опубликована онлайн 30.06.2020

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Фейденгольд, В. Б. Потребность России в зернохранилищах. Экспертная оценка / В. Б. Фейденгольд. – DOI 10.25741/2413-287X-2019-06-2-071 // Комбикорма. – 2019. – № 6. – С. 82–86. – URL: https://kombi-korma.ru/sites/default/files/2/06_19/06_2019_30-34.pdf (дата обращения: 20.04.2020). – Рез. англ.

2. Kumar, D. Reducing Postharvest Losses during Storage of Grain Crops to Strengthen Food Security in Developing Countries / D. Kumar, P. Kalita. – DOI 10.3390/foods6010008 // Foods. – 2017. – Vol. 6, Issue 8. – Pp. 1–22. – URL: https://www.mdpi.com/2304-8158/6/1/8 (дата обращения: 20.04.2020).

3. Carrera-Rodríguez, M. Transient Numerical Study of the Effect of Ambient Temperature on 2-D Cereal Grain Storage in Cylindrical Silos / M. Carrera-Rodríguez, G. M. Martínez-González, J. L. Navarrete-Bolaños. – DOI 10.1016/j.jspr.2011.01.006 // Journal of Stored Products Research. – 2011. – Vol. 47, Issue 2. – Pp. 106–122. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022474X11000166?via%3Dihub (дата обращения: 20.04.2020).

4. Hammami, F. Modelling and Simulation of Heat Exchange and Moisture Content in a Cereal Storage Silo / F. Hammami, S. B. Mabrouk, A. Mami. – DOI 10.1080/13873954.2016.1157823 // Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems. – 2016. – Vol. 22, Issue 3. – Pp. 207–220. – URL: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/13873954.2016.1157823 (дата обращения: 20.04.2020).

5. Patent No. 8720079 USA, B2. Modular Aeration Assembly for Grain Bins : No. 20120047762 : appl. 26.08.2010 : publ. 13.05.2014 / Neufeld J., Thiessen B. ; assignee Woodhaven Capital Corp. – URL: https://patents.justia.com/patent/8720079 (дата обращения: 20.04.2020).

6. Chen, S. The Experimental Research on Grain Storage Heat and Moisture Transfer / S. Chen, W. Wu, Y. Xu [et al.] // International Conference on Advances in Mechanical Engineering and Industrial Informatics (AMEII 2015). – 2015. – Pp. 28–33. – URL: https://scholar.google.com/scholar?hl=ru&as_sdt=0%2C5&q=The+Experimental+Research+on+Grain+Storage+Heat+and+Moisture+Transfer+&btnG= (дата обращения: 20.04.2020).

7. Olatunde, G. CFD Modeling of Air Flow Distribution in Rice Bin Storage System with Different Grain Mass Configurations / G. Olatunde, G. G. Atungulu, S. Sadaka. – DOI 10.1016/j.biosystemseng. 2016.09.007 // Biosystems Engineering. – 2016. – Vol. 151. – Pp. 286–297. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1537511016301507?via%3Dihub (дата обращения: 20.04.2020).

8. Binelo, M. O. Airflow Simulation and Inlet Pressure Profile Optimization of a Grain Storage Bin Aeration System / M. O. Binelo, V. Faoro, O. A. Kathatourian [et al.]. – DOI 10.1016/j.compag.2019.104923 // Computers and Electronics in Agriculture. – 2019. – Vol. 164. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168169919307483?via%3Dihub (дата обращения: 20.04.2020).

9. Разворотнев, А. С. Оценка эффективности металлических силосов по удельным расходам электроэнергии на вентилирование зерна различных культур / А. С. Разворотнев, Ю. Д. Гавриченков. – DOI 10.32462/0235-2508-2018-0-10-53-55 // Хлебопродукты. – 2018. – № 10. – С. 53–55. – URL: https://www.khlebprod.ru/293-zhurnaly-2018/10-18/3492-otsenka-effektivnosti-metallicheskikh-silosovpo-udelnym-raskhodam-elektroenergii-na-ventilirovanie-zerna-razlichnykh-kultur (дата обращения: 20.04.2020).

10. Lopes, D. C. Comparison of Equilibrium Models for Grain Aeration / D. C. Lopes, A. J. S. Neto, R. V. Júnior. – DOI 10.1016/j.jspr.2014.11.001 // Journal of Stored Products Research. – 2015. – Vol. 60. – Pp. 11–18. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022474X14001143 (дата обращения: 20.04.2020).

11. Panigrahi, S. S. Effect of Mediterranean Climatic Condition during Aeration and Silo Wall Coating in On-Farm Grain Storage in South Australia / S. S. Panigrahi, Ch. B. Singh, J. M. Fielke. – DOI 10.13031/aim.201900976 // American Society of Agricultural and Biological Engineers. – 2019. – URL: https://elibrary.asabe.org/abstract.asp?aid=50535 (дата обращения: 20.04.2020).

12. Разворотнев, А. С. Управление воздушными потоками внутри металлического силоса при хранении зерна / А. С. Разворотнев, Ю. Д. Гавриченков. – DOI 10.32462/0235-2508-2019-28-11- 60-63 // Хлебопродукты. – 2019. – № 11. – С 60–63. – URL: https://khlebprod.ru/329-zhurnaly-2019-goda/11-19/3995-upravlenie-vozdushnymi-potokami-vnutri-metallicheskogo-silosa-pri-khranenii-zerna (дата обращения: 20.04.2020). – Рез. англ.

13. Разворотнев, А. С. Режимы хранения и вентилирования зерна пшеницы в металлических силосах большой вместимости / А. С. Разворотнев, Ю. Д. Гавриченков, И. А. Кечкин // Хлебопродукты. – 2017. – № 11. – С. 57–59. – URL: https://khlebprod.ru/260-zhurnaly-2017/11-17/3032-rezhimy-khraneniya-i-ventilirovaniya-zerna-pshenitsy-v-metallicheskikh-silosakh-bolshoj-vmestimosti (дата обращения: 20.04.2020). – Рез. англ.

14. Gavrichenkov, Yu. D. Change of the Acid Number of Wheat Grain Fat While Stored in Laboratory Conditions / Yu. D. Gavrichenkov, A. S. Razvorotnev, I. A. Kechkin [et al.]. – DOI 10.21323/2618-9771-2019-2-2-27-30 // Food Systems. – 2019. – Vol. 2, Issue 2. – Pp. 27–30. – URL: https://www.fsjour.com/jour/article/view/38 (дата обращения: 20.04.2020).

15. Navarro, Sh. The Mechanics and Physics of Modern Grain Aeration Management / Sh. Navarro, R. T. Noyes. – Boca Raton : CRC Press, 2001. – 672 p.

16. Francisco, N.-M. Simulation of the Temperature of Barley during Its Storage in Cylindrical Silos / N.-M. Francisco. – DOI 10.1016/j.matcom.2018.09.004 // Mathematics and Computers in Simulation. – 2019. – Vol. 157. – Pp. 1–14. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378475418302143 (дата обращения: 20.04.2020).

17. Patent No. 9885520 USA, B1. Grain Conditioning System and Methodology : appl. 03.08.2016 : publ. 06.02.2018 / Abbasi Sh. ; assignee Agplexus LLC. – URL: https://patents.google.com/patent/US9885520B1/en (дата обращения: 20.04.2020).

18. Bradna, J. The Impact of Weather Conditions on Microclimate in Storage Facilities / J. Bradna, J. Šimon, D. Hájek [et al.]. – DOI 10.15159/AR.18.178 // Agronomy Research. – 2018. – Vol. 16, Issue 4. – Pр. 1580–1589. – URL: https://dspace.emu.ee/xmlui/handle/10492/4418 (дата обращения: 20.04.2020).

19. Сорочинский, В. Ф. Изменение температуры пристенного слоя зерна в металлических элеваторах / В. Ф. Сорочинский // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2016. – № 4. – С. 13–16. – URL: https://vniiz.org/science/publication/article-151 (дата обращения: 20.04.2020).

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.