DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2024.9(40).2.31-40
Analysis of single-layer movement of grain material in a vertical pneumatic separation channel
About the Authors
Oleksandr Nesterenko, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: nov_78@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-6297-8555
Oleksii Vasylkovskyi, Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: olexa74@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-9590-742X
Ruslan Kisilov, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: ruslan_vik@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-1502-0034
Vasyl Salo, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: salovm@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-2263-6002
Abstract
The separation of grain and light impurities in a vertical pneumatic separation channel with an increase in its capacity occurs under rather difficult conditions, since the thickness of the grain flow increases, which leads to a redistribution of particles of grain material and reduces the probability of passing light impurities through the grain layers and their release into the sedimentation chamber.
To increase the productivity of vertical pneumatic separation channels, it is necessary to create conditions for single-layer placement of grain material in the separation zone at a distance that excludes the interaction of other layers of grain input. This will allow the majority of grain particles to be in the same conditions and increase the percentage of probability of separation into the sedimentation chamber to the maximum value.
Therefore, a theoretical flow analysis aimed at studying the interaction of grain mixture particles with the air flow, taking into account the single-layer arrangement of several grain layers and the contamination of the air flow with light impurities in the separation zone, is a rather important task.
Theoretical dependences have been obtained that allow substantiating the main parameters of the pneumatic separation channel and determine the residence time of a grain particle in the separation zone, taking into account the clogging of the air flow. For a grain material of mass characterized by the values of the windage coefficient kз = 0.075...0.12 for full grain, kз = 0.11...0.14 for substandard grain, and kз = 0.125...0.55 for light impurities, it is possible to clearly separate the grain mixture into fractions by setting the appropriate parameters and operating modes of the pneumatic separation channel under the condition of a single-layer multilevel input.
Due to the selection of rational parameters of the feeding devices for delivering the material into the separation zone and establishment of appropriate aerodynamic modes of air flow, it is possible to separate up to 96% of light impurities from the grain material, while ensuring minimal losses of full grain to waste.
Keywords
pneumatic separation, grain material, pneumatic separation channel, grain input conditions, working zone of separation
Full Text:
PDF
References
1. Перспективний напрямок інтенсифікації повітряної сепарації зерна / Нестеренко О.В. та ін. Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. 2012. Вип. 25, ч.1. С.49–53.
2. Тенденції розвитку конструкцій машин та обладнання для очищення і сортування зерно матеріалів / Котов Б.І. та ін. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. 2003. Вип. 33. С. 53-59.
3. Stepanenko S., Rogovskii I., Titova L., Trokhaniak V., Trokhaniak O. Experimental study in a pneumatic microbiocature separator with apparatus camera. Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, 2019. Vol. 12 (61), No. 1 . pp. 117-128.
4. Аналітичні дослідження контактного руху легких домішок у пневмосепаруючому каналі / Нестеренко О.В. та ін. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. 2017. Вип. 47(2). С. 185-191.
5. Panasiewicz M., Zawiślak K., Kusińska E., Sobczak P. Purification and separation of loose material in pneumatic system with vertical air stream. TEKA Kom. Mot. Energ. Roln. 2008. Vol. 8. Рp.171-176.
6. Дослідження роботи пневмосепаруючого каналу на фізичній моделі / Васильковський М.І. та ін. Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. 2006. Вип.17. С. 44–48.
7. Котов Б.І., Степаненко С. П. Теоретичні дослідження руху компонентів зернового матеріалу із штучно сформованим розподілом швидкості повітря в поперечному перетині каналу. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. 2021. Вип. 51. С. 20-35.
8. Lukaszuk J., Molenda M., Horabik J., Szot B., Montross M.D. Air flow resistance of wheat bedding as influenced by the filling method. Research in Agricultural Engineering. 2008 Vol.54. Pp. 50-57.
9. Panasiewicz M. Analysis of the pneumatic separation process of agricultural material. International Agrophysis. 1999. Vol.13. No. 2. Рр. 233-239.
10. Крекот М. М. Обґрунтування параметрів процесу і розробка пневматичного сепаратора насіння овочевих культур: автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.05.11. Харків, 2015. 20 с.
11. Колодій О. С. Обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів пневмогравітаційного сепаратора насіння соняшника: автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.05.11. Мелітополь, 2015. 24 с.
12. Чебанов А. Б. Обгрунтування конструктивно-технологічних параметрів пневмосепаратора рушанки рицини з пиловловлюючим пристроєм : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.05.11. Мелітополь, 2013. 21 c.
13. Котов Б.І., Степаненко С.П., Швидя В.О. Аналітичні дослідження раціональної подачі зернової суміші в аспіраційний канал пневмовідцентрових сепараторів. Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П.Василенка. 2010 р. Вип. 103. С. 54-61.
14. Обґрунтування алгоритму функціонування інерційно-прямоточних зерноочисних машин / Лещенко С.М. та ін. Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. 2011. Вип.24, ч.1. С. 176-181.
15. Nesterenko, A.V., Leshchenko, S.M., Vasylkovskyi, O.M., Petrenko, D.I. Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding, INMATEH - Agricultural Engineering. 2017. No.53(3). Рp. 65-70.
Citations
1. Nesterenko, O.V. et al. (2012). Perspektyvnyj napriamok intensyfikatsii povitrianoi separatsii zerna [Perspective direction of intensification of air separation of grain]. Zbirnyk naukovykh prats' Kirovohrads'koho natsional'noho tekhnichnoho universytetu. Tekhnika v sil's'kohospodars'komu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia - Collection of scientific papers of the Kirovohrad National Technical University. Machinery in agricultural production, industrial engineering, automation, 25, 1, 49-53 [in Ukrainian].
2. Kotov, B.I. et al. (2003). Tendentsii rozvytku konstruktsij mashyn ta obladnannia dlia ochyschennia i sortuvannia zerno materialiv [Tendencies of development of designs of machines and equipment for cleaning and sorting of grain materials]. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia sil's'kohospodars'kykh mashyn - Design, production and operation of agricultural machinery, 33, 53-59 [in Ukrainian].
3. Stepanenko, S., Rogovskii, I., Titova, L., Trokhaniak, V. & Trokhaniak, O. (2019). Experimental study in a pneumatic microbiocature separator with apparatus camera. Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering. Vol. 12 (61), No. 1 . Pp. 117-128.
4. Nesterenko, O.V. et al. (2017). Analitychni doslidzhennia kontaktnoho rukhu lehkykh domishok u pnevmoseparuiuchomu kanali [Analytical studies of the contact motion of light impurities in the pneumatic separation channel]. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia sil's'kohospodars'kykh mashyn - Design, production and operation of agricultural machine, 47(2), 185-191 [in Ukrainian].
5. Panasiewicz, M., Zawiślak, K., Kusińska, E. & Sobczak, P. (2008), Purification and separation of loose material in pneumatic system with vertical air stream. TEKA Kom. Mot. Energ. Roln., Vol.8. Pp.171-176.
6. Vasyl'kovs'kyj, M.I. et al. (2006). Doslidzhennia roboty pnevmoseparuiuchoho kanalu na fizychnij modeli [Study of the pneumatic separating channel operation on a physical model]. Zbirnyk naukovykh prats' Kirovohrads'koho natsional'noho tekhnichnoho universytetu. Tekhnika v sil's'kohospodars'komu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia - Collection of scientific papers of the Kirovohrad National Technical University. Machinery in agricultural production, industrial engineering, automation, 17, 44-48 [in Ukrainian].
7. Kotov, B.I. & Stepanenko, S.P. (2021). Teoretychni doslidzhennia rukhu komponentiv zernovoho materialu iz shtuchno sformovanym rozpodilom shvydkosti povitria v poperechnomu peretyni kanalu [Theoretical studies of the flow of grain material components with an artificially formed distribution of air velocity in the cross-section of the channel]. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia sil's'kohospodars'kykh mashyn - Design, manufacture and operation of agricultural machinery, 51, 20-35 [in Ukrainian].
8. Lukaszuk, J., Molenda, M., Horabik, J., Szot, B. & Montross M.D. (2008). Air flow resistance of wheat bedding as influenced by the filling method. Research in Agricultural Engineering, Vol.54. Pp.50-57.
9. Panasiewicz, M. (1999). Analysis of the pneumatic separation process of agricultural material. International Agrophysis. Vol.13. No. 2. Pp. 233-239.
10. Krekot, M.M. (2015). Obgruntuvannia parametriv protsesu i rozrobka pnevmatychnoho separatora nasinnia ovochevykh kul'tur [Substantiation of process parameters and development of a pneumatic separator for vegetable seeds]. Extended abstract of candidate’s thesis. Kharkiv [in Ukrainian].
11. Kolodij, O.S. (2015). Obgruntuvannia konstruktyvno-tekhnolohichnykh parametriv pnevmohravitatsijnoho separatora nasinnia soniashnyka [Substantiation of structural and technological parameters of the pneumatic gravity separator of sunflower seeds]. Extended abstract of candidate’s thesis. Melitopol' [in Ukrainian].
12. Chebanov, A.B. (2013). Obhruntuvannia konstruktyvno-tekhnolohichnykh parametriv pnevmoseparatora rushanky rytsyny z pylovlovliuiuchym prystroiem [Substantiation of constructive and technological parameters of the pneumatic separator of castor oilseed rape with a dust collecting device]. Extended abstract of candidate’s thesis. Melitopol' [in Ukrainian].
13. Kotov, B.I., Stepanenko, S.P. & Shvydia, V.O. (2010). Analitychni doslidzhennia ratsional'noi podachi zernovoi sumishi v aspiratsijnyj kanal pnevmovidtsentrovykh separatoriv [Analytical studies of the rational supply of grain mixture to the aspiration channel of pneumatic centrifugal separators]. Visnyk Kharkivs'koho natsional'noho tekhnichnoho universytetu sil's'koho hospodarstva im. P.Vasylenka - Bulletin of Kharkiv National Technical University of Agriculture named after P. Vasilenko, 103, 54-61 [in Ukrainian].
14. Leschenko, S.M. et al. (2011). Obgruntuvannia alhorytmu funktsionuvannia inertsijno-priamotochnykh zernoochysnykh mashyn [Substantiation of the algorithm of functioning of inertial-straight grain cleaning machines]. Zbirnyk naukovykh prats' Kirovohrads'koho natsional'noho tekhnichnoho universytetu. Tekhnika v sil's'kohospodars'komu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia - Collection of scientific papers of the Kirovohrad National Technical University. Machinery in agricultural production, industrial engineering, automation, 24,1, 176-181 [in Ukrainian].
15. Nesterenko, A.V., Leshchenko, S.M., Vasylkovskyi, O.M. & Petrenko, D.I. (2017). Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding, INMATEH - Agricultural Engineering. No.53(3). Pp. 65-70.
Copyright (c) 2024 Oleksandr Nesterenko, Oleksii Vasylkovskyi, Ruslan Kisilov, Vasyl Salo
Analysis of single-layer movement of grain material in a vertical pneumatic separation channel
About the Authors
Oleksandr Nesterenko, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: nov_78@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-6297-8555
Oleksii Vasylkovskyi, Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: olexa74@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-9590-742X
Ruslan Kisilov, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: ruslan_vik@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-1502-0034
Vasyl Salo, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: salovm@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-2263-6002
Abstract
Keywords
Full Text:
PDFReferences
1. Перспективний напрямок інтенсифікації повітряної сепарації зерна / Нестеренко О.В. та ін. Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. 2012. Вип. 25, ч.1. С.49–53.
2. Тенденції розвитку конструкцій машин та обладнання для очищення і сортування зерно матеріалів / Котов Б.І. та ін. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. 2003. Вип. 33. С. 53-59.
3. Stepanenko S., Rogovskii I., Titova L., Trokhaniak V., Trokhaniak O. Experimental study in a pneumatic microbiocature separator with apparatus camera. Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering, 2019. Vol. 12 (61), No. 1 . pp. 117-128.
4. Аналітичні дослідження контактного руху легких домішок у пневмосепаруючому каналі / Нестеренко О.В. та ін. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. 2017. Вип. 47(2). С. 185-191.
5. Panasiewicz M., Zawiślak K., Kusińska E., Sobczak P. Purification and separation of loose material in pneumatic system with vertical air stream. TEKA Kom. Mot. Energ. Roln. 2008. Vol. 8. Рp.171-176.
6. Дослідження роботи пневмосепаруючого каналу на фізичній моделі / Васильковський М.І. та ін. Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. 2006. Вип.17. С. 44–48.
7. Котов Б.І., Степаненко С. П. Теоретичні дослідження руху компонентів зернового матеріалу із штучно сформованим розподілом швидкості повітря в поперечному перетині каналу. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. 2021. Вип. 51. С. 20-35.
8. Lukaszuk J., Molenda M., Horabik J., Szot B., Montross M.D. Air flow resistance of wheat bedding as influenced by the filling method. Research in Agricultural Engineering. 2008 Vol.54. Pp. 50-57.
9. Panasiewicz M. Analysis of the pneumatic separation process of agricultural material. International Agrophysis. 1999. Vol.13. No. 2. Рр. 233-239.
10. Крекот М. М. Обґрунтування параметрів процесу і розробка пневматичного сепаратора насіння овочевих культур: автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.05.11. Харків, 2015. 20 с.
11. Колодій О. С. Обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів пневмогравітаційного сепаратора насіння соняшника: автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.05.11. Мелітополь, 2015. 24 с.
12. Чебанов А. Б. Обгрунтування конструктивно-технологічних параметрів пневмосепаратора рушанки рицини з пиловловлюючим пристроєм : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.05.11. Мелітополь, 2013. 21 c.
13. Котов Б.І., Степаненко С.П., Швидя В.О. Аналітичні дослідження раціональної подачі зернової суміші в аспіраційний канал пневмовідцентрових сепараторів. Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П.Василенка. 2010 р. Вип. 103. С. 54-61.
14. Обґрунтування алгоритму функціонування інерційно-прямоточних зерноочисних машин / Лещенко С.М. та ін. Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. 2011. Вип.24, ч.1. С. 176-181.
15. Nesterenko, A.V., Leshchenko, S.M., Vasylkovskyi, O.M., Petrenko, D.I. Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding, INMATEH - Agricultural Engineering. 2017. No.53(3). Рp. 65-70.
Citations
1. Nesterenko, O.V. et al. (2012). Perspektyvnyj napriamok intensyfikatsii povitrianoi separatsii zerna [Perspective direction of intensification of air separation of grain]. Zbirnyk naukovykh prats' Kirovohrads'koho natsional'noho tekhnichnoho universytetu. Tekhnika v sil's'kohospodars'komu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia - Collection of scientific papers of the Kirovohrad National Technical University. Machinery in agricultural production, industrial engineering, automation, 25, 1, 49-53 [in Ukrainian].
2. Kotov, B.I. et al. (2003). Tendentsii rozvytku konstruktsij mashyn ta obladnannia dlia ochyschennia i sortuvannia zerno materialiv [Tendencies of development of designs of machines and equipment for cleaning and sorting of grain materials]. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia sil's'kohospodars'kykh mashyn - Design, production and operation of agricultural machinery, 33, 53-59 [in Ukrainian].
3. Stepanenko, S., Rogovskii, I., Titova, L., Trokhaniak, V. & Trokhaniak, O. (2019). Experimental study in a pneumatic microbiocature separator with apparatus camera. Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Series II: Forestry, Wood Industry, Agricultural Food Engineering. Vol. 12 (61), No. 1 . Pp. 117-128.
4. Nesterenko, O.V. et al. (2017). Analitychni doslidzhennia kontaktnoho rukhu lehkykh domishok u pnevmoseparuiuchomu kanali [Analytical studies of the contact motion of light impurities in the pneumatic separation channel]. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia sil's'kohospodars'kykh mashyn - Design, production and operation of agricultural machine, 47(2), 185-191 [in Ukrainian].
5. Panasiewicz, M., Zawiślak, K., Kusińska, E. & Sobczak, P. (2008), Purification and separation of loose material in pneumatic system with vertical air stream. TEKA Kom. Mot. Energ. Roln., Vol.8. Pp.171-176.
6. Vasyl'kovs'kyj, M.I. et al. (2006). Doslidzhennia roboty pnevmoseparuiuchoho kanalu na fizychnij modeli [Study of the pneumatic separating channel operation on a physical model]. Zbirnyk naukovykh prats' Kirovohrads'koho natsional'noho tekhnichnoho universytetu. Tekhnika v sil's'kohospodars'komu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia - Collection of scientific papers of the Kirovohrad National Technical University. Machinery in agricultural production, industrial engineering, automation, 17, 44-48 [in Ukrainian].
7. Kotov, B.I. & Stepanenko, S.P. (2021). Teoretychni doslidzhennia rukhu komponentiv zernovoho materialu iz shtuchno sformovanym rozpodilom shvydkosti povitria v poperechnomu peretyni kanalu [Theoretical studies of the flow of grain material components with an artificially formed distribution of air velocity in the cross-section of the channel]. Konstruiuvannia, vyrobnytstvo ta ekspluatatsiia sil's'kohospodars'kykh mashyn - Design, manufacture and operation of agricultural machinery, 51, 20-35 [in Ukrainian].
8. Lukaszuk, J., Molenda, M., Horabik, J., Szot, B. & Montross M.D. (2008). Air flow resistance of wheat bedding as influenced by the filling method. Research in Agricultural Engineering, Vol.54. Pp.50-57.
9. Panasiewicz, M. (1999). Analysis of the pneumatic separation process of agricultural material. International Agrophysis. Vol.13. No. 2. Pp. 233-239.
10. Krekot, M.M. (2015). Obgruntuvannia parametriv protsesu i rozrobka pnevmatychnoho separatora nasinnia ovochevykh kul'tur [Substantiation of process parameters and development of a pneumatic separator for vegetable seeds]. Extended abstract of candidate’s thesis. Kharkiv [in Ukrainian].
11. Kolodij, O.S. (2015). Obgruntuvannia konstruktyvno-tekhnolohichnykh parametriv pnevmohravitatsijnoho separatora nasinnia soniashnyka [Substantiation of structural and technological parameters of the pneumatic gravity separator of sunflower seeds]. Extended abstract of candidate’s thesis. Melitopol' [in Ukrainian].
12. Chebanov, A.B. (2013). Obhruntuvannia konstruktyvno-tekhnolohichnykh parametriv pnevmoseparatora rushanky rytsyny z pylovlovliuiuchym prystroiem [Substantiation of constructive and technological parameters of the pneumatic separator of castor oilseed rape with a dust collecting device]. Extended abstract of candidate’s thesis. Melitopol' [in Ukrainian].
13. Kotov, B.I., Stepanenko, S.P. & Shvydia, V.O. (2010). Analitychni doslidzhennia ratsional'noi podachi zernovoi sumishi v aspiratsijnyj kanal pnevmovidtsentrovykh separatoriv [Analytical studies of the rational supply of grain mixture to the aspiration channel of pneumatic centrifugal separators]. Visnyk Kharkivs'koho natsional'noho tekhnichnoho universytetu sil's'koho hospodarstva im. P.Vasylenka - Bulletin of Kharkiv National Technical University of Agriculture named after P. Vasilenko, 103, 54-61 [in Ukrainian].
14. Leschenko, S.M. et al. (2011). Obgruntuvannia alhorytmu funktsionuvannia inertsijno-priamotochnykh zernoochysnykh mashyn [Substantiation of the algorithm of functioning of inertial-straight grain cleaning machines]. Zbirnyk naukovykh prats' Kirovohrads'koho natsional'noho tekhnichnoho universytetu. Tekhnika v sil's'kohospodars'komu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia - Collection of scientific papers of the Kirovohrad National Technical University. Machinery in agricultural production, industrial engineering, automation, 24,1, 176-181 [in Ukrainian].
15. Nesterenko, A.V., Leshchenko, S.M., Vasylkovskyi, O.M. & Petrenko, D.I. (2017). Analytical assessment of the pneumatic separation quality in the process of grain multilayer feeding, INMATEH - Agricultural Engineering. No.53(3). Pp. 65-70.