авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Повышение эффективности рабочего процесса ва­куумного насоса доильной установки за счет оп­тимизации его конструктивных и технологических

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Пяткин Дмитрий Борисович

Повышение эффективности рабочего процесса

ва­куумного насоса доильной установки за счет

оп­тимизации его конструктивных и

технологических параметров

Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург-Пушкин

2007

Работа выполнена в Великолукской государственной сельскохозяйствен­ной академии на кафедре «Механизация животноводства и применение электрической энергии в сельском хозяйстве»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Вагин Борис Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Керимов Мухтар Ахмиевич

кандидат технических наук, профессор

Хилков Николай Валентинович

Ведущая организация: ГНУ «Северо-Западный научно-

исследовательский институт

механизации и электрификации

сельского хозяйства»

Защита состоится «_24 »_апреля_2007 г. в _13 ч._30 мин. на заседании диссертационного совета Д 220.060.06 Санкт-Петербургского государственного аграрного университета по адресу: 196601, г. Санкт-Петербург-Пушкин, Петербургское шоссе, д.2, СПбГАУ, ауд. 2.719

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета

Автореферат разослан «_19_»___марта___2007 года

Автореферат размещен на сайте http://spbgau.spb.ru/disser/news.shtml

«___» ___марта__ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Сковородин В.Я.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Важным фактором при повышении эффективности работы доиль­ных машин и технологии доения в це­лом является поддержание постоян­ства ваку­умного режима в технологических линиях доильных установок различных мо­дификаций. Анализ научных работ отечественных и зару­бежных исследовате­лей показал, что в результате несоблюдения заданных параметров вакуумного режима в молочных линиях возрастает количество заболеваний коров масти­том, нарушается ра­бота аппаратов и других узлов доильных установок, снижа­ется производительность труда операторов и продуктив­ность животных. Ра­бота доильных аппаратов без нарушения нормальных физио­логических процессов у жи­вотных возможна только при определенном раз­режении, характерном для каждого из них. Согласно ус­тановленным зоо­техническим нормам, ве­личина разрежения в доильном аппарате должна находиться в пределах 42…53 кПа, колебания вакуум­метриче­ского давления в любой точке вакуум­провода не более 3 кПа.

Стабильность и величина рабочего разрежения, требуемый расход воздуха для работы современных доильных установок определяется рабо­чими параметрами вакуумного насоса и, в первую очередь, его объемной производительностью.

Поэтому для поддержания необходимого вакуумного режима, а также повышения эффективности процесса доения воз­никла потребность в дальнейшем совершенствовании вакуумных насосов и улучшении показа­телей их работы.



Цель настоящего исследования - повышение эффективности ва­ку­умного насоса за счет совершенствования конструк­тивно-технологической схемы и оптимизации его параметров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

  • произвести анализ технических средств для создания разрежения в доильных установках;
  • обосновать наиболее перспективную и рациональную конструктивно-технологическую схему насоса, применительно к насосным станциям современных доильных установок;
  • выявить оптимальные параметры и режимы работы вакуумного насоса;
  • установить основные теоретические зависимости для определения режимных и конструктивных параметров;
  • провести экспериментальные исследования для изучения комплексного влияния основных факторов на выходные параметры
  • дать технико-экономическую оценку процесса оптимизации конструктивно-технологических параметров насоса

Объект исследования - ротационный пластинчатый вакуумный на­сос доильной установки.

Предмет исследования - процесс работы ротационного вакуумного на­соса при различных конструктивно-технологических параметрах.

Методика исследования. В работе использованы аналитический, экс­периментальный и расчетно-конструктивный методы.

Аналитический метод включал изучение технологического про­цесса с применением методов аналогового моделирования, классической механики, термодинамики, системы программных средств ПК.

В экспериментальных исследованиях использовались методы физи­че­ского моделирования для проверки теоретических положений и выво­дов.

Результаты исследования обрабатывались с применением извест­ных ме­тодов математического анализа с использованием программных средств ПК.

Научная новизна. На основании аналитических исследований полу­чены расчетные зависимости для определения объемной подачи и по­требной мощности ротационного вакуумного насоса с учетом изменения коэффици­ента подачи и проводимости входного элемента. В результате исследований обосно­ваны основные конструктивные и режимные пара­метры вакуумного насоса и получены аналитические зависимости для оп­ределения степени влияния основ­ных факторов на показатели работы на­соса. Указаны пути уве­личения произво­дительности и снижения потреб­ной мощности привода си­ловых станций и обеспечения постоянства ваку­умного режима доильных ус­тановок. Построена математическая модель газодинамических процессов.

Практическую ценность представляют:

— Усовершенствованная методика расчета конструктивно-техноло­ги­ческих параметров ротационного вакуумного насоса;

— Математическая модель процесса откачки воздуха вакуумным на­со­сом;

— Результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы;

— Обоснованная конструктивно-технологическая схема вакуум­ного на­соса;

— Результаты энергетической и экономической оценки исследуе­мого объекта.

Реализация результатов исследований.

Разработанные методы расчета и определения конструктивных и тех­но­логических параметров исследуемого вакуумного насоса использу­ются в учеб­ном процессе кафедры при подготовке лабораторных работ по дисцип­лине «Механизация животноводства».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены, обсуж­дены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподаватель­ского со­става, аспирантов и научных сотрудников СПбГАУ, (г. Санкт-Пе­тербург-Пуш­кин), Великолукской ГСХА (г. Великие Луки) и дру­гих ВУ­Зов в 2003 – 2007 г.

Публикация.

По материалам исследований опубликовано три печатные ра­боты, одна из которых в журнале "Сельский механиза­тор".

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка ис­поль­зуемой литературы и приложений, изложенных на 144 страницах ма­шинопис­ного текста, в том числе 38 рисунков и 32 таблиц. Список исполь­зуемой лите­ратуры включает 116 наименований, в том числе 6 – на ино­странных языках. Имеются 22 приложения на 22 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, излагаются цель работы, ее краткая характеристика, новизна и значимость результатов для науки и практики.

В первой главе «Общая характеристика изучаемого вопроса» пред­ставлена краткая классификация вакуумных насосов, рассмотрены их ос­новные параметры и характеристики, выполнен анализ существующих схем вакуумных насосов, и анализ научных исследований по повышению эф­фектив­ности их работы, ставятся цель и задачи исследования.

Исследованию рабочего процесса ва­куумных насосов для создания методики расчета, обоснования конструктивных и технологи­ческих параметров, посвящены работы М.А. Ошерова, Б.С. Фотина, Ю.В. Пешти, В.И. Ардашева, П.В. Сидоренко, И.Н. Краснова, В.И. Квашенни­кова, Л.П. Карташова, Б.И. Королева, В.И. Кузнецова, Л.Н. Розанова, Е.С. Фролова, И.В. Автономова, С.Е. Захаренко, В.А. Румянцевой, А.Г. Голо­винцева, Б.В. Канторо­вича, В.Е. Лисичкина, В.И. Хлумского, Н.И. Мжель­ского, Н.А. Яковенко, А.И. Оберемченко, А.П. Гукова, И.Е. Волкова и дру­гих. В своих трудах учеными было отведено зна­чительное место принци­пам построения ва­куумных систем и их расчету, дано описание методов измерения потока разре­женных газов, а также даны рекомен­дации по при­менению насосов наиболее совершенной конструкции, по их пра­вильной эксплуатации и их прочностной расчет.

В результате анализа потенциальных возможностей методов и тех­ни­ческих средств создания разрежения установлено, что наиболее распро­стра­ненными и перспективными в настоящее время являются ротационные ваку­умные насосы пластинчатого типа. Насосы данного типа отличаются простотой конструкции и технического обслуживания, быстроходностью, хорошей уравно­вешенностью и плавностью работы. Между тем, широко известно, что боль­шинство этих машин недостаточно надежны в эксплуа­тации и зачастую работают с пониженной производительностью. К недос­таткам таких насосов можно отнести сравнительно низкий ме­ханический к.п.д., повышенную чувствительность к нарушению нормальных зазоров, несовершенность системы смазки, повышенный уровень шума, износ пла­стин из-за нагрева и трения.

Поэтому для поддержания необходимого вакуумного режима воз­никла потребность в дальнейшем совершенствовании пластинчатых ваку­умных насосов и улучшении показателей их работы.

Из всего сказанного следует, что в ходе исследований процесса соз­дания разрежения в современных доильных установках, разработок новых конструктивных схем и методик расчетов, остались нерешенными сле­дующие вопросы:

  • Необходима более обоснованная методика расчета вакуумных систем, описы­вающая все процессы, происходящие при ее работе и учиты­вающая все необходимые параметры;
  • Требуется дальнейшее изучение и совершенствование перспек­тивных конструктивно-технологических схем насосов.

В конце главы поставлена цель настоящего исследования и для ее решения определены основные задачи.

Во второй главе «Теоретическое исследование процесса создания разрежения вакуумным насосом» обоснованы предпосылки, положенные в основу исследований.

В главе изложены основные результаты теоретического исследова­ния влияния параметров воздухораспределения на механические и энерге­тические показатели. В качестве исследуемых факторов были вы­браны: площадь сечения впускных окон, форма впускных окон и частота вращения ротора насоса. За основные критерии оптимизации приняты: производительность, потребная мощность, разрежение в системе и коэф­фициент подачи насоса.

Расход сжатого воздуха зависит от формы и площади сечения впу­скного окна, однако здесь важна количественная сторона. Неверно вы­бранная фаза воздухораспределения, форма и сечение впуск­ных окон и патрубков отрицательно сказываются на рабочем процессе насоса, темпе­ратурном ре­жиме и избыточном давлении в выходном сечении насоса.

Основной характеристикой любого вакуумного насоса является его объ­емная производительность, которая зависит от коэффици­ента наполне­ния вса­сывающей камеры (по­дачи) и вычисляется по формуле

, (1)

где - коэффициент подачи насоса;

Vг – геометрическая производительность насоса, м3/ч.

Геометрическая производительность вакуумного насоса Vг зависит от конструктивных параметров и час­тоты вращения ротора. Ее можно оп­ределить из выражения

, (2)

где е – эксцентриситет насоса, м;

L – длина цилиндра, м;

D – диаметр цилиндра, м;





z – число пластин;

n – частота вращения ротора насоса, мин-1;

- толщина пластины, м.

Коэффициент наполнения (подачи) всасывающей камеры насоса за­висит от ее конструктивного исполнения и степени повыше­ния давления в выходном сечении. Согласно Н.И. Мжельскому его можно опреде­лить из уравне­ния среднего коэффициента подачи или по фор­муле

, (3)

где рн – давление нагнетания, кПа;

рвс. – давление всасывания, кПа;

K1=0,1 для машин малой производительности;

K1=0,05 для машин большой производительности.

В вакуумной технике, рассматривается не­сколько ре­жимов течения газа. В нашем случае состояние воздуха, определяемое критерием Кнуд­сена () соответствует низкому вакууму. Исходя из этого условия был рассмотрен вязкостный режим.

Основным параметром любого проводящего элемента вакуумной сис­темы является его проводимость U, зависящая от степени вакуума.

В первом случае, в качестве отверстия рассмотрен отрезок трубо­провода, при l 0,01d. Трубопровод расположен в стенке, разделяющей бесконечно большие объемы (рисунок 1 а).

Для данного случая на основании уравнения сохранения энергии получено окончательное выражение для определения проводимости Uо.вяз. в ус­ловных единицах массы Пам3/с

(4)

где Q – поток воздуха, м/с

p1 и p2 – давление воздуха до и после отверстия, Па;

n - показатель адиабаты (для воздуха n = 1,4);

A - площадь сечения отверстия м2;

R – универсальная газовая постоянная, R=8,31 кДж/(кмольК);

Т – температура воздуха, К.

Отношение (p2/p1) заранее неизвестно и расчет ведется методом по­следовательных приближений. При проектировочном рас­чете с большим запасом можно принять, в первом приближении, что Uо..вяз.=200А.

Рассмотрим второй случай истечения воздуха через впускное от­верстие между бесконечно большим и ограниченными объемами (рисунок 1б). Входной элемент в этом случае должен с точки зрения II закона тер­модинамики иметь одинаковую проводимость при течении воздуха в обоих направлениях. Проводимость отверстия определяется исходя из

. (5)

Вышеизложенная методика по определению проводимости впуск­ных отверстий вакуумных насосов, не учитывает их геометрическую форму.

Характер газодинамических процессов, происходящих при всасы­вании зависит не только от площади сечения впускного отверстия, но и от формы. Для этого ограничимся рас­смотрением впускного элемента ваку­умного насоса с круглым попе­речным сече­нием радиусом Rотв. и толщиной стенки l.

При стационарном потоке воздуха (м/с), образо­ван­ного на ра­диусе r прира­щением dr (рисунок 2) существует равновесие движущей силы называемой разностью давлений Fд1, а также силы внутреннего тре­ния Fтр.2.

На основании условия равновесия , где – ко­эффициент динамической вязкости (для воздуха ) можно вывести зависимость для определения проводимости данного эле­мента в следующем виде

. (6)

Впускной элемент вакуумного насоса можно отнести к короткому тру­бопроводу, длиной , где Re – число Рейнольдса. Проводи­мость такого элемента следует определять из выражения

. (7)

Проводимость некруглых элементов, сечение которых отличается от круглого, определяют по эмпирическим зависимостям.

Для элементов прямоугольного сечения, где стороны a b; сечения с равносторонним треугольником и эллиптического сечения можно запи­сать соответственно

, (8); , (9)

, (10)

где а и b - стороны прямоугольника, треугольника, меньшая и большая оси эллипса, м;

– эмпирический коэффициент, зависящий от a/b.

В ходе дальнейших теоретических исследований были получены выражения, по определению коэффициента подачи и производительности насоса в зависимости от проводимости впускного элемента

, (11); , (12)

где p1 – давление в доильном аппарате, кПа.

Для более детального изучения процессов воздухораспределения, введена промежуточная величина, характеризующая степень наполнения воздухом ячейки, ограниченной двумя соседними пластинами - коэффици­ент заполнения.

Данный параметр можно выразить, учитывая молярный объем из уравнения Ван-дер-Ваальса. Для сжатого воздуха с учетом содержания мелкодисперсной масляной пыли и углекислого газа значение коэффици­ента можно записать как

, (13)

где V - общий объем (объем межпластинчатой камеры), м3;

- число молей воздуха, кмоль;

b - наименьший объем до которого можно сжать газ (постоянная Ван-дер-Ваальса), см3/кг.

Число молей воздуха можно также выразить из уравнения Кла­пейрона .

Давление воздуха в ячейке в зависимости от угла поворота ротора pя можно определить из выражения

, (14)

где рсж. – давление газа в начале сжатия, принимается равным дав­лению вса­сывания, Па;

Sяч.max – максимальная площадь ячейки, м2;

Sяч. – площадь ячейки при угле поворота , м2;

S – отклонение площади (поправка);

– показатель политропы.

Максимальная площадь ячейки Fяч.max насоса УВД10.000 с танген­циаль­ным расположе­нием пластин определяется из условия

, (15)

где – текущий радиус вектор, м;

– угол поворота ротора, град;

– угол между двумя соседними

пластинами, рад;

r – радиус ротора, м.

Площадь Sн – поперечного сечения ячейки с наклонными пласти­нами, ограниченная площадью фигуры С1B1B2C2 (рисунок 3).

, (16)

где .

Площадь поперечного сечения ячейки F при угле поворота ротора может быть определена по формуле

, (17) где - относительный эксцентриситет,-25, (17)

где - относительный эксцентриситет , м.

Максимальный объем ячейки (м3), ограниченной двумя пластинами найдем по формуле

. (18)

Быстроту действия вакуумного насоса можно также определить как

. (19)

Согласно выражениям (13), (18) и (19), можно получить зави­симость, свя­зывающую быстроту действия и коэффициент заполнения межпластинчатой камеры

. (20)

Из анализа полученных зависимостей видно, что эффективное функционирование ротационных ваку­умных насосов доильных установок, их динамика и энерге­тические показатели во многом зависят от парамет­ров и режимов воздухорас­пределения, в частности, от формы и сечения впускных окон.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.