CC BY
16DOI: 10.12737/article_5a27cb897eed69.52407990
1Гавриленко А.В., канд. техн. наук, асс., 1 Богданов В.С., д-р техн. наук, проф., 1Лозовая С.Ю., д-р техн. наук, проф., 1Фадин Ю.М., канд. техн. наук, проф., 1 Кулаков Л.С., магистрант, 1Гавшин А.П., студент, 2Тюфанова Ю.В., специалист по оборудованию 1 Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
2ООО «Объединенные кондитеры»
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПНЕВМОКАМЕРНОГО НАСОСА*
andrej.402@mail.ru
Производительность пневмокамерного насоса зависит от таких факторов, как время разгрузки, давление в камере насоса, высота расположения разгрузочной трубы от днища камеры, диаметр разгрузочной трубы, угол раскрытия конфузора, высота расположения аэрационного устройства от днища камеры, количество сопел аэрационного устройства и другие, но основными являются такие как давление в камере насоса - P, высота расположения разгрузочной трубы от днища камеры - hrt, высота расположения аэрационного устройства от днища камеры - ha. В статье рассмотрено влияние основных факторов на время разгрузки камеры насоса, выбраны диапазоны их варьирования. Получены уравнения регрессии времени разгрузки камеры насоса и производительности насоса при фиксированных значениях давления в камере насоса, высоты расположения разгрузочной трубы от днища камеры, высоты расположения аэрационного устройства от днища камеры.
Ключевые слова: сжатый воздух, пневмокамерный насос, сыпучий материал, мультисопловое аэрационное устройство, псевдоожижение, производительность насоса, время разгрузки камеры.
В ходе реализации и обработки результатов Уравнение регрессии времени разгрузки Tr
экспериментов получено уравнение регрессии Gy порции материала в кодированном виде имеет (Tr) = f (Ризб; hrt; ha), которое показывает измене- вид ние времени выгрузки порции материала (цемента) 50 кг и секундной производительности в зависимости от основных факторов.
Tr =7,5-3,3xi+3,7x2+0,8x3+0,8xiX3+0,3x2X3+l,2xi2+5,6x22+l,6x32. (1)
Анализируя уравнения регрессии (1) опреде- Влияние фактора xi (избыточное давление
лим значимость факторов (рис. 1): избыточное Ризб = 42 %) примерно равно влиянию фактора Х2,
давление Ризб = 42 %; высота расположения раз- и примерно в 4 раза больше влияния фактора Х3.
грузочной трубы от днища камеры hrt = 47 %; вы- Отрицательный знак при факторе х1 показывает,
сота расположения аэрационного устройства от что с его увеличением значение времени раз-
днища камеры ha =11%. грузки уменьшается. Положительный знак при
Наибольшее влияние на величину времени коэффициентах факторов Х2 и Х3 показывает на то,
разгрузки оказывает фактор (высота расположе- что при их повышении время разгрузки увеличи-
ния разгрузочной трубы от днища камеры hrt = 47 вается. Значение коэффициента при члене урав-
%), а наименьшее значение фактор Х3 (высота рас- нения совместного влияния Х1Х2 указывает на то,
положения аэрационного устройства от днища что было полностью охвачено факторное про-
камеры ha = 10 %), которое почти в 5 раз меньше странство данных членов.
[1-4]. Уравнение регрессии в декодированном
виде имеет вид
Tr =177,5-102P-1,3hrt-2,7ha+0,4Pha +0,002 hrtha +1,2P2+5,6 hrt2+1,6 ha2. (2)
С помощью программного пакета получена давления, высот расположения разгрузочной
поверхность, на которой любая точка показы- трубы от днища камеры и аэрационного устрой-
вает, при каких значениях факторов можно полу- ства в интервалах 1,2-1,5 атм., 34-59 мм и
чить минимальное время разгрузки Tr = 6 с, а 40-59 мм соответственно. Геометрические пара-именно при сочетании значений избыточного
метры регулируются конструктивно, т.к. это заложено при конструировании и изготовлении лабораторной установки, а избыточное давление влияет на расход воздуха, а следовательно на энергозатраты процесса транспортирования, то можно предположить, что целесообразно использовать значения факторов в точке А (рис. 2), выбирая минимальное значение давления: Ртб = 1,2 атм., Ил ~ 55 мм, На ~ 55 мм, но это не означает, что при названных параметрах получим макси-
мальную производительность. Анализируя результаты экспериментов при Ризб = 1,5 атм., Ип ~ 55 мм, На ~ 55 мм время разгрузки Тг = 6 с, производительность равна Оу = 8,3 кг/с, но непонятно какая производительность при давлении Ризб = 1,2 атм. Поэтому необходимо рассмотреть влияние основных факторов на секундную производительность, как одного из основных технико-экономических показателей работы любого устройства.
а)
50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0%
Рис. 1. Значимость основных факторов при времени разгрузки
-1,; -1 -а; о о.; ] ¡.з
б)
-1,5" -I--0,5-х1 От 0,5": Н 1,5-1
А
А \
/ ч \
\
1.5-1 ]-
0,3т хЗ От -0,3-1 -Н
-1,5т -1т
I) он 1Ут 1; 1ДН
А
IV /1
V
1,5 I 0,5 0 -0,5 -I -1,5 кЗ
А
1-й
-и -1 -0,5 0 1 1,5
Х2
в)
г)
Рис. 2. Графические структуры, отображающие минимальную фиксированную величину времени
разгрузки тг = 6 с от основных факторов: а) 3х мерное изображение, б) проекция на ось х1, в) проекция на ось х2, г) проекция на ось х3
Уравнение регрессии секундной производительности Оу в кодированном виде имеет вид
Оу =6,6+1,4х1-0,8х2-0,4хз-0,56х;х2-0,4х1хз+0,2х2хз+0,34х12-1,6х22-0,8хз2.
(3)
Анализируя уравнения регрессии (3), определим значимость факторов (рис. 3). Наибольшее влияние на величину производительности оказывает фактор Х1 (избыточное давление Ризб = 54 %), а знак «+» показывает на то, что при его увеличе-
нии увеличивается функция отклика. Отрицательный знак при коэффициентах факторов Х2 и хз показывает на то, что при их повышении производительность уменьшится. Значимость факторов Х2 и хз равны 31 % и 15 %, что меньше влияния фактора Х1 в 1,7 и 3,6 раз соответственно.
Рис. 3. Значимость основных факторов для секундной производительности: 1=1 Х' " (Ршб) = 54%; *2 (Ь,д = 31% ; *з фа) = 15%
1 " (Рш6) = 12%; *2 (Ь,д = 58% ; *з (Ав) = 30% , □ Щ I ПО ДОЛЯМ - XI Ош6) = 58%; *2 (/г,.,) = 29% ; *з (1,а) = 13% Так как значимость фактора хз относительно от днища камеры равным На =55 мм значению ос-мала, то для упрощения анализа влияния факто- новного (нулевого) уровня варьирования. ров на производительность принимаем значение Уравнение регрессии в декодированном
высоты расположения аэрационного устройства виде имеет вид
Gy =-65,8+3P+0,5hrt+l,2ha-0,l2Phrt -0,21Pha +0,001 hrtha +7,71P2-0,004hrt2-0,01ha2.
(4)
Используя аналитический пакет Maple 13, были построены трехмерные фигуры, показыва-
ющие зависимость производительности от изменения основных факторов при фиксированных значениях Оу = 8,3; 7,3; 6,3 кг/с (рис. 4).
2 1
Рис. 4. Графические структуры, отображающие фиксированные величины производительности в зависимости
от основных факторов:
1 - Gy = 8,3 кг/с; 2 - Gy = 7,3 кг/с; 3 - Gy = 6,3 кг/с
3
На рис. 5 отображена поверхность, на которой любая точка показывает, при каких значениях факторов можно получить максимальную секундную производительность Оу = 8,3 кг/с, а именно при сочетании значений избыточного
давления, высот расположения разгрузочной трубы от днища камеры и аэрационного устройства в интервалах 1,36-1,5 атм., 28-55 мм и 4058 мм соответственно.
а)
-и
1
-0.5 il О
«.Я ]
1.5
Б
и L 0.3
1.5-I
«3 0
-о^Н -1--IJr
-1.5-i -I
-оу. il ö
I
б)
-DJ -] -V
Б
-U -I -Oni
■ ■ i ■ ■ fti
T
и
j2
В) г)
Рис. 5. Графические структуры, отображающие максимальную фиксированную величину
производительности Оу = 8,3 кг/с от основных факторов: а) 3х мерное изображение, б) проекция на ось х1, в) проекция на ось х2, г) проекция на ось х3
Геометрические параметры регулируются конструктивно, т.к. это заложено при конструировании и изготовлении лабораторной установки, а избыточное давление влияет на расход воздуха, а, следовательно, на энергозатраты процесса транспортирования, то можно предположить, целесообразно использовать значения факторов в точке Б (рис. 5), выбирая минимальное значение давления: Ризб = 1,36 атм., И^ ~ 45 мм, На ~ 50 мм.
Определено, что значимость основных факторов, влияющих на функции отклика распределяется следующим образом: времени разгрузки Тг - избыточное давление 42 %; высота расположения разгрузочной трубы от днища камеры 47%; высота расположения аэрационного устройства от днища камеры 10 %; секундной производительности Оу (кг/с) - Ризб = 54 %; Ип = 31 %; На = 15 %; расхода воздуха Qy (м3/т) - Ризб = 51 %; Ип = 41% ; Иа = 8 %.
Установлено, что минимальное время разгрузки Тг = 6 с при минимальном значении давления: Ризб = 1,5 атм. и расстояниях от дна камеры насоса до разгрузочной трубы Ин ~ 55 мм и аэрационного устройства Иа ~ 55 мм.
Установлено, что зависимости Оу от изменения избыточного давления и высоты расположения аэрационного устройства от днища камеры
на всем диапазоне их варьирования при фиксированных значениях высоты расположения аэрационного устройства от днища камеры показал, что они не линейны и носят возрастающий характер. При высоте разгрузочной трубы от днища камеры hrt = 20-34 мм, и для значений высоты аэрационного устройства от днища камеры ha = 40 мм и ha = 46-55 мм при минимальном Ршб=0,8 атм. производительность равна Gy=5,4 кг/с и Gy=7,2 кг/с, соответственно. Также при максимальном значении избыоточного давления 1,5 атм. производительность максимальна Gy=8,4 кг/с при hrt=34 мм, ha=46 мм, а при hrt=55 мм, ha=55 мм, Ризб=0,8 атм. Gy=7,5 кг/с. При увеличении давления почти в 2 раза производительность увеличится примерно в 1,2 раза и 1,1 раз, соответственно.
*Работа выполнена в рамках Программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В.Г. Шухова.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Богданов В.С., Лозовая С.Ю., Фадин Ю.М., Гавриленко А.В., Кулаков Л.С., Гавшин А.П. Исследование мультисоплового аэрацион-ного устройства в пневмокамерном насосе // Вестник БГТУ. 2017. № 8. С. 145-148.
2. Богданов В.С., Фадин Ю.М., Шаптала
В.В., Гавриленко А.В., Характеристики потоков цементно-воздушной смеси при пневмотранс-портировании цемента // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2016. № 2. С. 110-112.
3. Гавриленко А.В., Определение потерь давления в установке пневматического транспорта материалов // Вестник ИрГТУ. 2015. №4. С.
23-26.
4. Bogdanov V.S., Fadin Yu.M., Lozovaya S.Yu., Gavrilenko A.V. Research of influence of the main parameters on the capability of the pneumatic chamber pump with multijet aeration unit // International Journal of Pharmacy & Technology. 2016. T. 8. №. 4. C. 24669-24680.
Информация об авторах
Гавриленко Андрей Владимирович, кандидат технических наук, ассистент кафедры механического оборудования.
E-mail: andrej.402@mail.ru
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Богданов Василий Степанович, доктор технических наук, профессор кафедры механического оборудования. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Лозовая Светлана Юрьевна, доктор технических наук, профессор кафедры механического оборудования. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Фадин Юрий Михайлович, кандидат технических наук, профессор кафедры механического оборудования. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Кулаков Леонид Сергеевич, магистрант кафедры механического оборудования. E-mail: leo.kulakov@mail.ru
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Гавшин Алексей Петрович, студент кафедры механического оборудования. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова. Россия, 308012, Белгород, ул. Костюкова, д. 46.
Тюфанова Юлия Викторовна, специалист по оборудованию.
ООО «Объединенные кондитеры».
Россия, 308006, Белгород, ул. Волчанская, д. 167
Поступила в сентябре 2017 г.
© Гавриленко А.В., Богданов В.С., Лозовая С.Ю., Фадин Ю.М., Кулаков Л.С., Гавшин А.П., Тюфанова Ю.В., 2017
Gavrilenko A.V., Bogdanov V.S., Lozovaja S.Y., Fadin Y.M., Kulakov L.S., Gavshin A.P., Tуufanova Y.V.
INVESTIGATION OF THE IMPACT ON MAIN FACTORS ON PERFORMANCE
OF AIR-CAMERA PUMP
The capacity of the air chamber pump depends on such factors as the discharge time, the pressure in the pump chamber, the height of the unloading pipe from the bottom of the chamber, the diameter of the discharge pipe, the opening angle of the confuser, the height of the aeration device from the bottom of the chamber, the number of nozzles of the aeration device and others, such as the pressure in the pump chamber - P, the height of the discharge pipe from the bottom of the chamber - hrt, the height of the arrangement of the aeration device from the bottom of the chamber - ha. The influence of the main factors on the discharge time of the pump chamber is considered in the article, the ranges of their variation are chosen. Regression equations for the discharge time of the pump chamber and pump capacity are obtained for fixed values ofpressure in the pump chamber, the height of the discharge pipe from the bottom of the chamber, and the height of the arrangement of the aeration device from the bottom of the chamber.
Keywords: compressed air, pneumatic chamber pump, granular material, melissophobia aeration device, the fluidization, pump capacity, time of unloading the camera.
Information about the authors
Gavrilenko Andrey Vladimirovich, PhD, Assistant.
E-mail: Andrej.402@mail.ru.
Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Bogdanov Vasiliy Stepanovich, PhD, Professor.
Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov.
Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Lozovaya Svetlana Yurevna, PhD, Professor.
Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov.
Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Fadin Yuriy Mihaylovich, PhD, Professor.
Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Kulakov Leonid Sergeevich, Bachelor student. E-mail: leo.kulakov@mail.ru.
Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov. Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Gavshin Aleksey Petrovich, Bachelor student.
Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov.
Russia, 308012, Belgorod, st. Kostyukova, 46.
Tjufanova Yuliya Viktorovna, equipment specialist.
ООО «United confectioners».
Russia, 308006, Belgorod, st. Volchanskaya, 167.
Received in September 2017
© Gavrilenko A.V., Bogdanov V.S., Lozovaja S.Y., Fadin Y.M., Kulakov L.S., Gavshin A.P., Tyufanova Y.V., 2017
