CC BY
16
Electrical facilmes and systems
Федосов А. В. Fedosov А. V.
кандидат технических наук, доцент кафедры
«Промышленная безопасность и охрана труда», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
Федосов В. А.
Fedosov V. А.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Управление и сервис в технических системах» Института экономики и сервиса, ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
Мухамадиев А. А.
Mukhamadiev А. А.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Управление и сервис в технических системах» Института экономики и сервиса, ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
УДК 648.234-83
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ВАКУУМНО-ВОЗДУШНОЙ СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЫ
Тема совершенствования стиральной техники является актуальной, поскольку все новые повышенные требования предъявляются к товарам массового спроса. К наиболее востребованным относятся стиральные машины.
Одним из перспективных направлений в бытовом электроприборостроении является разработка бытовых стиральных машин, базирующихся на нетрадиционном способе стирки, обеспечивающем возможность обработки широкой гаммы текстильных изделий, изготовленных из тканей, содержащих синтетические, искусственные и смешанные волокна [1, 2].
Для исследования потребительских показателей качества, определения энергетических параметров была разработана и изготовлена экспериментальная установка вакуумно-воз-душной стиральной машины.
Проведенные исследования показали перспективность вакуумно-воздушного способа стирки различных по составу тканей.
Результаты эксперимента показали, что к основным факторам, влияющим на показатели качества, относятся циклическое кипение под вакуумом, перемешивание текстильных изделий посредством подачи атмосферного или сжатого воздуха в бак стиральной машины, изменение температурных параметров, времени стирки и воздействие поверхностно-активных веществ.
Было установлено что, в сравнении с активаторным и барабанным ваккумно-воздушный способ стирки имеет целый ряд достоинств: экономия электроэнергии, экономия синтетических моющих средств, улучшенный водный модуль.
Все перечисленные достоинства вакуумно-воздушного способа стирки выявлены опытным путем в результате проведения эксперимента.
Ключевые слова: электротехнические испытания, стиральная машина, вакуумно-воз-душный способ стирки.
ELECTRICAL TESTS OF THE EXPERIMENTAL AIR VACUUM-WASHING MACHINE
The theme of improving the washing equipment is relevant because the new higher requirements for consumer goods. The most popular and important to include washing machines.
One of the promising trends in the domestic electrical instrument is the development of household washing machines that are based on non-conventional washing method, providing the ability to process a wide range of textile products made of fabrics containing synthetic, synthetic and mixed fibers.
To study consumer quality indicators, the definition of energy parameters has been developed and manufactured experimental setup vacuum air the washing machine.
Studies have shown the promise of a vacuum-air method of washing fabrics of different composition.
Results of experimentation showed that the main factors affecting the quality indicators are cyclical boiling under vacuum, mixing textiles by supplying atmospheric or compressed air into the tank of the washing machine, change the temperature settings, the washing time and the effect of surface-active agents (surfactants).
It has been found that, in comparison with the activator and the drum, the air-vacuum washing method has a number merits: energy savings, savings of synthetic detergents, improved the water module.
All of the advantages of vacuum air wash method identified empirically as a result of experimentation.
Key words: electrical tests, washing machine, air-vacuum washing method.
Совершенствование бытовых стиральных машин связано с решением вопросов функциональной универсальности, заключающейся в возможности качественной обработки широкого ассортимента текстильных материалов. Этим требованиям в значительной степени удовлетворяет ваку-умно-воздушный способ стирки, при котором текстильные изделия в течение определенного времени подвергаются адиабатному кипячению.
Процесс кипения обрабатываемых текстильных изделий достигается за счет ваку-умирования, при этом на первичный пограничный слой в момент смачивания стираемых текстильных изделий моющим раствором существенное влияние оказывает образование и отрыв парогазовых пузырей при создании вакуума в баке стиральной машины. Посредством вакуума на загрязнении образуются пузырьки воздуха и паровоздушные пузырьки, которые отрываются от поверхности ткани. Всплывающие пузырьки создают в своей кормовой части зону пониженного давления, куда устремляется моющий раствор, создавая вблизи нитей ткани турбулизацию, увеличивая при этом коэффициент массоотдачи.
Изменяя степень вакуумирования в баке стиральной машины можно осуществлять стирку текстильных изделий при различных температурах и при неизменно большом количестве паровоздушных пузырьков.
Для интенсификации процесса массоб-мена в баке стиральной машины необходимо периодически осуществлять перемешивание обрабатываемых текстильных изделий. Перемешивание может осуществляться за счет подачи атмосферного или сжатого воздуха через специальные насадки (сопла), расположенные в донной части стирального бака.
Таким образом, вакуумно-воздушный способ стирки можно представить как ряд последовательных циклов кипячения обрабатываемых текстильных изделий под вакуумом и перемешивания посредством подачи атмосферного или сжатого воздуха в стиральный бак.
Основными конструктивно-технологическими факторами вакуумно-воздушного способа стирки являются степень и скорость вакуумирования, температура моющего раствора, загрузочная масса текстильных изделий, водный и объемный модули, геометрические характеристики стирального бака и
воздухоподающих сопл, продолжительность и последовательность включения сопл в работу, время обработки.
Вакуумно-воздушный способ стирки позволяет в широком диапазоне варьировать уровень пневмогидродинамического воздействия на обрабатываемые изделия.
Исследования процесса стирки проводились на экспериментальной установке, принципиальная схема которой представлена на рисунке 1.
Установка представляет собой модель вакуумно-воздушной стиральной машины. Она состоит из следующих конструктивных элементов: бака 1, представляющего собой полый вертикальный цилиндр, изготовленный из толстостенного прозрачного кварцевого стекла; днища бака 2; фланца 3; индукционного электронагревателя 27, мощность которого можно изменять в ходе эксперимента, изменяя число витков индуктора; сопла 4 для подачи атмосферного или сжатого воздуха в бак вакуумно-воздушной стиральной машины изготовлены из медных трубок различного диаметра (от 1 до 15 мм) и соединены с электромагнитными клапанами 5, 6, 7 типа КЭН-3. Пропускная способность сопл зависит от их диаметра.
Сопла расположены под углом 120°, что позволяет перемешивать текстильные изделия в трех плоскостях при их цикличном включении в работу в определенной последовательности. Центральное сопло используется для подачи воздуха в бак стиральной машины, обеспечивая циркуляцию моющего раствора в период стирки, а также для слива моющего раствора.
Стандартное крепление основания к обечайке бака стиральной машины, выполненное в виде фланцев, соединенных шпильками, позволяет менять в ходе эксперимента любые элементы конструкции бака стиральной машины, т.е. цилиндрический бак, днище бака, сопла, датчики температуры, давления и уровня.
Для контроля электрических параметров в экспериментальной установке использованы современные электрические, электроизмерительные, контролирующие и другие приборы, позволяющие с высокой точностью определять потребляемый ток, потребляемую мощность, устанавливать необходимое номинальное напряжение, контролировать температуру моющего раствора, поддерживать в нужном диапазоне давление внутри стирального бака, управлять работой ваку-
1 — бак; 2 — днище бака; 3 — фланец; 4 — сопла; 5, 6, 7, 22, 26 — клапаны; 8 — крышка; 9 — контактный мановакууметр; 10 — термометр; 11 — муфта; 12 — вакуумный насос; 13 — трубопровод; 14, 25 — ресиверы; 15, 16, 17 — термопара; 18 — командоаппарат; 19 — потенциометр КСП-4; 20 — электроизмерительный прибор К-505; 21- счетчик электроэнергии; 23 — мановакууметр; 24 — манометр; 27 — электронагреватель
Рисунок 1. Принципиальная схема экспериментальной установки, основанной на вакуумно-воздушном способе стирки
умного насоса, осуществлять переключение электромагнитных клапанов и другие функции. Измерительный комплект К-505, используемый для замера электрических параметров, относится к прецизионным приборам с зеркальной шкалой класса точности 0,5, что гарантирует высокую точность измерения. Все нагрузочные данные достоверно характеризуются этим измерительным комплектом. Нагрев моющего раствора в стиральном баке осуществляется индукционным или тэновым нагревателем, визуально контролируется термометром. Температура моющего раствора фиксируется на диаграммной ленте в виде температурного поля двенадцатиточечным прибором КСП-4. Датчиком темпрературы в данной схеме служат термопары.
Вакуумирование бака и создание в нем заданного разряжения осуществляется вакуумным насосом 3НВР-1ДУХЛ4,2. Параметры вакуумирования задаются элек-троконтакным вакуумметром, непосредственно соединенным с командоаппаратом, который в свою очередь управляет включением и отключением вакуумного насоса. Как показали испытания, время вакуумиро-вания бака с моющим раствором и бельем длится несколько секунд, после чего начинается интенсивное кипение, и как результат переход загрязнений с поверхности белья в моющий раствор.
Учитывая сложность процесса, а также отсутствие априорной информации по вакуумной обработке текстильных изделий, особое внимание при исследовании было обращено на определение водного модуля, одного из главных показателей стиральных машин, определяющих их экономичность. Исследовалось также влияние объемного модуля на процесс обработки. В процессе исследования загрузочная масса изменялась от 0,50 до 3,00 кг с интервалом в 0,25 кг. Водный модуль изменялся от 3 дм3/кг до 20 дм3/кг.
Результаты исследований показаны на рисунке 2.
Анализ результатов показывает, что водный модуль оказывает существенное влияние на процесс вакуумно-воздушной
пко%
60 55 50 45
Температура моющего раствора: 1 -50 °С; 2-55 °С; 3 - 70 °С
Рисунок 2. Влияние водного модуля на показатель качества отстирывания
обработки текстильных изделий. С увеличением водного модуля от 6 до 15 дм3/кг качество отстирывания повышается (рисунок 2). Это объясняется улучшением массобмена в баке. Перемешивание текстильных изделий осуществляется в основном в вертикальных плоскостях.
На рисунке 2 изображены три кривые изменения показателя качества отстирывания (ПКО) в зависимости от водного модуля при различных температурах стирки.
Все показанные на рисунке 2 кривые отображают единообразную зависимость: ПКО растет с увеличением водного модуля до определенной величины (12-14 дм3/кг), далее кривые выполаживаются, и ПКО практически не меняется с изменением водного модуля, что соответствует теоретическим зависимостям.
Интенсификация процесса обработки текстильных изделий осуществляется путем периодической подачи воздуха в стиральный бак. Причем подачу воздуха необходимо осуществлять через сопла, расположенные в донной части стирального бака.
В процессе экспериментов исследовались различные варианты расположения сопл в донной части бака.
Анализ процесса стирки и полученные результаты показывают, что определяющими факторами являются угловое расстояние a и диаметр отверстия сопла d. По данным С.С. Кутателадзе [3], при истечении газа в жидкость из сопла при его диаметре более 5 мм наблюдается дробление одиноч-
ного пузыря, поэтому диаметр сопла целесообразно принимать равным 5 мм.
Были определены области рациональных значений исследуемых факторов [4, 5]. Для вакуумно-воздушных стиральных машин рациональными являются:
п = 4 (при этом необходимо расположение 4-го отверстия в центре бака);
а = 120° (обеспечивается интенсивное перемешивание в баке); d = 5-8 мм; D2 = 0,6-0,8^.
Исследовались также различные варианты циклограмм работы вакуумно-воздушной стиральной машины. Структура циклограмм принималась следующая: вакуумирование (время — включение подачи воздуха через воздухоподающее сопло (продолжительность включения 1;2) — вакуумирование (время 1^) и т.д.
Экспериментальные исследования позволили определить рациональную циклограмму работы машины: вакуумирование до
— 0,02 МПа — подача атмосферного воздуха в течение 3 с первым соплом — вакуумирование до — 0,02 МПа — подача атмосферного воздуха в течение 3 с вторым соплом — вакуумирование до — 0,02 МПа
— подача атмосферного воздуха в течение 3 с третьим соплом — вакуумирование до
— 0,02 МПа — подача атмосферного воздуха в течение 3 с центральным соплом. При подаче атмосферного воздуха в бак стиральной машины происходит не только интенсивное перемешивание обрабатываемых текстильных изделий, но и насышение моюшего раствора кислородом воздуха. Кислород при этом оказывает очищающее и отбеливающее воздействие.
Выводы
1. Проведенные экспериментальные исследования показали, что вакуумно-воз-душный способ стирки текстильных изделий может быть реализован в конструкциях стиральных машин.
2. Исследовано влияние водного модуля на основные показатели качества вакуумно-воздушных стиральных машин: показатель качества отстирывания и показатель потери прочности ткани. Установлено, что рациональным значением водного модуля для ВВСМ является V = 12-14 дм3/кг.
м
3. Исследовано влияние температуры моющего раствора на процесс обработки в вакуумно-воздушных стиральных машинах. Установлено, что температура моющего раствора оказывает более сильное влияние на изменение ПКО, чем на изменение ППТ; так, при изменении температуры моющего раствора от 45 °С до 80 °С изменение значения ПКО составляет 11,2 % , а ППТ — 0,6 %.
4. Определено влияние геометрических характеристик воздухоподающих сопл на процесс обработки текстильных изделий в вакуумно-воздушных стиральных машинах.
Установлено, что для вакуумно-воздуш-ных стиральных машин рациональными являются: п = 4 (при этом необходимо расположение 4-го отверстия в центре бака); а = 120° (обеспечивается интенсивное перемешивание в баке); ё = 5-8 мм; Б2 = 0,6-0,8Б1.
5. Испытания показали, что потребление электрической энергии в вакуумно-воздуш-ных стиральных машинах меньше, чем в активаторных и барабанных стиральных машинах.
Список литературы
1. Федосов В.А., Челнынцев А.В. Интенсификация массообмена при подаче воздуха в бак вакуумно-воздушной стиральной машины // Наука сегодня: Теория и практика: сб. науч. тр. Междунар. заоч. науч.-практ. конф. 2015. Ч. II. С. 81-83.
2. Федосов А.В., Федосов В.А., Шаймуха-метов Э.Ф. Современные средства измерения, применяемые при проведении экспертизы промышленной безопасности технических устройств на опасных производственных объектах // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2016. Т. 12. № 1. С. 117-123.
3. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979. 416 с.
4. Федорова А.Ф. Технология химической чистки и крашения: учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Легпромбытиздат, 1990. 366 с.
5. Федосов А.В., Гайнуллина Л.А. Методы неразрушающего контроля // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2015. Т. 11. № 2. С. 73-78.
References
1. Fedosov V.A., Chelnyncev A.V. Intensifikacija massoobmena pri podache vozduha v bak vakuumno-vozdushnoj stiral'noj mashiny // Nauka segodnja: Teorija i praktika: sb. nauch. tr. Mezhdunar. zaoch. nauch.-prakt. konf. 2015. Ch. II. S. 81-83.
2. Fedosov A.V., Fedosov V.A., Shajmuhametov Je.F. Sovremennye sredstva izmerenija, primenjaemye pri provedenii jekspertizy promyshlennoj bezopasnosti tehnicheskih ustrojstv na opasnyh proizvodstvennyh ob#ektah // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. 2016. T. 12. № 1. S. 117-123.
3. Kutateladze S.S. Osnovy teorii teploobmena. M.: Atomizdat, 1979. 416 s.
4. Fedorova A.F. Tehnologija himicheskoj chistki i krashenija: ucheb. dlja vuzov. 2-e izd., pererab. i dop. M.: Legprombytizdat, 1990. 366 s.
5. Fedosov A.V., Gajnullina L.A. Metody nerazrushajushhego kontrolja // Jelektrotehnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy. 2015. T. 11. № 2. S. 73-78.
