基于流體分析的復(fù)式谷物清選機(jī)主風(fēng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

李海青 劉文俊 胡 明

（山東省機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，濟(jì)南 250031）

基于流體分析的復(fù)式谷物清選機(jī)主風(fēng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

李海青 劉文俊 胡 明

（山東省機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，濟(jì)南 250031）

針對(duì)復(fù)式清選機(jī)主風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流速度過小、分布不均勻、影響谷物籽粒清選質(zhì)量等問題，利用CFD流體分析對(duì)主風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過增加進(jìn)氣口提高進(jìn)氣量，優(yōu)化蝸殼尺寸提高出風(fēng)口風(fēng)速，從而使穿過篩孔的氣流更加均勻并達(dá)到谷物籽粒的臨界懸浮速度。

復(fù)式谷物清選機(jī) 主風(fēng)機(jī) CFD

引言

復(fù)式清選機(jī)是將風(fēng)選和篩選組合在一起的風(fēng)篩類清選機(jī)，為可清選多種谷物，風(fēng)選的風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍要廣，篩片的規(guī)格要多，目的是清除碎莖葉、穎殼、粉塵、草籽等谷物夾雜物，同時(shí)清除大于或等于所規(guī)定尺寸范圍內(nèi)的谷物和較輕籽粒。經(jīng)過清選，去除摻雜物，并對(duì)谷物進(jìn)行分級(jí)，使加工后的谷物籽粒均勻飽滿，容重、千粒質(zhì)量、凈度、發(fā)芽率等有很大提高。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

復(fù)式清選機(jī)的風(fēng)選采用厚糧層重力風(fēng)選工藝，比重分離臺(tái)篩面為鋼板沖制而成的帶有翹曲和傾斜度的多孔面板，以增大谷物的拋擲力并控制氣流方向。在主風(fēng)機(jī)氣流作用下，谷物由于臨界速度的差異沿比重分離臺(tái)篩面鉛錘方向分層，雜余和較輕的籽粒懸浮在上層，重籽粒沉聚在下層，同時(shí)比重分離臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，上層雜余和較輕的籽粒在篩面傾斜往復(fù)運(yùn)動(dòng)和風(fēng)力的共同作用下移到篩面低處，沉聚在下層的重籽粒在篩面傾斜往復(fù)運(yùn)動(dòng)下移動(dòng)到篩面高處，輕重不同的籽粒在比重分離臺(tái)得到分選。在這個(gè)過程中，穿過篩面合適的風(fēng)速使籽粒達(dá)到臨界懸浮狀態(tài)，這時(shí)的清選效果最佳，因此主風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)至關(guān)重要。

2 主風(fēng)機(jī)存在的問題

主風(fēng)機(jī)的作用是產(chǎn)生穿過比重分離臺(tái)篩面的氣流，使谷物達(dá)到懸浮狀態(tài)，目前在清選谷物時(shí)，籽粒很難達(dá)到懸浮狀態(tài)，小于籽粒臨界速度，及主風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)速過小，另外篩面中間與兩邊的懸浮狀態(tài)不同，中間懸浮的高度高于兩邊，這兩種情況都會(huì)造成清選質(zhì)量不理想、不均勻。因此需要對(duì)主風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。

3 主風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)及優(yōu)化

如圖1所示，主風(fēng)機(jī)為離心式大流量風(fēng)機(jī)，6片直葉片通過固定板連接到轉(zhuǎn)軸上，風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流經(jīng)過導(dǎo)流框吹向比重分離篩的篩孔，從而使谷物籽粒獲得達(dá)到臨界懸浮的氣流速度。因此如果風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)量不足就造成氣流速度過小無法達(dá)到籽粒的臨界懸浮速度。利用CFD流體分析對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行流體分析，以便于查看風(fēng)機(jī)的狀態(tài)。

如圖2所示，風(fēng)機(jī)動(dòng)壓跡線集中在兩端即離進(jìn)風(fēng)口很近的地方，而風(fēng)機(jī)中部幾乎沒有動(dòng)壓跡線，因此可初步判斷風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)量不足。如圖3所示，風(fēng)機(jī)兩端出口速度較高，中間部分速度較低，因此得出結(jié)論：風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)量不足，影響出口風(fēng)速。提高風(fēng)機(jī)的風(fēng)量可采取以下兩種方法。

圖1 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖2 動(dòng)壓流動(dòng)跡線圖

圖3 風(fēng)機(jī)出口速度等高線圖

（1）提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。目前風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=816r/min，葉輪線速度v線=29m/s，通過提高轉(zhuǎn)速的方法已沒有空間，且如果采用提高轉(zhuǎn)速，就要考慮增加葉片、固定板、支撐筋的強(qiáng)度及電機(jī)功率是否過載等，綜合考慮此方法不是最優(yōu)方案。

（2）增大進(jìn)氣量。通過圖1可發(fā)現(xiàn)，整個(gè)風(fēng)機(jī)軸向較長，而進(jìn)風(fēng)口在兩端，盡管葉片上有導(dǎo)流角，風(fēng)流仍然很難進(jìn)入到風(fēng)機(jī)中部，造成風(fēng)機(jī)出口中部位置的風(fēng)速過小，如果增大兩端進(jìn)風(fēng)口（D進(jìn)=380mm），會(huì)減小風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓，因此考慮在風(fēng)機(jī)中部增加進(jìn)風(fēng)口的方案，優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4所示，優(yōu)化后的分析結(jié)果如圖5所示。

圖4 優(yōu)化后的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖5 速度跡線圖

圖6 速度跡線圖

圖7 出口速度等高線

從圖5可發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)機(jī)內(nèi)部跡線基本均勻，可見進(jìn)氣量滿足風(fēng)機(jī)需要，在風(fēng)機(jī)中部增加兩個(gè)進(jìn)氣口能滿足進(jìn)氣要求。但同時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的最大氣流速度未出現(xiàn)在風(fēng)機(jī)出口位置，而是在出口下側(cè)的蝸殼內(nèi)部，形成最大氣流速度過早，對(duì)最終產(chǎn)生籽粒懸浮不利，說明葉片和蝸殼的配合的氣隙尺寸不合理，對(duì)蝸殼基方及漸開線圓弧半徑進(jìn)行優(yōu)化后得到如圖6所示的速度跡線圖和圖7所示出口速度等高線。

通過對(duì)圖6和圖7分析可知，風(fēng)機(jī)出口氣流基本均勻，平均速度為23m/s，滿足籽粒臨界懸浮速度要求。經(jīng)過廠家的試制應(yīng)用，效果理想，解決了復(fù)式清選機(jī)主風(fēng)機(jī)的問題，使籽粒達(dá)到臨界懸浮速度，且氣流分布均勻，清選效果更加理想。

[1]中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007：960-969.

[2]李慶宜.通風(fēng)機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

Optimization Design of the Main Fan of the Compound Sorting and Clearing Machine Based on the Analysis of the Fluid

LI Haiqing, LIU Wenjun, HU Ming
(Shandong Machinery Design and Research Institute, Jinan 250031)

For compound sorting and clearing machine of main fan produces airflow speed too small and distribution is not uniform to affect of grain cleaning effect problem. This paper uses the CFD to analysis the main fan for optimizing the structure, by increasing inlet port raised the amount of intake, optimizing the size of the spiral case to increase the wind speed of the air at outlet, and the more uniform and reach the critical suspension velocity of grain through the sieve airflow.

double-grain sorting machine, main fan, CFD