Пневмотранспорт: бути чи не бути?!
Останнім часом проблема післязбиральної підготовки насіння гранично загострилася. Встановлено, що кожні 10% травмованого насіння знижують урожайність на 1,0–2,5 ц/га, причому що вищий цей рівень, то більше знижується врожайність на кожні 10% такого травмування.
Останнім часом проблема післязбиральної підготовки насіння гранично загострилася. Встановлено, що кожні 10% травмованого насіння знижують урожайність на 1,0–2,5 ц/га, причому що вищий цей рівень, то більше знижується врожайність на кожні 10% такого травмування.
М. Занько, канд. техн. наук, завідувач лабораторії наукових досліджень та випробувань машин для збирання і первинної переробки врожаю,
УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого
Головними причинами низької якості насіння є високий рівень його ушкодження під час після-збиральної обробки, а також утворення великих «завалів» необробленого зерна через недостатню продуктивність зерноочисної техніки, де воно певною мірою втрачає свою якість.
Традиційні види транспорту для зерна на зернопереробному підприємстві
На сьогодні ринок машин для транспортування зерна на території складу в Україні представлено декількома типами машин. Це мобільні та стаціонарні перевантажувачі зерна різних типів і моделей, починаючи від звичних механічних зернокидачів і закінчуючи сучасними навантажувачами із новим способом транспортування зерна до місця призначення.
Редлер (ланцюгово-скребковий транспортер) призначений для переміщення сипких вантажів, у тому числі зерна, у горизонтальному або похилому напрямку (кут нахилу робочої площини — до 15°) продуктивністю від 20 до 1500 т/год. Виготовлений у формі металевого коробу (прямокутного перерізу), у якому рухається ланцюгово-скребкова стрічка, яка й переміщує зерно. Транспортери, як правило, мають відповідне енергозабезпечення, що визначається відстанню, на яку переміщують зерно, та продуктивністю (таблиця).
Стрічкові транспортери призначені для транспортування зерна або продуктів його переробки на горизонтальній або похилій (до 15°) робочій площині у зернопереробних підприємствах. Кожний транспортер — це закритий герметично короб, захищений від зовнішнього атмосферного впливу, зі встановленими на його кінцях натяжним і привідним гумованими барабанами. Сипкий вантаж, що транспортується, переміщається верхньою робочою гілкою транспортера. Довжина транспортування — до 100 м, продуктивність — до 130 т/год. Енергозабезпечення такого транспортера може становити від 1,5 до 7,5 кВт.
Норії — це механічні системи для вертикального переміщення зерна, а також інших сипких матеріалів питомою масою 250–850 кг/м3. Норія — тип стаціонарних машин, використовуваних у складі технологічного обладнання із тривалим режимом роботи всередині приміщень та у відкритому середовищі: на елеваторах, млинах, комбікормових та інших зернопереробних підприємствах. Залежно від висоти піднімання продукції, яка може досягати 65 м, продуктивність може становити від 20 до 2000 т/год. Швидкість руху машинної стрічки незначна — всього 2,2 м/с, що дає змогу обережно контактувати із зерном і переміщати його із допомогою робочого органа — ковша. Завдяки цьому механічне пошкодження (дроблення) зерна незначне — на рівні 0,2%. Тому її використання дуже бажане під час роботи із насіннєвим матеріалом. Енергозабезпечення норії, залежно від висоти транспортування зерна, становить від 2,2 до 18,5 кВт.
Шнекові навантажувачі призначені для переміщення зерна та інших сипких матеріалів на невеликі відстані — до 15 м. Спіральний металевий шнек розміщений у циліндричному металевому корпусі (трубі). Застосовують їх у технологічних лініях елеваторів як вигрібні шнеки силосів та зерносушарок. Допустиме робоче положення — від горизонтального до нахилу із кутом 50°. Продуктивність переміщення пшениці — від 25 до 55 т/год. Потужність застосовуваних електродвигунів — від 2,2 до 7,5 кВт, тому вони характеризуються найменшими витратами електроенергії на переміщення 1 т зерна.
Шнек з огляду на своє конструкційне виконання не може самостійно, без додаткових пристроїв, із постійною якістю забезпечувати процес забору зерна із бурта і потребує відповідних механізмів. Тож, попри невеликі габаритні розміри, шнекові транспортери практично немобільні, тому їх не використовують автономно. Часто шнек із приймальною лійкою поєднують із бункером-накопичувачем, у який спочатку вантажівка засипає зерно, а потім звідти воно подається на шнек. Металеві робочі органи та їхнє взаєморозміщення у системі шнекового конвеєра допускають пошкодження зерна до 2%.
Зерномети — найбільш поширений тип мобільних перевантажувачів зерна в Україні. Вони дають змогу підбирати зерно із підлоги і завантажувати його на автомобілі. Перевагою таких машин є те, що вони можуть самостійно виконувати забір зерна із бурта і водночас мати досить велику продуктивність — 60–80 т/год і більше. Однак відстань, на яку цей тип машин може подавати зерно, — всього близько 20 м.
Недоліками зернометів є також значний рівень травмування зерна і недостатня мобільність, оскільки вони мають електропривід, якийу польових умовах реалізувати неможливо.
Пневмотранспортні установки (пневматичні навантажувачі-розвантажувачі зерна)
Пневматичні навантажувачі зернових культур уже тривалий час використовують у всьому світі для виконання завдань, пов’язаних із завантаженням-розвантаженням морських суден, вантажівок, вагонів, підлогових складів, зернових силосів, буртів тощо. Перше пневматичне конвеєрне обладнання використовували для вивантаження зерна із суден ще у ХVІІІ ст. Пізніше цей новий метод «безперервного» транспорту поповнився невеликими і малими установками та поширився на нові навантажувальні. Це особлива група машин, оскільки віднедавна їх застосовують у сільськогосподарському виробництві і в зернопереробних підприємствах із використанням особливого «контрагента» для переміщення зерна — повітря.
Однак застосування пневматичної техніки у сільськогосподарських підприємствах нашої країни поки що не має достатнього поширення. Цьому є кілька причин. По-перше — новизна її для наших фермерів (хоча по всьому світу подібну техніку почали активно використовувати для транспортування зерна ще на початку ХХІ ст.) і пов’язаний із цим скептицизм. Слід зазначити, що ця група машин сучасного технічного рівня з’явилась на ринку недавно — трохи більше ніж 15 років тому, але вже впевнено конкурує на ринку і переважно витіснила із цього сегмента аналоги, що донедавна впевнено домінували у цій галузі. По-друге, мало хто на селі уявляє собі, що така техніка є взагалі і що її можна ефективно використовувати у господарстві. Пневмонавантажувачі здатні переміщувати зерно на значні відстані — до 1000 м, у цей час воно контактує із повітрям, що обумовлює зниження його вологості (фактично — це природне сушіння) до 1,5%. Висота подавання зерна пневмонавантажувачами може досягати 20 м і навіть вище, а продуктивність, наприклад, портових пневмонавантажувачів — від декількох тонн до тисячі тонн за годину часу. Ці машини мають невеликі габаритні розміри і масу. Разом із електроприводом можуть мати і механічний привід — від ВВП трактора, тому вони мобільні і можуть бути легко та швидко переміщені з одного місця на інше.
Принципи конструкції
пневмонавантажувача
Пневмонавантажувачі зерна розроблені і сконструйовані спеціально для пневматичного транспортування зернових. Установки складаються із повітродувної системи (відцентрового вентилятора), завантажувальних і розвантажувальних пристроїв (інжекторів, живильників, шлюзових затворів), очисників і трубопроводів. Шлюзовий затвор дає змогу потоку зерна увійти у повітряний потік у трубі. Оскільки швидкість руху повітряного потоку (за участю звичайного повітря) у пневмопроводі дуже висока, то пневматична система транспортування зерна забезпечує швидке і безпечне (із точки зору механічного пошкодження) переміщення зерна.
Залежно від конструкції машини за принципом дії бувають усмоктувально-нагнітальними або просто нагнітальними. Увесь пневмотранспорт можна розподілити на обладнання із низьким, середнім або високим робочим тиском. Повітродувні системи промислових установок забезпечують робочий позитивний тиск на рівні близько 0,5–1 бар, що дає змогу створити вакуум 0,3–0,5 бар. Використовують три варіанти систем: тільки всмоктувальні, тільки нагнітальні і комбіновані.
Нагнітальні системи рекомендовано використовувати, коли зерно приймається в одній точці і транспортується у кілька місць призначення (опційно, за використання шиберної заслінки). Завдяки підвищеним тиску і масі повітря, що перекачується, цей тип обладнання має більшу продуктивність, ніж усмоктувальні установки. На практиці можливе поєднання цих двох типів обладнання в одній установці, що підсилює результат роботи.
Пневмонавантажувачі зерна на ринку України
Пневмонавантажувачі зерна — сучасні машини, достатньою мірою універсальні, оскільки поєднують функції, властиві зернометам, норіям, шнековим та стрічковим транспортерам. Розуміючи це, українські підприємства-дилери інтенсивно та ефективно працюють із цією групою машин.
ТОВ «Нойєро Україна» поставляє широкий ряд пневмонавантажувачів зерна німецької компанії Neuero Farm — und Fаrdertechnik GmbH, яка однією із перших у світі розробила його і 30-ті роки минулого століття. Якість навантажувачів підтверджується не тільки німецьким походженням, але і багаторічним досвідом експлуатації в різних умовах та країнах. Для поєднання транспортувальних труб застосовано не звичайне з’єднання типу «хомут», а спеціальне DS-сполучення, яке не тільки не пропускає повітря і добре тримає герметичність труби, але й зменшує затрати часу на монтаж транспортувальних труб у лінію, дає змогу обійтися без застосування нетрадиційного інструменту і разом з тим нечутливе до перекосів. Воно забезпечує міцність і герметичність стикового з’єднання та дає змогу дуже швидко додавати або від’єднувати секції труб і колін. Підвищена герметичність допомагає знизити витрати повітря у трубопроводі і тим самим забезпечує можливість транспортування зерна на значну відстань — до 100 (!) м.
Однією із конструкційних особливостей пневмонавантажувачів зерна є повністю литий (а не зварний) корпус лопатевого шлюзу з ідеально підігнаними і досить товстими лопатями, що забезпечує надзвичайно тривалий строк служби. У моделей-аналогів на лопаті надягають спеціальні гумові насадки, які хоча і забезпечують високу герметичність, але з часом спрацьовуються і потребують періодичної заміни.
Щоб зробити транспортувальний шлях оптимальної довжини і висоти, добирають потрібну кількість транспортувальних труб, а також індивідуально з’єднувальні коліна із відповідним кутом згину — 15°, 30°, 45°, 60° і 90°.
Це дає змогу побудувати ефективний, максимально короткий транспортувальний шлях практично у будь-яких умовах. Пневмонавантажувач зерна BGSD-130 має потужність привідного двигуна 22 кВт з приводом вентилятора через пасову передачу. Також він комплектується щитком управління. Хоча вага навантажувача становить майже 500 кг, він є досить мобільним і легко переміщується завдяки двом колесам та вдалому центруванню. Продуктивність найпотужнішої моделі BGSD-130 становить 20 т/год. Залежно від виду культури, яку транспортують, продуктивність дещо варіює. Наприклад, за переміщення ячменю вона буде значно нижчою, ніж пшениці. Для транспортування ріпаку у циклон навантажувача вставляють спеціальну сітку, яка запобігає потраплянню дрібного ріпакового насіння у нагнітач навантажувача. Особливо зручно завантажувати ним склади із підлоговим зберіганням зерна, оскільки навантажувач може завантажити його аж під стелю і тим самим значно збільшити ефективність використання складського об’єму. Пневмонавантажувачі можна успішно використовувати для завантаження вантажівок і залізничних вагонів. Для транспортування зерна у приміщеннях, де немає електропостачання, використовують моделі навантажувача PTO 150/30 (продуктивністю до 20 т/год), які мають привід від ВВП трактора.
Компанія Neuero Farm-und Fаrdertechnik GmbH творчо розробляє та застосовує технічно прогресивні конструкції зернових пневмонавантажувачів для застосування у різних типах сховищ — вертикальному складі (силосі), підлоговому сховищі, а також для переміщення різних видів зерна — насіннєвого матеріалу олійних культур та кукурудзи. У цих навантажувачах успішно вирішено завдання створення на їхній базі у разі потреби систем пневмотранспорту, що збільшують продуктивність у три-п’ять разів і водночас зменшують фактичні витрати на 30–50%. У них розроблено і реалізовано принцип транспортування трубопроводами сипких матеріалів за допомогою стисненого повітря у щільному шарі. У такому разі реальна витрата стисненого повітря зменшилася увосьмеро — до 6–8 м3/т переміщеного на 200 м зерна, порівняно з аналогами, що споживають 40–80 м3/т. Це, своєю чергою, дає змогу у вісім-десять разів зекономити електроенергію. Реалізована лінія пневматичного транспортування сипких матеріалів із використанням проміжних камерних насосів не має практичних обмежень щодо дальності транспортування. Практично повна відсутність тертьових деталей (шнеків, підшипників тощо) дає змогу збільшити термін експлуатації у п’ять-сім разів, що так само впливає на собівартість кінцевого продукту. Згідно з отриманими результатами визначено сфери застосування пневматичного обладнання: завантаження, розвантаження, транспортування і зберігання цементу, винесення попелу і вугільного пилу, соди, глиноземів, сільськогосподарських культур, зерна, жому, шроту, а також добрив і речовин, що використовують у хімічній промисловості.
Новатором ефективного вирішення комплексу технічних питань, пов’язаних із пневмотранспортуванням зерна (1949 р.), вважають також компанію Kongckilde (Данія). Її продукція — пневматичний навантажувач зерна з електроприводом SUC-500E. Його технічні характеристики: можлива робота у режимі всмоктування та нагнітання, потужність основного двигуна — 37 кВт (50 к. с.), продуктивність — 32,0 т/год (за транспортування на відстань 10 м + підіймання на висоту 4 м). До стандартної комплектації входить комплект труб для побудови нагнітального трубопроводу.
ТОВ «Зернові комплекси та системи» на ринку України представляє пневмонавантажувачі польської фірми Augustow POM. Машини серії «Т» — Т-378/1(2), Т-207/1(2; 3), Т-449/2, Т-450 — мають привід від електродвигуна. Швидкість обертання вентилятора системи нагнітання повітря може становити 2920–4300 об./хв. Водночас продуктивність, залежно від довжини лінії нагнітання, досягає 6–25 т/год. Робота у режимі нагнітання можлива на висоту від 7 до 18 м.
Інші моделі пневмонавантажувачів серії «Т» — Т-449/1 та Т-470 — мають механічний привід від ВВП трактора. Оберти вентилятора системи нагнітання повітря за частоти обертання ВВП трактора 540 і 1000 об./хв становлять 4300–4400 об./хв. Потужність двигунів трактора за агрегатування — 70 та 90 к. с., відповідно. Водночас продуктивність, залежно від довжини лінії нагнітання, може становити 25–38/год. Маса навантажувачів, відповідно — 545 і 675 кг.
Пневматичні транспортери зерна (далі — ПТЗ) широкого діапазону продуктивності на ринку України представляє ПП «Алексзернотех» (м. Олександрія Кіровоградської обл.). Вони призначені для транспортування зернових — проса, гречки, рису, пшениці, соняшник, сої, гороху — в повітряному потоці на відстань до 200 м. ПТЗ — це свого роду пересувна установка із легкомонтованими трубопроводами, яка залежно від конструкційних параметрів забезпечує продуктивність1,5; 5; 8; 12; 14, 25 та 50 т/год.
Пневматичні транспортери зернових серії «ПТЗ» застосовують для роботи спільно із сушильними установками, зерноочисними і сепарувальними машинами, у тому числі — з аеродинамічними. Разом із ПТЗ можна застосовувати блоки циклонів, котрі дають змогу виконувати грубе очищення зернопродукту від легких часток — пилу, полови, насіння бур’янів. Обладнання може бути виготовлене із різними циклонами залежно від питомої ваги і геометричних параметрів зерна, що транспортується. Відповідно до цього всі модифікації ПТЗ умовно розподілено для роботи із «твердими» (пшениця, соя, горох, кукурудза, і т. п) і «легкими» зерновими (соняшник, дерть).
Технологічні вимоги, яких слід дотримуватись під час побудови нагнітальної пневмолінії
У колінах труб відбувається постійне биття зерна в потоці повітря, внаслідок чого воно зазнає механічних пошкоджень та втрачає посівні якості (схожість), відповідно, знижуються швидкість руху і продуктивність установки. У такому разі потрібне додаткове прискорення, що підвищує вимоги до потужності навантажувача. Виключивши зі складу нагнітальної магістралі навіть одне коліно, можна подовжити пневмопровід майже на 20 м без втрати продуктивності — це потрібно пам’ятати і прагнути до зменшення кількості точок зміни траєкторії. Варто також брати до уваги, що значні втрати тиску під час переміщення вантажу вертикальними трубами обумовлюють зменшення кількості підіймання зерна, ніж за руху матеріалу горизонтальними трубами, позаяк його підіймання потребує додаткових затрат енергії (потужності). Цим певною мірою можна пояснити використання потужних електродвигунів, які, здавалося б, мають необгрунтований запас потужності, і це варто врахувати під час придбання певної моделі навантажувача.
Застосування пневмонавантажувачів
для переміщення зерна
у вертикальній площині
Для успішного завантаження силосу важливо забезпечити відведення зайвого повітря, яке надходить у металевий силос разом із зерном. Для завантаження підлогових складів пневмозавантажувачі успішно використовують навіть без циклону-заспокоювача: підлогою прокладають горизонтальний транспортувальний шлях і на кінці трубопроводу встановлюють коліно із потрібним градусом вигину. Після цього зерно із коліна «вистрілюється» у потрібному напрямку. Така схема дає змогу завантажити підлоговий склад аж під стелю і тим самим підвищити ефективність використання приміщення.
Узагальнені висновки. Найбільш щадними навантажувачами щодо збереження якості зернових є пневмонавантажувачі. На сьогодні великі агрохолдинги активно будують сучасні елеватори для очищення, сушіння та транспортування зерна. Техніка, яку використовують у цих комплексах, зводить до мінімуму травмування зерна. Однак значна частина господарств продовжує використовувати для зберігання зерна підлогові склади. Техніка для їхнього завантаження і розвантаження, як і власне умови зберігання зерна, не можуть повною мірою забезпечити потрібну його якість.
Пневмозавантажувачі успішно застосовують для транспортування насіннєвого матеріалу, оскільки травмованість зерна — мінімальна. Порівняно із традиційним — механічним (на базі використання шнекових транспортерів, норій, скребкових транспортерів), — новий спосіб дає змогу суттєво зменшити механічне пошкодження зерна.
Оскільки пневматичний транспорт може робити забір зерна із ями певної глибини і нагнітати на певну висоту, то це свідчить про те, що його можна застосовувати у будь-яких умовах незалежно від нахилу транспортних трубопроводів. Це обладнання за продуктивності до 100–200 т/год негроміздке і негабаритне, займає мало місця і дає змогу раціонально розміщувати інші технологічні машини. Також воно простіше в обслуговуванні, працює спокійно, без раптових поштовхів, забезпечує належні санітарно-гігієнічні умови, якісно охолоджує і провітрює зерно. Під час його навантаження і руху під повітряним тиском до місця нагнітання забезпечується інтенсивний контакт зерна із повітрям, що сприяє його висиханню зменшенню ступіня засміченості крупними пиловими частками та дрібними рештками рослин-бур’янів.
Беручи до уваги те, що ці машини мають незначну вагу, вони є надзвичайно мобільними. Як правило, фірми-постачальники мають у своєму арсеналі широкий діапазон моделей пневмонавантажувачів, різноманітність конструкційного виконання яких гарантують їхні електро- та механічний приводи від ВВП енергозасобу (трактора). Лінія нагнітання може досягати довжини до 200 м і формується із окремих трубопроводів за допомогою швидкознімних хомутів. До «плюсів» конструкції можна віднести уніфікацію зарубіжних і вітчизняних пневмонавантажувачів за діаметром нагнітальних трубопроводів, який дорівнює 160 мм.
Пневматичні навантажувачі забезпечують ефективне транспортування зерна як у горизонтальному, так і вертикальному напрямках. Однак слід зазначити, що:
продуктивність машин цього типу обумовлюється відстанню та висотою транспортування зерна, а також довжиною лінії усмоктування зерна: за збільшення зазначених показників продуктивність зменшується;
продуктивність транспортування визначається прямолінійністю нагнітальної пневмотраси: за збільшення криволінійності траси (через значну кількість згинів та малих кутів їхнього перегину) спостерігається значна втрата тиску в пневморукаві та загальної продуктивності.
Який би не був у господаря зерновий склад — сучасний силос або підлогове сховище радянських часів, — у кожному агропідприємстві застосовують ті чи інші способи перевантаження зернових. Вважається, що основні витрати йдуть на сушіння: потрібно багато коштів, щоб зберегти урожай до встановлення прийнятної ціни. Прямого, тобто господарсько відчутного, економічного ефекту від застосування сучасних (або, навпаки, старих) зерноперевантажувачів, напевно, немає. Та, проте, саме від цього фактора залежить час, затрачений на перевантаження. Не менш важлива і мінімізація ушкоджень зернових (особливо — зерна кукурудзи). Особливо добре ці машини придатні для завантаження-вивантаження підлогових складів, силосів, вагонів, зерновозів і для виконання інших завдань із транспортування зернових.
Обслуговування пневматичного транспортера нескладне і нетрудомістке — достатньо однієї людини-оператора. Тому зібрати трубопровід потрібної довжини може один оператор за кілька хвилин. Втручання його в роботу навантажувача потрібне лише для регулювання продуктивності навантажувача — для цього слід лише відповідно встановити положення шибера, розміщеного на всмоктувальній насадці.
Отже, транспортування зерна за допомогою пневматичного транспорту відповідає сьогоднішнім тенденціям щодо застосування нових, прогресивних, технічних засобів на всіх етапах зерновиробництва. Пневматичний транспорт має широку низку переваг перед іншими технічними засобами аналогічного призначення, зокрема за продуктивністю, і здебільшого є незамінним під час навантаження (переміщення) зерна. Найближчим часом обсяги використання цієї групи машин суттєво збільшаться.