Контроль и регулирование параметров системы охлаждения молока с аккумуляторами естественного холода Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Таким образом, качество очистки, определяемое массовым содержанием частиц в потоке масла, удаляемого через нижнее сливное отверстие, зависит от времени 7, нахождения частицы в гидроциклоне и радиуса зоны противотока г = г0, т. е. от радиуса поверхности нулевой осевой скорости, определяющей разделение потока масла и унос частиц через верхнее или нижнее сливные отверстия. Поэтому, задавшись временем очистки масла и радиусом поверхности нулевых скоростей, можно рассчитать геометрические параметры гидроциклона, удовлетворяющего предъявляемым тре-

бованиям качества очистки масел от нерастворимых примесей.

Список литературы

1. Глущенко, А.А. Экологически безопасные технологии для восстановления эксплуатационных свойств отработанного моторного масла с использованием гидроциклона / А.А. Глущенко. — Ульяновск: УГСХА, 2011. — 166 с.

2. Поваров, А.К. Гидроциклоны / А.К. Поваров. — М.: Госгортехиздат, 1961. — 256 с.

3. Мустафьев, А.М. Теория и расчет гидроциклона / А.М. Мустафьев. — Баку: РИФ, 1969. — 172 с.

УДК 681.5:637.117

А.Б. Коршунов, канд. техн. наук

Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии

КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ МОЛОКА С АККУМУЛЯТОРАМИ ЕСТЕСТВЕННОГО ХОЛОДА

Важнейшими задачами оптимального функционирования технологических линий первичной обработки и хранения молока является создание и внедрение автоматизированных систем, обеспечивающих контроль и регулирование потоков молока и хладоносителя с высокой степенью точности изолированно от окружающего воздуха.

Схема контроля и регулирования потоков молока и хладоносителя в системах охлаждения с аккумуляторами естественного холода с использованием электромагнитных средств измерения была разработана во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства. На рисунке представлена функционально-структурная схема, определяющая режимы работы оборудования этой системы, которая состоит из объекта управления (ОУ) и системы управления (СУ). СУ включает электрически связанные между собой устройства управления отдельными подсистемами, комплекты датчиков и преобразователей

[1-3].

Из функционально-структурной схемы видно, что режим работы устройств для контроля и регулирования потоков молока и хладоносителя зависит от функционирования дискретно-регулируемого электропривода (ДРЭ) молочного насоса 2 и насоса хладоносителя 5, управляемых датчиками верхнего и нижнего уровня, расположенных в молочном релизере 1. В общем случае объектом управления в рассматриваемой подсистеме является система трубопровод — поток молока и хладо-

носителя — накопительно-регулирующая емкость (релизер). Это — стационарная, динамическая система с распространенными параметрами, характеризующаяся широким изменением технологических параметров.

Установлено, что параметрическими возмущениями для этой системы являются приращения величин потока молока 2м в молочном релизере 1 и 2х потока хладоносителя с учетом требуемой температуры охлаждения.

Основными уравнениями, описывающими потоки подачи и расхода молока и хладоносителя на /-м участке молокопровода линии обработки являются стационарные, случайные функции, зависящие от времени:

Qm =1 hi [Qm ]Q (t)

TT

JQi-i (t)dt -JQi (t)dt < Vp

(1)

где: т [<2м ] — оценка математического ожидания потока подачи молока, м3/ч; О0 {() — центрированное значение сплошного случайного потока подачи, м3/ч; (2;-1(0, (2(7) — средние значения потоков расхода на двух соседних ступенях регулирования, м3/ч; Т — время цикла обработки, ч; Ур — вместимость накопительно-регулирую-щей емкости, м3.

Учитывая, что для системы контроля и регулирования потоков молока и хладоносителя Qn(t) = Qp(0 и соответственно Vp = 0, Qp(t) = const, получим широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) потоков молока и хладоносителя, определяемую ре-

О„

і 1

Н = 1

в

Р

Холодильная

установка

н = 1 3 4

н /

Ь®-ЕЗ-

<

✓

Н Н Ом І м І х Ох

У с У с У с У с У с У с

Ч/ V \/\/

•—•

а

І с

У с

\/

<—►-

■ Молоко —► Хладоноситель

6

5

9

8

9

Цифровой индикатор

----------------►

--------------------►

Функционально-структурная схема системы контроля и регулирования потоков молока и хладоносителя:

1 — накопительно-регулирующая емкость (НРЕ); 2 — молочный насос НМУ-6; 3, 6 — электромагнитные преобразователи потоков молока и хладоносителя; 4 — проточный теплообменник; 5 — насос хладоносителя;

7 — льдоаккумулятор естественного холода (АЕХ) комбинированного действия; 8 — измеритель разности потенциалов электродных датчиков; 9 — блок измерения электрического сопротивления жидкости;

10 — интегрирующий блок; 11 — вычислительный блок; 12 — блок сравнения: Н — уровень молока в НРЕ;

Ом — поток подачи молока; Ох — поток хладоносителя; ім — температура молока; іх — температура хладоносителя;

іо температура наружного воздуха; Ус — усилительное звено

Система управления

жимом работы ДРЭ молочного насоса 2 и релизе-ра 1. При этом интегрирующий блок 10 и вычислительный блок 11 электромагнитного расходомера, сравнивая значения электродвижущей силы, пропорциональной скорости потока, вырабатывают сигнал, пропорциональный объему протекающего молока:

Трц Трц

Мс = К | Е(г)Л = В1 | V(7)А, (2)

о о

где Мс — количество молока, измеряемое устройством; К — масштабный коэффициент; Е — электродвижущая сила, В; В — электромагнитная индукция, Тл; I — расстояние между электродами, см; V — скорость потока молока; Трц — время рабочего цикла;

Таблица состояний определяет и описывает эффективные алгоритмы функционирования системы контроля и регулирования потоков молока и хладоносителя в теплое Гт, холодное Гх, переходное время года ^п.

Введены следующие логические условия включения операторов команд соответствующие сигналам (см. таблицу): q — включения автоматического режима; q0 — датчика температуры наружного воздуха; qx — датчика температуры хладоносителя аккумулятора холода; qм — датчика температуры молока, поступающего на обработку; qm — термореле защиты электродвигателей холодильной установки; qd — датчика давления нагнетания хладоаген-та холодильной установки; qs — датчика давления

81

Таблица состояний

Логические условия Операторы

Рт q* ?о* qx* qм qm qd qs qв* ?н* Ук У кн У по Ум Ух

Рх q* qo* qx* qм 0 0 0 qв* qн* Ук У кн У х по Ум Ух

Рп q* ?о* qx* qм ?т qв* ?н* Ук У кн У по Ум Ух

всасывания хладоагента холодильной установки; #в — датчика верхнего уровня НРЕ молочного насоса НМУ-6; qн — датчика нижнего уровня НРЕ молочного насоса НМУ-6;

Введены следующие обозначения операторов: Ук — включение электропривода компрессора; Укн — включение электропривода насоса оборотной воды охлаждения конденсатора; Упо — включение предварительного охлаждения; Ум — включение молочного насоса; Ух — включение насоса хладоносителя; * — режим дискретного регулирования.

Алгоритмы функционирования устройства для контроля и регулирования потоков молока и хла-доносителя охлаждающей системы в теплое Рт, холодное Рх, переходное время года Рп, реализуются согласно соответствующим логическим условиям qi, поступающим от первичных преобразователей и операторов У, выполняющих функции командных сигналов.

Из таблицы состояний следует, что включение насосов молока РТ(Ум) и хладоносителя Р^) осуществляется одновременно при достижении текущим уровнем молока в НРЕ верхнего уровня Нв. При этом подаются сигналы в систему управления qв = 1. Отключение насосов молока и хладоносите-ля осуществляется при достижении нижнего уровня в НРЕ Нв, т. е. qн = 1. Между уровнями молока в релизере автоматическое включение или отключение насосов неоднозначно и определяется очередностью поступления сигналов qв и qн в соответствии с алгоритмами управления. Поэтому электродвигатели молочного насоса и хладоносителя должны быть включены при Р( Ум) = 1, Р( Ух) = 1, отключаться при F(УЫ) = 0, F(Уx) = 0.

Если электродвигатель молочного насоса включен Р(Ум) = 1 при наличии сигнала от датчика верхнего уровня или от сигнала о работе электродвигателя насоса хладоносителя Р( Ух), то отключаться при ДУХ) = 0. При этом, электродвигатель насоса хладоносителя должен быть включен Р( УХ) = 1 от сигнала с датчика температуры наружного воздуха qo при условии Р(Ум) =1.

Электродвигатель насоса хладоносителя должен быть включен от сигнала с датчика давления й?р = 1 холодильной установки.

В результате получим следующее:

1. Заполнение накопительно-регулирующей емкости (релизера) Н ^ 1:

Р(У„) = 0; Н < Нн; дв = 0; дн = 1;

Р(У„) = 0; Н = Нн; дв = 0; ^ = 1;

Р(У„) = 0; Нв > Н > Нн; дв = 0; ^ = 1;

Р (Ух) = 0.

(3)

2. Опорожнение накопительно-регулирующей емкости Н ^ 0:

Р(Уы) = 1; Н > Нв; дв = 1; ^ = 1; р(Уы) = 1; Нв > н > Нн; дв = 1; дн = 1;

р(Ум) = 0; Н < Нн; дв = 0; дн = 0;

Р (Ух) = 1.

(4)

Приведенная математическая модель реализуется дискретно регулируемыми звеньями охлаждения молока.

Установлено, что дискретный способ регулирования случайных потоков характеризуется значениями математических ожиданий частоты и относительной продолжительности включений, а также максимальными значениями этих величин, которые используются при расчетах электропривода и исполнительных механизмов регулируемых звеньев.

Частота и относительная продолжительность включений дискретно регулируемых электроприводов позволяют рассчитать тепловые режимы электродвигателей, работающих в случайных режимах. Так, для представленной ШИМ расчетные значения частоты и относительной продолжительности включений рассчитывается по следующим формулам:

[7ши

т [еп

.] =

1

т

.]-

_• 7 =

]’ шимр

]

[Пшим ]

1

шимр

т

-шимр

£([шим ]; т[Пшим ])’ Х[т [Пшим ]; °Пшим ] Х(т [Тшим ]; т [шим ])’

(5)

где т [Тшим ] — оценка математического ожидания частоты включений в режиме ШИМ; Zшжмр — расчетное значение частоты включений в режиме ШИМ; т [Пшим ] — оценка математического ожидания паузы ШИМ; т [шиы ] — оценка математического ожидания величины периода ШИМ; т [шиы ] — оценка математического ожидания относительной продолжительности включений в режиме ШИМ; £шимр — расчетное значение относительной продолжительности включений в режиме ШИМ; у — среднеквадратичное отклонение случайных величин.

Из приведенных условий функционирования и алгоритмов управления следует, что система контроля и регулирования потоков молока и хла-доносителя автоматически выбирает эффективные режимы контроля потока и охлаждения молока в зависимости от уровня молока в релизере и соответственно от температуры хладоносителя и окружающего воздуха.

Применение изложенной математической модели и функционально структурной схемы контроля и регулирования потоков молока и хладоно-сителя в системах охлаждения с аккумуляторами естественного холода с использованием электромагнитных средств измерения позволит повысить энергоэффективность современных линий обработки молока, точность работы динамических звеньев, сократить объемы или вообще исключить

накопительно-регулирующие емкости, сократить эксплуатационные издержки, повысить качество молочной продукции.

Список литературы

1. Учеваткин, А.И. Автоматизированные энергосберегающие технологии и система электрооборудования линий первичной обработки молока на фермах: автореф. дис. ... доктора техн. наук / А.И. Учеваткин. — М.: ВИ-ЭСХ, 1998. — 44 с.

2. Пат. 2147398 РФ. Устройство для транспортировки и охлаждения молока при доении / Ф.Г. Марьяхин,

А.И. Учеваткин, Б.П. Коршунов [и др.]. — № 99117378/13, заявл. 16.08.1999, опубл. 20.04.2000, Бюл. № 11.

3. Пат. № 2390124 РФ. Комбинированная установка для охлаждения молока с использованием естественного холода / Ф.Г. Марьяхин, А.И. Учеваткин, Б.П. Коршунов, А.Б. Коршунов [и др.]. — № 2009103663/12, заявл. 05.02.2009, опубл. 27.05.2010, Бюл. № 15.

УДК 631.8

Н.Д. Аргунов, канд. техн. наук

Я.К. Абрамов, канд. техн. наук

Н.А. Саломатина

В.М. Веселов, канд. техн. наук

В.М. Залевский

ЗАО «Твин Трейдинг Компани»

Г.Е. Мерзлая, доктор с.-х. наук

Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова Россельхозакадемии

СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ НА ОСНОВЕ ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД

Одна из современных проблем сельского хозяйства — ликвидация дефицита органических удобрений, без применения которых невозможно сохранить на должном уровне запасы почвенного гумуса и обеспечить надлежащие эколого-биоло-гические функции почв.

Объем традиционных органических удобрений в стране, в частности навоза, сокращается по причине снижения поголовья крупного рогатого скота. Замена же органических удобрений минеральными не компенсирует недостаток органического вещества, так как приводит к истощению почв и неизбежному снижению урожайности. К тому же по причине недостаточной эффективности навоза дозы его внесения в почву весьма высоки и в зависимости от вида сельскохозяйственной культуры составляют от 38 до 100 т/га [1].

В то же время в Российской Федерации имеется постоянно возобновляемый источник органического сырья, а именно осадки сточных вод (ОСВ), которые по агрохимической ценности не только не уступают навозу, но и превосходят его. ОСВ

с успехом могут использоваться для изготовления компостов, почвогрунтов и других удобрительных средств, которые целесообразно применять в сельском и лесном хозяйствах, а также при озеленении городских территорий, рекультивации земель и т. п. При этом одновременно решается и другая народно-хозяйственная проблема — утилизации ОСВ, представляющих собой потенциально опасные источники загрязнения окружающей среды. В настоящее время на канализационных очистных сооружениях городов Российской Федерации ежегодное количество образуемых осадков составляет 70...80 млн м3 при влажности 96...97 %, или 2,5.3 млн т сухого вещества. Они оказывают многостороннее негативное влияние на окружающую среду [2].

Во многих государствах на законодательном уровне декларируется принцип преимущественного рециклирования отходов, а не избавление от них любым путем. Так, в Люксембурге в сельском хозяйстве применяют 90 % годового выхода осадков, в Швейцарии — 70 %, Германии — 38 %, Фран-