CC BY
25
УДК 631:636
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СМЕСИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ВИБРАЦИОННОГО ТИПА В УСЛОВИЯХ ИННОВАЦИОННОГО КОМБИКОРМОВОГО ПРОИЗВОДСТВА
В.А. Пушко, кандидат технических наук, старший научный сотрудник И.Г. Бойко, соискатель
Оренбургский государственный аграрный университет E-mail: boiko_ [email protected]
Аннотация. Представлены общие требования к модернизации смесительного оборудования при вибрационном формировании однородности смеси, исходя из автоматически заданного режима управления, синхронизируемого с контрольно-измерительным прибором, участвующим в структуре задающего устройства. При этом следует использовать соответствующее программное обеспечение при измерении и отображении диагностической информации, полученной контактным и бесконтактным способом в реальном режиме времени, с установлением теплофизических и виброреологических характеристик сыпучего материала и дальнейшим сохранением и статистической обработкой результатов. Вибрационные эффекты, наблюдаемые в рассматриваемой конструкции, при смешивании вызывают определенные сложности в физическом моделировании, так как невозможно одновременно установить взаимодействие геометрических и режимных параметров смесителя вибрационного типа с теплофизическими и виброреологическими характеристиками сыпучего материала. Поэтому с применением регистрирующих устройств нового поколения возможно получить температурные зависимости для комплексного определения характеристик сыпучего материала при должных допущениях. Для корректного отображения наблюдаемых тепловых явлений в предлагаемом смесителе следует производить полную аналитическую обработку экспериментальной информации за счет управления режимами подвижных рабочих элементов (перфорированных лопаток) смесителя периодического действия вибрационного типа и зафиксировать температурное поле в созданной программе с использованием нескольких термопреобразователей и тепловизора. Таким образом, для выполнения технологического регламента по продолжительности вибрационного формирования однородности смеси и обеспечения эффективности использования смесителей вибрационного типа экономически целесообразно использовать метод контактного и бесконтактного диагностирования динамических процессов, входящих в вибрационно-электромеханическую систему, составляющую основную часть технологического оборудования перерабатывающего производства. Ключевые слова: смесительное оборудование, теплообменные процессы, динамика сыпучих сред, инновационные подходы, промышленная безопасность, программное обеспечение, алгоритм контроля, темп нагрева, подвижные рабочие элементы.
Одной из первостепенных задач в представленной статье является рассмотрение подвижных рабочих элементов смесительного оборудования, исходя из теплообменных процессов, участвующих в каждом этапе производства комбикорма, БВМД и премик-са, и внедрение инновационных подходов с учетом физического моделирования динамики сыпучих сред, основанных на принципах применения дистанционных и контактных электротехнических средств контроля с различными принципиальными схемами и элементной базой, выпускаемых отечественными и зарубежными производителями [1-4]. Из-за повышенных требований в области
промышленной безопасности, в большинстве случаев зависящей от условий эксплуатации смесительного оборудования, следует в технологической линии «дозирование-вибрационное смешивание» использовать предлагаемую систему автоматизированного контроля температуры с надлежащей компоновкой, обеспечивающей комплексную регистрацию теплофизических характеристик сыпучего материала на основе адаптированного программного обеспечения, а также выполнение следующих функций:
- анализ полученных результатов и оперативное воздействие при внезапных технологических изменениях, возникающих в си-
стеме управления рабочим контуром подвижных смесительных элементов;
- установление технического состояния объекта управления - электромагнитные вибровозбудители цилиндрической формы перфорированных лопаток;
- повышение эффективности работы оператора ПК для наглядного представления полученной информации с ВКУ (видеоконтрольное устройство тепловизора) на экране монитора в целях сокращения времени обработки теплового изображения [5-8].
Для инженерных расчетов создана программа «Система вычисления теплофизиче-ских характеристик» на языке Delphi 6.0 с базовым интерфейсом для ПК, действующая в интерактивной форме.
В дальнейшем полученные результаты в программе Owen Report Viewer используются контрольно-измерительным прибором УКТ38-Щ4 в заданных режимных параметрах конструкции смесителя вибрационного типа, влияющих на виброреологические характеристики конечной смеси.
На основе представленных данных программы возможно по разработанному алгоритму определить теплофизические характеристики сыпучего материала в установленных пределах темпа нагрева электромагнитных вибровозбудителей цилиндрической формы перфорированных лопаток при вибрационном формировании однородности смеси, отобразив результаты в окне вывода программы (рис. 1).
О' Система вычисления теплофизических характеристик
□
X
г1 = 0,35
[м]
Значение расстояния от центра смесителя до теплоизлучающего элементра внутри ёмкости
üt :
2500
[с]
Время запаздывания
q = 31,75 [ Вт ]
Мощность теплоизлучающего элемента
01 = 23,2
Температура поверхности ёмкости
г2 = 0,425
[м ]
Значение расстояния до точки на поверхности ёмкости
800
[ кг\мЗ ]
Плотность премикш
R = 0,85
[м]
Радиус ёмкости
С:\данные экспериг I... I
Выбор файла
Все термопары
Ра сочетать
Термопара Q2 К с а л
nl 27 0,29 61,44 141293,17 .............................................. ;
п2 26,8 0,3 64,85 175406,6
пЗ 26,2 0,35 77,82 363722,44
п4 20,6 -0,42 -89,79 644707,05
п2 26,6 0,32 68,66 220465,02
пЗ 26,2 0,36 77,82 363722,44
nl 27 0,29 61,44 141293,17
п4 20,7 -0,43 -93,38 754216,54
nl 26,9 0,29 63,1 157198,66
п2 26,5 0,33 70,74 248427,57
пЗ 26,2 0,36 77,82 363722,44
п4 20,6 -0,42 -89,79 644707,05
п2 26,6 0,32 68,66 220465,02
пЗ 26,2 0,36 77,82 363722,44
nl 27 0,29 61,44 141293,17
п4 20,6 -0,42 -89,79 644707,05 V
Рис. 1. Окно вывода результатов программы для вычисления теплофизических характеристик премикса
Проведенные экспериментальные исследования температурного нагрева подвижных смесительных элементов представлены при контактном и бесконтактном способе теплового контроля в конструкции смесителя вибрационного типа. При этом полученные зависимости температуры от времени вибрационного воздействия построены в программе Owen Report Viewer с помощью подсоединенных к рабочему органу нескольких термопреобразователей ДТПК 014-00. 20/2 и ТХК 9206 в защитной гильзе ГЗ.16.1. 1.100, нетбука Acer Aspire one D250-0BK, устройства для измерения и контроля температуры УКТ38-Щ4 (Овен). Так, по оси ординат откладывались значения начальной температуры до внедрения перфорированных лопаток в сыпучую среду (рис. 2) и учитывался температурный нагрев контактной поверхности цилиндрической формы электромагнитного вибровозбудителя; соответственно, по оси абсцисс - продолжительность периодического вибрационного смешивания до динамического равновесия, т.е. однородности смеси (рис. 3).
В результате проведенного эксперимента для теоретического обоснования анализиру-
емого процесса при некоторых допущениях зафиксированы данные регистрирующим устройством УКТ 38 Щ.4 в прикладной программе «Система вычисления теплофизиче-ских характеристик премикса». Получены следующие значения теплофизических характеристик: при изменении темпа нагрева смесительных элементов в пределах от 23 до 36°С теплопроводность составила от 4,1 до 1,26 Вт/(м-К), температуропроводность - от 10,87 до 0,17 м2/с, теплоемкость - от 8,1 до 2,88 Дж/(кг-К). Это свидетельствует о незначительном температурном нагреве рабочих элементов, что подтверждается одновременно термограммой о распределении температурного поля с ВКУ тепловизора (рис. 4).
Затем тепловое изображение и термограммы обрабатывались за счет программного обеспечения тепловизора Testo 882 в пределах выбранных температурных интервалов с выделением на изображениях областей, превышающих, в первую очередь, зарегистрированный температурный уровень, с выделением на изображениях точек, линий равных температурных изотерм и определением температурной разности между отдельными точками и линиями [9].
Рис. 2. Экспериментальные зависимости температуры, °С, от времени вибровоздействия, с, до внедрения перфорированной лопатки в сыпучую среду, в окне программы Owen Report Viewer
Рис. 3. Экспериментальные зависимости температуры, °С, от времени вибровоздействия, с, в фазе активного внедрения перфорированной лопатки, в окне программы Owen Report Viewer
б)
Рис. 4. Термограммы: а) внешней поверхности емкости смесителя; б) протекающего процесса внутри емкости смесителя
Таким образом, для качественного проведения технологического процесса необходим контроль параметров сыпучего материала и рабочих органов смесительного оборудования вибрационного типа, чтобы отследить их отклонения и своевременно возвратить в установленный диапазон.
Причем, кроме традиционных аналитических методик для определения теплофизиче-ских характеристик комбикорма, премикса и БВМД, следует проводить исследования для динамических процессов с комплексным расчетом всех ТФХ в одном эксперименте и скоростной техникой тепловых измерений, с построением корреляционной зависимости между переменными факторами и интенсивностью нагрева подвижных смесительных элементов.
Литература:
1. Сыроватка В.И. Теплообменные процессы при производстве комбикормов // Вестник ВНИИМЖ. 2016. №1(21). С. 27-35.
2. Вайсберг Л.А., Демидов И.В., Иванов К.С. Механика сыпучих сред при вибрационных воздействиях: методы описания и математического моделирования // Обогащение руд. 2015. №4. С. 21-31.
3. Оптимальное управление смешиванием сегрегирующих дисперсных материалов / Мизонов В.Е. и др. // Вестник ИГЭУ. 2014. Вып. 2. С. 1-5.
4. Шушпанников А.Б., Иванец Г.Е. Смесительные агрегаты вибрационного типа для сухих комбинированных продуктов // Достижения науки и техники АПК. 2009. №6. С. 60-62.
5. Методические рекомендации по технологическому проектированию предприятий по производству комбикормов РД-АПК 1.10.17.01-15. М., 2015. С. 40-42.
6. Современные подходы при внедрении системы контроля температуры в смесителях вибрационного типа / Соловьев С.А. и др. // Труды ГОСНИТИ. 2016. Т. 122, Ч. 4. С. 109-113.
7. Пушко В.А., Бойко И.Г. Особенности и перспективы применения тепловизионной диагностики смесительного оборудования вибрационного типа // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №3(7). С. 146-149.
8. Пушко В.А., Бойко И.Г. Перспективы инновационного применения тепловизионного диагностирования смесительного оборудования периодического действия традиционного и вибрационного типа // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования. СПб., 2015. С. 556-560.
9. Тепловизор Testo 882. М.: ООО «Тэсто Рус». 57 с.
Literatura:
1. Syrovatka V.I. Teploobmennye processy pri proizvod-stve kombikormov // Vestnik VNIIMZH. 2016. №1(21). S. 27-35.
2. Vajsberg L.A., Demidov I.V., Ivanov K.S. Mekhanika sypuchih sred pri vibracionnyh vozdejstviyah: metody opisaniya i matematicheskogo modelirovaniya // Obo-gashchenie rud. 2015. №4. S. 21-31.
3. Optimal'noe upravlenie smeshivaniem segregiruyush-chih dispersnyh materialov / Mizonov V.E. i dr. // Vestnik IGEHU. 2014. Vyp. 2. S. 1-5.
4. SHushpannikov A.B., Ivanec G.E. Smesitel'nye agre-gaty vibracionnogo tipa dlya suhih kombinirovannyh pro-duktov // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2009. №6.
5. 60-62.
5. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu predpriyatij po proizvodstvu kombikor-mov RD-APK 1.10.17.01-15. M., 2015. S. 40-42.
6. Sovremennye podhody pri vnedrenii sistemy kontrolya temperatury v smesitelyah vibracionnogo tipa / Solov'ev S.A. i dr. // Trudy GOSNITI. 2016. T. 122, CH. 4. S. 109113.
7. Pushko V.A., Bojko I.G. Osobennosti i perspektivy pri-meneniya teplovizionnoj diagnostiki smesitel'nogo obo-rudovaniya vibracionnogo tipa // Vestnik VNIIMZH. 2012. №3(7). S. 146-149.
8. Pushko V.A., Bojko I.G. Perspektivy innovacionnogo primeneniya teplovizionnogo diagnostirovaniya smesitel'-nogo oborudovaniya periodicheskogo dejstviya tradicion-nogo i vibracionnogo tipa // Nauchnoe obespechenie raz-vitiya APK v usloviyah reformi-rovaniya. SPb., 2015. S. 556-560.
9. Teplovizor Testo 882. M.: OOO «Tehsto Rus». 57 s.
PROSPECTS OF INNOVATIVE VIBRATING TYPE MIXING EQUIPMENT'S APPLICATION FOR COMBINED FEED PRODUCTIVITY V.A. Pushko, candidate of technical sciences, senior research worker I.G. Boyko, the applicant Orenburg state agrarian university
Annotation. General requirements of modernization for the mixing equipment at vibration formation of the mixture's homogeneity, on the basis of the automatically given specified control mode, synchronized with controlling and measuring unit involved in the structure of the setting device are presented. In this connection it is necessary to use the appropriate software at measuring and display of the diagnostic information obtained by the contact and non-contact method in real -time regime, with the thermal and vibrorheology characteristics of the loose material and the further conservation and the statistical processing of the results' establishment. Vibration effects observed in the considered structure at mixing cause certain difficulties in physical modeling, since it is impossible to establish at the same time the interaction of geometric and regime parameters of the mixer type vibrating with thermal and vibrorheological characteristics of the bulk material. Therefore, with the registered devices of new generation using is possible to obtain the temperature dependences for the complex characterization of the bulk material at the proper assumptions. To correct display of observed thermal phenomena in the proposed mixer it should be produce a full analytical treatment of the experimental information through the management of modes of moving work of items (perforated blades) of periodic action's mixer vibrating and to fix the temperature field generated in the made of program using some of the thermocouples and a thermal imager. Thus, to perform the technological processpro-cedure for the duration of the vibration formation of the mixture homogeneity and the mixture of vibration type using efficiency, it is advisable to use the method of contact and non- contact diagnosing of dynamic processes involving in the vibration and the electromechanical system constituting the main part of technological equipment of the processing industry.
Keywords: mixing equipment, heat transfer processes, of loose materials' dynamics, innovative approaches, industrial safety, software, algorithm of control, the heating rate, moving work items.
