CC BY
40
9. Чубик, Р. В. Керовані вібраційні технологічні машини [Текст] / Р. В Чубик, Л. В. Ярошенко. - Вінниця : ВНАУ, 2011. - 355 с.
10. Керований синхронний віброзбуджувач [Текст] : пат. 84565 Україна, МПК В06В 1/16 (2006.01) / Чубик Р. В., Зозуляк І. А., Мокрицький Р. Б., Зозуляк О. В. - Вінницький національний аграрний університет. - № и 2013 05065; заяв 19.04.2013; опубл. 25.10.2013, бюл. № 20. - 14 с.
11. Лыков, М. В. Сушка в химической промышленности [Текст] / М. В. Лыков. - М.: Химия, 1970. - 432 с.
---------------------□ □-----------------------
Обґрунтовано актуальність обробки водозернової суміші роторно-пульсаційним апаратом. Представлені результати досліджень гідравлічних характеристик даного апарату при обробці зернової суміші з водою. Обрані оптимальні режими обробки даного середовища. Досліджено продуктивність роторно-пульсаційного апарату, а також отримані результати, які дозволяють застосувати їх у проектуванні промислових установок з приготування рідких кормів для сільськогосподарських тварин
Ключові слова: роторно-пульсаційний апарат, гідравлічні характеристики, водозернова суміш, рідкий корм
□--------------------------------------□
Обоснована актуальность обработки водозерновой смеси роторно-пульсационным аппаратом. Представлены результаты исследований гидравлических характеристик данного аппарата при обработке зерновой смеси с водой. Выбраны оптимальные режимы обработки данной среды. Исследована производительность роторно-пульсационного аппарата, а также получены результаты, которые позволяют применить их в проектировании промышленных установок по приготовлению жидких кормов для сельськохозяй-ственных животных
Ключевые слова: роторно-пульсационный аппарат, гидравлические характеристики, водозерновая смесь, жидкий корм ---------------------□ □-----------------------
УДК 636.084(075.8):532.528
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННОГО АППАРАТА ПРИ ОБРАБОТКЕ ВОДОЗЕРНОВОЙ СМЕСИ
А. Н. Ободович
Главный научный сотрудник, доктор технических наук* E-mail: [email protected]
А. Ю. Л ымарь
Аспирант* E-mail: [email protected] *Институт технической теплофизики Национальной академии наук Украины ул. Булаховского Академика, 2, г. Киев, Украина, 03164
1. Введение
В современных рыночных условиях сельскохозяйственное производство ориентировано на энерго- и ресурсосбережение. Вследствие этого постоянно растут требования к качеству измельчения зернофуража, снижению расхода энергии, металла. Проблемная ситуация заключается в том, что традиционные измельчающие устройства и научные знания в этой области не могут обеспечить дальнейшее коренное совершенствование данного процесса.
2. Постановка проблемы
На сегодняшний день возникла потребность в повышении интенсивности, улучшении качественных показателей кормоприготовительных аппаратов, разработке конструкции нового оборудования - высокопроизводительного и технологичного.
© А
Одним из перспективных путей повышения эффективности производства является использование роторно-пульсационных аппаратов (РПА), основаных на принципе дискретно-импульсного ввода энергии (ДИВЭ). Возможности данного оборудования позволяют успешно осуществлять дробление, перемешивание, растворение с одновременным подогревом жидкой массы и ряд иных процессов [1, 2].
В институте технической теплофизики НАН Украины было разработано оборудование, которое реализует основные механизмы ДИВЭ: эффекты, связанные с ускорением движения непрерывной фазы, действие напряжений сдвига, кавитационные механизмы, механизмы взрывного вскипания [3 - 6].
Целью работы является исследование гидравлических показателей работы РПА при обработке водозерновой смеси в технологии приготовления жидких кормов. Обьектами исследований была водозерновая смесь с различным содержанием твердой фазы и РПА, состоящий из статора и ротора,
............................................Е
выполненых в виде цилинров с круглыми отверстиями.
Степень помола зерновых кормов, существенно влияет на переваримость и усвоение питательных веществ рациона. При традиционном способе приготовления жидких кормов зерновые культуры предварительно измельчают, затем смешивают с водой [7]. Такой способ не позволяет получить корм с рекомендуемой степенью измельчения зерна (300-500 мкм).
Предлагаемая технология получения жидких кормов предусматривает смешивание воды с различным количеством твердой фазы, которая представляет собой смесь зерновых культур и комбикорма. В дальнейшем полученную смесь обрабатывают с применением РПА до получения жидкого корма с размером частиц не более 500 мкм [8].
3. Экспериментальные данные гидравлических характеристик роторно-пульсационного аппарата
Качество готового продукта зависит от гидравлических характеристик аппарата и других показателей.
Гидравлические характеристики РПА определяются напорно-расходными показателями [9]. На напорнорасходные показатели влияют: скорость потока среды, содержание твердой фазы и межцилиндровый зазор.
Скорость потока среды определяется как произведение окружной скорости на радиус ротора:
и=2яп-Яр, (м/с), (1)
где п - частота вращения ротора, Яр - радиус ротора.
Скорость потока среды меняли от 30 до 70 м/с за счет изменения окружной скорости и радиуса ротора. Содержанием твердой фазы варьировали в пределах 10 - 70 %. Межцилиндровый зазор изменяли от 300 до 700 мкм за счет замены пары статор-ротор. В качестве исходных образцов зерновых использовали пшеницу, кукурузу, ячмень, рожь.
На первом этапе исследований определяли изменение величины напора от процентного содержания твердой фазы в водозерновой среде при различной величине зазора и постоянной скорости потока равной 50 м/с. Величину напора определяли как давление на выходном патрубке РПА и измеряли в кПа. Данные экспериментов представлены на рис. 1.
Из рис. 1 следует, что при содержании твердой фазы 0 %, т.е. чистая вода, напор на выходе из РПА составляет 70 кПа. С увеличением твердой фазы до 65 % напор уменьшается до 10 кПа. Величина зазора также оказывает влияние на величину напора. С увеличением зазора напор увеличивается. Дальнейшими исследованиями было определено влияние скорости потока среды и содержания твердой фазы на напор в РПА (рис. 2). При проведении исследований зазор между статором и ротором оставался постоянным и составлял 500 мкм.
Зависимости, представленные на рис. 2, показывают, что с увеличением содержания твердой фазы и уменьшением скорости потока, давление уменьшается. Исходя из данных зависимостей можно сделать вывод о том, что при приготовлении жидких кормов наиболее эффективно обрабатывать среду с содержанием твер-
дой фазы 50 %, зазором 500 мкм и скоростью потока 50 м/с. При этом давление составляет около 30 кПа.
5? 70 £'б0
50
40
30
20
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70
Р, кПа
Рис. 1. Зависимость изменения напора Р от процентного содержания твердой фазы ТФ при разной величине зазора (мкм): 1 — 300; 2 — 500; 3 — 700
О 10 20 30 40 50 „60 „ 70
Р, кПа
Рис. 2. Зависимость изменения величины напора Р от процентного содержания твердой фазы ТФ при разной скорости потока (м/с): 1 — 30; 2 — 50; 3 — 70
При диспергировании различных растительных материалов в водной среде имеет большое значение расходная характеристика, т.е. производительность РПА (м3/ч). На расходные харарктеристики аппарата будут влиять следующие факторы: содержание твердой фазы, межцилиндровый зазор, скорость потока и давление на выходе из РПА. Сначала были проведены исследования по влиянию количества твердой фазы и величины зазора на расходные характеристики РПА. Скорость потока среды при этом оставалась неизменной и составляла 50 м/с (рис. 3).
С увеличением в обработанной среде тердой фазы от 10 до 60 %, расход уменьшается от 10 до 1 м3/ч. Уменьшение зазора от 700 до 300 мкм ведет к уменьшению расхода, при 50 % содержания твердой фазы, от 6,5 до 5 м3/ч.
Зависимость изменения расхода зерновой смеси в РПА от количества твердой фазы при различных скоростях потока и постоянной величине зазора равной 500 мкм представлена на рис. 4.
Исходя из данных представленных на рис. 4 можно сделать вывод, что с уменьшением скорости потока и увеличением содержания твердой фазы расход обрабатываемой смеси уменьшается. Так при 10 % твердой фазы, расход снижается от 9 до 6,5 м3/ч, а при 40 % твердой фазы от 6 до 2 м3/ч.
0 -I-------------
0123456789 10
Q. мЗ/ч
Рис. 3. Зависимость расхода диспергируемой зерновой смеси от содержания в ней твердой фазы при зазорах между ротором и статором (мкм): 1 — 300; 2 — 500;
3 - 700
N L / 3
ЧУ
1 2 / Ъ\
N ► S , і
0123456789 10
<2. мЗ/ч
Рис. 4. Зависимость расхода диспергируемой зерновой смеси от содержания в ней твердой фазы при разных ско ростях потока (м/с): 1 — 30; 2 — 50; 3 — 70
ротором 500 мкм и скоростью потока 50 м/с. Исследования проводили на РПА, снабженный вентилем для изменения расхода и приборами для измерения расхода и давления.
Напорно-расходная характеристика представлена на рис. 5.
0 1 2 3 4 5 6
О, мЗ/ч
Рис. 5. Зависимость напора Е от объемного расхода Q в РПА при обработке водозерновой смеси
Исследования показали, что при закрытом вентиле (расхода нет) давление на выходе из РПА составляет более 200 кПа. По мере открывания вентиля расход увеличивается, а давление падает. При полностью открытом вентиле расход составляет 5 м3/ч, а давление 30 кПа.
4. Выводы
Интенсивная турбулизация водозерновой смеси в рабочей зоне РПА не способствует эффективному преобразованию механической энергии в потенциальную энергию потока. Вместе с тем, создаваемый таким аппаратам напор имеет большое практическое значение. Вращающийся цилиндр с прорезями можно рассматривать, как колесо центробежного насоса. В этом случае, пользуясь методикой расчета центробежных насосов и применяя теорему импульсов к массе жидкости, протекающей через отверстия, можно получить выражение для массового теоретического Ет и Е0 напора при нулевом расходе:
Е0= у Ет= ^(яп0)2 2 Sl(Дl + Д2), (2)
где у - коэффициент напора; Дь Д2, S1 - внутренний и наружный диаметры вращающегося цилиндра и его радиальная толщина.
Объемный расход при действительном напоре Е можно определить по формуле:
Ц=Ф^ср -(Ее - Е)1/2, (3)
где ф - коэффициент расхода, Fсp - средняя площадь проходного сечения, Е0 - напор при нулевом расходе, Е - действительный напор. Коэффициент расхода ф и напора Е зависят от геометрических параметров РПА.
Напорно-расходная характеристика РПА была получена по методике [10] на водозерновой смеси с содержанием твердой фазы 50 %, зазором между статором и
На основе проведенных исследований можно сделать вывод, что на напорно-расходные характеристики РПА при диспергировании водозерновой смеси оказывают влияние содержания твердой фазы, зазор и скорость потока среды.
С увеличением содержания твердой фазы, уменьшением зазора и скорости потока среды в РПА снижается расход и уменьшается напор. Также установлено, что с увеличением напора водозерновой смеси на выходе из РПА, расход уменьшается.
Полученные результаты позволяют применить их в проэктировании промышленных установок по приготовлению жидких кормов для сельськохозяйственных животных.
Литература
1. Промтов, М. A. Пульсационные аппараты роторного типа: теория и практика. [Текст] / М. A. Промтов. - М.: Машиностроение, 2001. - 260 с.
2. Роторно-імпульсний апарат [Текст]: пат. 60182 Україна: МПК В0№ 7/28 (2006/01) / Снєжкін Ю. Ф.,; заявитель и патентообладатель Інститут технічної теплофізики НAНУ. - №201014593; заявл. 06.12.2010; опубл. 10.06.2011, Бюл. № 11. - 4 с.
3. Долинский, A. A. Дискретно-ипмульсный ввод энергии [Текст]: / A. A Долинский., Б. И. Басок, A. И. Накорчев-ский, Ю. A. Шурчкова. - К.: ИТТФ НAНУ, 1996. - 196 с.
4. Proc. International Conf. on Transport Phenomena Science and Technology. Dolinsky A. A. Use of discrete-
Е
pulse energy input in various production processes / A. A. Dolinsky, G. K. Ivanitsky - Beijing (China): Higher Education Press. 1992. - P. 89 - 100.
5. Noltingk, В. Е. Cavitation Produced by Ultrasonics / В. Е. Noltingk, Е. A. Neppiras // Proc. Roy. Soc. (London), 1950. -Vol. 63B. - P. 674 - 685.
6. Shima, A. Temperature effects on single bubble collapse and induced impulsive pressure / A. Shima, Y. Tomita, T. Ohno // J. Fluid Engng, 1988. - Vol. 110, №2. - P. 194 - 199.
7. Подготовка кормов к скармливанию. [Электронный ресурс] / Всесоюзный фермерский портал. - Режим доступа: \www/ URL: http://www.fermer1.ru/organizatsiya-pribylnogo-proizvodstva-svininy_11 - 23.12.2013 г. — Загл. с экрана.
8. Ободович, A. Н. Исследования процесса диспергирования зерновых смесей с применением метода дискретно-импульсного ввода энергии (ДИВЭ) для получения жидких кормов [Текст] / A. Н. Ободович, Б. Х. Драганов, A. Ю. Лымарь // Журн. Промышленная теплотехника - 2013 - Т.35, №5 - С. 9 - 18.
9. Піроженко, І. A. Гідродинаміка та теплові ефекти в циліндричному роторно-пульсаційному апараті [Текст]: дис. кандидата техн. наук / І. A. Піроженко. - К., 2005. - 161 с.
10. Балабудкин, М. A. Роторно-пульсационне аппараты в химико-фармацевтической промышленности [Текст] / М. A. Балабуд-кин. - М. Медицина, 1983. - 159 с.
------------------□ □---------------------
В публікації аргументовано необхідність безперервного контролю технічного стану колісних пар вагона під час руху. Проведено математичне моделювання коливань колісної пари при її русі з найбільш розповсюдженими пошкодженнями - короткими ізольованими нерівностями на поверхні кочення коліс. За результатами моделювання вільних і вимушених коливань визначені інформативні діагностичні ознаки методу акустичного контролю колісних пар
Ключові слова: вагон, пара колісна, коливання, вібропереміщення, контроль акустичний, ознаки діагностичні
□----------------------------------□
В публикации аргументировано необходимость непрерывного контроля технического состояния колесных пар вагона во время движения. Проведено математическое моделирование колебаний колесной пары при ее движении с наиболее распространенными повреждениями - короткими изолированными неровностями на поверхности катания колес. По результатам моделирования свободных и вынужденных колебаний определены информативные диагностические признаки метода акустического контроля колесных пар
Ключевые слова: вагон, пара колесная, виброперемещения, контроль акустический, признаки диагностические ------------------□ □---------------------
УДК 629.4.083:629.45
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ КОЛИВАНЬ КОЛІСНОЇ ПАРИ ЯК ОСНОВА МЕТОДУ АКУСТИЧНОГО КОНТРОЛЮ
І. Е. Мартинов
Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедрою*
E-mail: [email protected]
В. В. Бондарен ко Кандидат технічних наук, доцент* E-mail: [email protected] Д. І. Скуріхін Асистент* E-mail: [email protected] Кафедра «Вагони» Українська державна академія залізничного транспорту пл. Фейербаха 7, м. Харків, Україна, 61050
1. Вступ
Публікація відноситься до області надійності, діагностики та неруйнівного контролю рухомого складу та його частин, а саме присвячена вдосконаленню методу акустичного контролю технічного стану колісних пар вагонів на основі математичного моделювання. Основні аспекти розробленого методу детально викладено у публікаціях [1 - 3].
2. Аналіз літератури
Короткі ізольовані нерівності на поверхні кочення коліс є одними з найпоширеніших пошкоджень ходових частин вагонів, які знижують довговічність осей колісних пар та підшипників буксових вузлів [4]. Дані пошкодження при укочуванні утворюють нерівномірний прокат, який особливо небезпечний при підвищених швидкостях руху (120-160 км/год) і важко піддається виявленню в експлуатації. У місцях
