CC BY
10УДК 628.511.001.57:656.62.073.28:689.46
Н. С. Отделкин, к. т. н„ доцент.
Ю. И. Матвеев, д. т. н., профессор.
Е. И. Адамов, аспирант, ВГАВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ПЫЛЯЩИХ ГРУЗОВ ОТ ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ И ПЫЛЕУНОСА ПРИ ИХ ПЕРЕГРУЗКЕ ГРЕЙФЕРНЫМИ КРАНАМИ И ПЕРЕГРУЖАТЕЛЯМИ
Статья посвящена методике определению потерь пылящих грузов от пылеобразова-ния и пылеуноса при их перегрузке грейферными кранами и перегружателями с помощью модельных исследований.
Основными очагами пылеобразования при работе грейферными кранами и перегружателей являются:
- разгрузка грейфера;
- пылеунос пылящего материала при открытых трюме судна во время их грузовой обработки.
При прогнозировании пылеуноса и потерь на стадии проектирования технологии погрузки пылящих грузов грейферными кранами и перегружателями строится модель перегрузочного процесса. Для этого примем отношение модели к натуре, равным линейному масштабному коэффициенту к1, причем величина этого коэффициента, как
показали исследования, не должна превышать к, =< 10 .
Осуществление модели процесса пылеобразования при погрузке пылящих грузов грейферными кранами и перегружателями требует выполнения следующих условий подобия:
- геометрического;
- деформации сыпучего материала в грейфере при его зачерпывании;
- истечения сыпучего материала при раскрытии грейфера;
- удара о преграду падающего сыпучего материала и взвешивания частиц пыли;
- однозначности (граничных условий).
- распространения взвешенных частиц пыли воздушными потоками.
Геометрическое подобие означает, что отношение всех соответствующих длин в модели и натуре должны быть одинаковыми. Поэтому геометрическое подобие имеет вид:
= <10 (1)
'м
где 1И и 1М - соответствующие длины соответственно в натуре и модели, м.
Для соблюдения подобия деформации сыпучего материала в модельном и натурном грейферах необходимо, чтобы усилия зачерпывания груза в натуре Рн и модели
Ри соотносились как:
что достигается при:
~ I •
1м
где и 1М - время смыкания челюстей соответственно натурного и модельного грейфера, с.
Для соблюдения подобия процесса истечения пылящего материала из модельного и натурного грейфера необходимо выполнение соотношения
(2)
км
где н - расход пылящего материала при разгрузке соответственно натурного
и модельного грейфера, кг/с.
Соотношение (2) будет выполняться при
_ 1 р.н
Расход (21 взвешенной пыли в натурных условиях составит:
=0м -к?'5.
где () и - расход взвешенной пыли соответственно в модели и натуре, кг/с, определяемые по формулам
' р.н
(3)
о1
1 р.м
где тн и тм - масса взвешенной пыли соответственно в натуре и модели, кг. После преобразований выражения (3) получим:
тм • 1
— = */ • (4)
тм
Так как запыленность воздуха определяет масса взвешенной пыли, то выражение (4) можно представить в следующем виде
= или ~ = (5)
Я» Мм
где Цн и д и - запьшенность воздуха в соответствующих точках в натуре и модели, мг/м3;
Мн и Мм - количество унесенного, то есть потерянного, груза соответственно в натуре и модели, кг.
Равенство скоростей воздушных потоков вытесняемого из падающего пылящего материала воздуха в модели и натуре будет достигнуто при выполнении соотношения:
(6)
где Нн и Нм - высота падения материала при разгрузке натурного и модельного грейфера, м.
Для соблюдения условий однозначности необходимо соблюдать одинаковыми в модели и натуре режимы перемещения окружающего воздуха, то есть величины преобладающих скоростей и направлений ветровых потоков при модельных исследованиях должны быть такими же, как и в натурных условиях.
Величины преобладающих скоростей и направлений ветровых потоков в натурных условиях принимаются по статистическим данным местных метеослужб, где планируется расположить или располагается грузовой причал или порт для перегрузки пылящего груза. Причем указанные величины принимаются по месяцам навигационного периода.
Потери груза Мкп (т) в результате распыления и пылеуноса при его перегрузке грейферными кранами и перегружателями рекомендуется определять по формуле:
Мк.п=^Мгр.и ' пц.} + X Мс; ' {гр.с "с > (7)
/=1 1=1
где - количество груза, унесенного за один цикл работы крана при j -ом вари-
анте перегрузочных работ за / -ый месяц навигационного периода, т;
Мс. - количество груза, унесенного в единицу времени из открытого трюма одного судна за /' -ый месяц навигационного периода, т/сут.;
1гр.с ~ время грузовой обработки одного судна с использованием перегружателей, суг.;
пс - потребное количество судов, необходимое для освоения заданного грузопотока, ед. .
Число циклов работы крана или перегружателя при } -том варианте перегрузочных работ находится:
судно-склад, _/ = 1
пч\ ~
<*(2н.п Рс1ТчЛ
или =
аЯ„.п
УзрРгр
\ V
судно-вагон, 7=2
42
Рс2Тц.2
ИЛИ Пц2 =
_ 0
УгрРгр\ *1 +
склад-вагон, j = 3
пч2 =
а<2н.п РсЪТц2
или ич3 =
«Он*
УгрРгр
где а - коэффициент прохождения фуза через склад;
QH n - величина навигационного грузового потока, т;
Рс 1, Рс2, Рсз - производительность одного фронтального крана или перегружателя при работе по j -ому варианту, т/сут.
Ty j - продолжительность цикла при j -ом варианте работы, сут.;
Угр - вместимость грейфера, м3;
ргр - насыпная плотность материала, т/м3;
kx,k2 - количество груза в трюме судна по слоям, %; Ц/ - коэффициент заполнения грейфера.
Время грузовой обработки транспортных средств для судна определяется:
Qc а
tept.-f—T (8)
пм гс
где Qc - эксплуатационная грузоподъемность соответственно судна, т;
ïlM - количество фронтальных перегружателей на обработке транспортных средств, ед.
Потребное количество судов, необходимое для освоения заданного грузопотока, определяется из выражений
П° = п ' (9)
Не
Величины Мгр j , ML для натурных условий с учетом выражения (5) определяются как: МгрЛ=М»рЛ-к1мс.=мЦ.к?. (10)
Величина Mlp j., Мс. определяются при модельных исследованиях с учетом
преобладающих скоростей и направлений ветровых потоков, где планируется расположить или располагается грузовой причал или порт для перегрузки пылящего груза, по месяцам навигационного периода.
Это обусловлено тем, что режимы ветровых потоков различны по месяцам нави-гаиии, что необходимо учитывать при Определении величин пылеуноса груза.
На величину при разгрузке грейфера направление ветрового потока не
оказывает влияние, поэтому потери груза при данном процессе следует определять с учетом только скорости ветрового потока. Поэтому независимым фактором процесса пылеуноса при модельных исследованиях процесса разгрузки грейфера является скорость S ветрового потока. За нижний уровень варьирования скорости & следует принимать значение скорости витания частиц самых мелких фракций насыпного груза, а за верхний уровень - максимальные значения преобладающих ветровых потоков на территории, где располагается реальный грузовой причал или порт или же будет располагаться проектируемый грузовой причал или порт.
Математическое описание указанного процесса получают в результате обработки экспериментальных данных с помощью метода наименьших квадратов в следующем виде
М"=Ь1-3±Ь\, (П)
где Л/^у. - количество груза, унесенного за один цикл работы крана при j -ом варианте перегрузочных работ за i -тый месяц навигационного периода при модельных исследованиях, т;
blQ , b\ - экспериментальные коэффициенты эмпирического уравнения.
Величина Мс определяются при модельных исследованиях с учетом преобладающих скоростей и направлений ветровых потоков, где планируется расположить или располагается грузовой причал или порт для перегрузки пылящего груза, по месяцам навигационного периода.
Это обусловлено тем, что режимы ветровых потоков различны по месяцам навигации, что необходимо учитывать при определении величин пылеуноса груза.
При модельных исследованиях процесса пылеуноса следует применять полный факторный эксперимент (ПФЭ), обладающий ортогональной матрицей планирования и реализующий все возможные неповторяющиеся комбинации независимых факторов, каждый из которых варьируют на двух уровнях. Число К этих комбинаций определяет тип ПФЭ и равно
К = 2" ,
где п - число независимых управляемых факторов.
Независимыми факторами процесса пылеуноса при модельных исследованиях являются скорость 19 и направление (р ветровых потоков, воздействующих на модели перегрузочного процесса.
За нижний уровень варьирования скорости 9 следует принимать значение скорости витания частиц самых мелких фракций насыпного груза, а за верхний уровень -максимальные значения преобладающих ветровых потоков на территории, где располагается реальный грузовой причал или порт или же будет располагаться проектируемый грузовой причал или порт.
За уровни варьирования направления ф ветровых потоков следует принимать направления вдоль и поперек продольной оси транспортных средств.
Математическое описание указанного процесса получают в результате обработки экспериментальных данных с помощью регрессионного анализа в следующем виде
Мс, +ь2-хг + ь,-х\ хг, (12)
где М™ - количество унесенной пыли при грузовой обработке одного судна за г -ый месяц навигационного периода при модельных исследованиях, т/сут.;
b0,b^,b2,b3 - коэффициенты соответствующих уравнений регрессии;
Х] - фактор скорости «9 ветрового потока в относительных единицах;
Хг - относительное направление ветрового потока, COS (р .
Подставляя в выражения (11) и (12) соответствующие каждому месяцу навигационного периода значения 3 и а, определяют величину потерь пылящего груза по месяцам при модельных исследованиях. Затем, с учетом выражения (10) определяют величину Мс потерь груза по месяцам навигационного периода для натурных условий. После подстановки указанных величин в выражение (7) определяют суммарные потери груза в результате распыления и пылеуноса при их перегрузке грейферными кранами и перегружателями.
Параллельно при модельных исследованиях потерь груза в результате распыления и пылеуноса при его перегрузке грейферными кранами и перегружателями определялись значения запыленности воздуха в определенных точках.
Цель данных замеров:
- определить соответствие размера потерь груза величине запыленности воздуха, найденных при одинаковых условиях замера;
- определить количественные характеристики запыленности воздушной среды для оценки соответствия операций перегрузочного процесса с применением грейферных кранов и перегружателей экологическим требованиям и необходимости применения технических средств борьбы с пылеобразовапнем и пылеуносом.
Наличие исследований соответствия размера потерь груза величине запыленности воздуха, найденных при одинаковых условиях замера позволит использовать результаты этих исследований для подобных уже существующих перегрузочных процессов с применением грейферных кранов и перегружателей, отличающихся между собой только местом расположения грузового причала, а, следовательно, и параметрами ветровых режимов. При этом, чтобы определить потери груза от распыления и пылеуноса достаточно в натуре замерить в определенных точках значения запыленности воздуха, по которым можно определить потери пылящего груза.
Схема точек отбора проб воздуха на запыленность при разгрузке модельного грейфера, выполненного в масштабе к, =10, представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема точек отбора проб воздуха на запыленность при разгрузке модельного грейфера, выполненного в масштабе к, = 10
Изменения запыленности г/ " воздуха при разгрузке грейфера получают в результате обработки экспериментальных данных с помощью метода наименьших квадратов в следующем виде
Сл=ьЪХ&±ь"> (13)
где . -запыленность воздуха за один цикл работы крана при У -ом варианте перегрузочных работ за ! -тый месяц навигационного периода при модельных исследованиях, мг/м3;
Ь\1 - экспериментальные коэффициенты эмпирического уравнения.
Схема точек отбора проб воздуха на запыленность при пылеуносе груза из открытого трюма модели судна представлена на рис. 2.
Направление ветрового потока
т. 2
Ж
т.1
Рис. 2. Схема точек отборапроб воздуха на запыленность при пылеуносе груза из открытого трюма модели судна
Из рис. 2. видно, что точки отбора проб воздуха на запыленность располагаются над комингсом трюма по осям симметрии судна и направлены навстречу ветровому потоку.
Математическая модель изменения запыленности воздуха при пылеуносе груза из открытых транспортных средств получают в результате обработки экспериментальных данных с помощью регрессионного анализа в следующем виде
q^ =b0+bl X]+b2 X2+bi XrX2 , (14)
где qM - запыленность воздуха при грузовой обработке одного судна за /-тый месяц
ci
навигационного периода при модельных исследованиях, мг/м3;
t>0,b\ ,¿2.^3 ~ коэффициенты соответствующих уравнений регрессии;
Х\ - фактор скорости 9 ветрового потока в относительных единицах;
Х2 - относительное направление ветрового потока, COS (р .
Подставляя в выражения (13) и (14) соответствующие каждому месяцу навигационного периода значения 9 и ОС , определяют значения запыленности воздуха для соответствующих величин потерь пылящего груза по месяцам при модельных исследованиях.
мм
Затем, с учетом выражения (5) определяют величины qCj , qjp Ji запыленности воздуха по месяцам навигационного периода для натурных условий.
TECHNIQUE OF DEFINITION OF LOSSES OF DUST-FORMING CARGO FROM DUST FORMATION AND DUST CARRYING AT THEIR OVERLOADING BY CLAMSHELL CRANES AND LOADERS
N. S. Otdelkin, J. I. Matveev, E. I. Adamov
The paper is devoted to the definition technique of losses of dust-forming cargo from dust formation and dust carrying at their overloading by clamshell cranes and loaders by means of modeling researches.
