小型径流式生物质能粮食干燥机

戴宏宇

【摘 要】针对目前农村粮食干燥过程中“望天晒谷”、粮食干燥质量及技术水平偏低的现状，自主设计了一款适于中小型农户使用的小型径流式生物质能粮食干燥机。其优势主要体现在以下几个方面：（1）采用径流式干燥，干燥过程的热效率更高，同时有助于保证粮食受热均匀，粮食干燥质量更高；（2）采用生物质能供热，可燃烧粮食生产过程中的附属产物秸秆等，降低了干燥成本，同时也有缓解秸秆就地焚烧的问题，除秸秆外干燥机还可利用农村较普遍使用的木柴、杂草等为燃料，受天气地理环境影响小，适应性更强；（3）不对称抄板结构的创新设计，通过电机的正反转调节即可实现上下料及干燥，有效降低了系统体积及制造成本；（4）通过简单易用的控制模块，确保了粮食干燥的品质。

【关键词】生物质能 粮食干燥机 干燥机

1 设计方案

本作品基于滚筒式结构，针对现有滚筒式粮食干燥机干燥过程热效率低、来料不易控制等问题进行改进设计。

现有的滚筒式粮食干燥机多采用外壁加热或轴流式热风结构。外壁加热结构加热过程中热空气不与粮食直接接触，而通过外壁传导热量进行干燥，干燥过程中热利用率不高、粮食受热不均匀。

为此本作品提出的径流式干燥结构，洁净的二次热风沿直径方向穿过干燥内滚筒，从粮食内部通过，与粮食进行了较充分的热交换，带走粮食中的水分，达到干燥目的。

2 机械结构设计

2.1干燥滚筒

2.1.1双滚筒结构设计

为实现径向热风的粮食干燥形式，本作品设计了双滚筒结构。其中外筒为保温筒，固定不动，主要起到保温、导流作用，对提高热效率及引导热气流作用明显，此外在外滚筒底部还设计有集灰槽，用来集中处理粮食干燥过程中的粉尘；内筒为干燥筒，乘纳粮食，同时筒壁均布有大量小孔，热气流能够通过小孔径向流动；进风口处采用径流式进风，位于粮食出口端下部，出风口位于粮食进口端上部，干燥时外滚筒固定，内滚筒相对转动，滚筒两侧有保温棉保证滚筒的气密性，减小热量流失，两滚筒之间有挡风板，使热空气只能径向穿过粮食，确保筒内粮食均能受热气流作用，有效提高了热交换的面积；内筒上均布有不对称抄板，起搅拌和输送粮食的作用；在出料口处设有挡风帘，使粮食能顺利从筒内流出同时达到最小的热量散失。

2.1.2不对称抄板设计

抄板周向固定在内筒内壁面上，滚筒输送粮食时的抄板左端倾斜部分与粮食接触，在滚筒转动过程中抄板对粮食有轴向分力作用，滚筒旋转的同时推动粮食前进。滚筒干燥粮食时，翅片的右端垂直部分与粮食接触，滚筒旋转仅带动抄板扬起粮食，并逐渐散布在整个筒体截面上，用以增加粮食与热气流的接触面积，强化粮食与热气流的热交换。

2.2冷却滚筒

冷却滚筒结构与干燥内滚筒相同，冷却滚筒中粮食在翻滚的过程中不断与空气进行热交换，直至粮食冷却到入库温度时出筒。

2.3秸秆燃烧炉

热交换器由多层圆形金属板层叠而成，其中热交换集中区通过增大接触面积来增加热交换效率，热交换集中区有连续的三层空气加热层，保证冷热空气充分热交换。K1为顺流加热层，K2、K3为逆流加热层，热交换效率更高。

采用套筒式热风炉换热器，冷空气与高温烟气进行充分热交换，提高了热交换效率，并且经过热交换后的清洁空气不含烟气杂质，不会对粮食产生污染。

3控制模块设计

3.1温湿度检测部分

为方便普通农户的使用，作品简化了温湿度测控部分。热风入风口的气体温度用一枚带钢头的DS18b20温度传感器检测。该传感器测温范围为-55℃～+125℃，完全满足测量温度范围要求。该传感器直接和微处理器连接，使用时不需要任何外围元件，使用简单可靠性高。干燥筒内粮食温湿度用DHT21温湿度传感器检测，该传感器可同时检测温度和湿度，元件的使用效率高。含有已校准数字信号输出，应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保其具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。

3.2数据反馈

通过面板上的三色指示灯以及蜂鸣器完成数据反馈。当DS18b20温度传感器检测到热风温度低于80℃时，面板上的黄灯亮起，提示使用者可能热风温度过低，可以增加秸秆的量，提高火势以促进干燥进行；当管道气体温度在80℃～100℃时，面板上的绿灯亮起，表示此时的温度适宜，应保持此状态；当管道气体温度高于100℃时，面板上红灯亮起，同时蜂鸣器发出尖锐的啸叫声，表示此时温度过高，应减小火势。

滚筒内部的温湿度传感器DHT21会实时监测筒内粮食氛围干燥度，当粮食达到储存所需的合适湿度值时，蜂鸣器会发出间断提示音，表示粮食已干燥完毕，可以进行下料。

3.3驱动部分

滚筒的转动靠电机带动，为提高干燥过程的可靠性，我们选取了4GN-90K变频电机作为滚筒转动的动力源。电机额定功率为25瓦，额定电压为220V，电机最高转速为1400r/min，通过机械变速器将转速范围调至2.3r～3r/min，转速范围满足粮食干燥需要。电机运行负载为7.8N/m，满足带动滚筒转动需要。电机规格为129*80*80，方便安装和固定在机架上。

4 创新点

（1）径向热风提高粮食干燥的效率及质量；（2）充分利用粮食收获过程中的附属产物—秸秆，降低了干燥成本，同时也缓解了秸秆焚烧所导致的污染问题；（3）使用不对称结构的抄板，将上下料、粮食干燥集中在同一筒内完成，有效减小系统体积、易推广。

5 应用前景

优化的设计使产品更具竞争力：结构上的设计提高了能量的利用率，对粮食干燥过程监测控制，提高粮食品质，保障粮食安全，符合现今人们对食品安全关注越来越重视的发展趋势，更换滚筒和工作模式可实现对不同粮食的干燥，适应性强，解决了当前干燥粮食种类单一的现象。推广本系统后，还可以用于干燥其它的农产品，应用领域广泛。

综以上，相信本干燥机会有较为广阔的应用前景

参考文献

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[3]蒋平，朱传祥，吕德志，高成冲.循环式粮食干燥机的智能控制系统[J].农业工程学报，2006.11.