CC BY
50
621.867.8:534-8
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПНЕВМОТРАНСПОРТНОЙ УСТАНОВКИ С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКА
П.А. ВОРОНКИН, В.П. ТАРАСОВ
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова,
656099, г. Барнаул, пр. Ленина, 46; тел./факс: (3852) 29-07-24; электронная почта:ptu110@mail.ru
Представлены результаты экспериментальных исследований, направленных на повышение производительности и снижение энергозатрат пневмотранспортных установок с камерным питателем за счет ультразвукового воздействия на перемещаемый материал.
Ключевые слова: пневмотранспорт, камерный питатель, устойчивость, энергозатраты, ультразвук.
Основными причинами, ограничивающими расширение применения пневматического способа транспортирования сыпучих материалов, являются высокие затраты энергии на его осуществление, а также неустойчивость процесса, вероятность возникновения закупорки материалопровода.
Значительное влияние на параметры всего процесса транспортирования, а следовательно, и технико-экономические показатели работы установки в целом оказывают приемно-питающие устройства. Из существующих питателей наиболее перспективными являются камерные, применение которых позволяет осуществить транспортирование при высокой концентрации материала в аэросмеси на значительные расстояния. При этом процесс характеризуется небольшими скоростями движения аэросмеси и низким удельным расходом энергии. Камерные питатели в большей степени предопределяют процесс подготовки аэросмеси к последующему транспортированию и зарождения самого пневмопотока. На формирование пневмопотока в мате-риалопроводе влияет ряд факторов, одним из которых является процесс истечения сыпучих материалов из камерного питателя, от равномерности которого зависит распределение материала по сечению транспортного трубопровода, режим и устойчивость транспортирования, расход воздуха, производительность пневмоустановки и др.
Один из существенных недостатков камерных питателей - неравномерная подача во времени материала в транспортный трубопровод. Неравномерность выгрузки может быть вызвана «зависанием» материала в камере питателя вследствие сводо- и воронкообразова-ния. При этом наиболее опасным для нарушения устойчивости представляется обрушение свода после образования воронки, которое вызывает кратковременное повышение производительности и может привести к закупорке материалопровода.
С целью обеспечения равномерной подачи материала из питателя в транспортный трубопровод используют побуждающие устройства различного принципа действия [1, 2]. Однако их применение не всегда позволяет снизить или исключить «зависание» мате-
риала в камере питателя. Аэрационные побудители чаще всего оказываются малоэффективными в условиях высокого давления в камере питателя, а также имеют большие эксплуатационные затраты; вибрационные -кроме возможного уплотнения материала, могут негативно сказаться на конструкции питателя; механические - сложны в эксплуатации и обладают значительной энергоемкостью.
Одним из возможных способов решения изложенных проблем может быть использование ультразвуковых технологий. Положительный эффект от их применения в различных технологических процессах описан в работах [3-5] и установлен нами применительно к процессу пневмотранспортирования [6, 7]. Активное развитие ультразвуковой техники и технологий в последнее время обусловлено также появлением уникальной электроники, позволяющей разрабатывать ультразвуковые аппараты, обладающие низким энергопотреблением, имеющие малые габариты и высокий акустический коэффициент полезного действия.
В настоящей работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния механических колебаний ультразвукового диапазона на работу пнев-мотранспортной системы. Сравнительный анализ полученных результатов осуществляли по избыточному давлению, расходу воздуха, производительности и удельной гидравлической мощности, которые являются одними из основных показателей эффективности работы пневмотранспортной установки.
Экспериментальные исследования выполняли на стенде, схема которого приведена на рис. 1. Стенд представляет собой пневмотранспортную установку с камерным питателем. Камера 1, оборудована приемным патрубком 2 и конусным днищем 3. Выходное отверстие патрубка конического днища 3 сообщено со смесительной камерой 8 через лепестковую задвижку 7. С целью повышения подвижности конуса 4 и предотвращения передачи колебаний прочим элементам конструкции камерного питателя между конусом 4 и днищем 3 установлены виброизолирующие прокладки. Источником ультразвуковых колебаний является жестко закрепленная на конусном днище 3 ультразву-
ковая колебательная система 5, запитываемая электронным генератором 6. Воздуходувной машиной служат поршневые компрессоры 9 и 10. Расход транспортирующего воздуха варьируется закрытием/открытием вентилей 13 и 15. Подвод воздуха к камерному питателю 1 осуществляется с помощью воздуховода 19. Перемещение аэросмеси происходит в материалопроводе 20, диаметром 40 мм. Транспортируемый материал отделяется от воздуха в разгрузителе 22, установленном на тензометрических весах 21. Отработанный воздух очищается в камере 24 в две стадии: через фильтрующий элемент 23 и рукавный фильтр 25. Расход воздуха замеряется датчиком преобразования разности давлений 29 (Сапфир 22-ДД), непрерывный пневматический сигнал на который поступает от диафрагм с угловым отбором давления 27. Туковый сигнал с датчика перепада давления подается на аналого-цифровой преобразователь (плату АЦП-ЦАП) 30. Давление в камере питателя контролируется преобразователем давления 28 типа МП и манометром 26, производительность питателя - с помощью тензовесов 21. Электрические сигналы, пропорциональные соответственно давлению и массе, поступают также на плату АЦП-ЦАП 30. Визуальный контроль и запись параметров работы камерного питателя для последующего анализа производятся в программном приложении Power Graph, инсталлированном на персональном компьютере 31, информация на который поступает с платы АЦП-ЦАП 30. Установка также включает приводы - 11, 12; вентили - 14, 16, 18; влагомаслоотделитель -17.
Исследуемый сыпучий материал (муку 2-го сорта) засыпали в камеру 1, герметизировали ее закрытием патрубка 2, запускали приложение на ПК 31. Пуск пневмотранспортной установки в каждом опыте осуществляли в следующей последовательности: запускали компрессор 9 и (или) 10, а при достижении установившегося режима работы на холостом ходу открыва-
- воздух; -материал
- аэросмесь; -очищенный воздух
Рис. 1
ли задвижку 7, продукт начинал перемещаться по мате-риалопроводу 20 до узла разгрузки. После полного опорожнения камеры питателя закрывали задвижку 7 и выключали компрессор 9 и (или) 10. Зарегистрированные сведения о процессе сохранялись на ПК 31 для последующего анализа и обработки. Процесс транспортирования при ультразвуковом воздействии на материал осуществляли в аналогичной последовательности, с той разницей, что перед пуском компрессоров включали питание электронного генератора 6, ожидали его подстройку на режим резонанса. Опыты проводили в 10-кратной повторности при транспортировании одного и того же количества материала.
После проведения экспериментов информация о параметрах пневмотранспортирования сохранялась на ПК в токовых единицах. Для перевода ее в соответствующие физические величины использовали эмпирические выражения, полученные по результатам калибровки приборов. Анализ и статистическую обработку зарегистрированной информации осуществляли в приложении 8ТЛТ18Т1СЛ. Диаграммы изменения производительности пневмоустановки при ультразвуковом воздействии и без него были получены методом графического дифференцирования кривых массы перемещенного материала в разгрузитель с указанием доверительных границ, соответствующих уровню доверительной вероятности 95%. Поскольку на кривых изменения расхода воздуха, избыточного давления, массы материала, перемещаемой в пневмоустановке, наблюдался аддитивный шум, предварительно было произведено их сглаживание применением функции робастного сглаживания в приложении 8ТЛТ18Т1СЛ. Природу наложения пульсаций различной частоты и амплитуды можно объяснить помехами при передаче электрических сигналов от весов до платы АЦП-ЦАП, неравномерностью движения воздушно-дисперсного потока в материалопроводе, динамическими ударами материала о стенки разгрузителя, установленного на весах и др. Статистическую обработку экспериментальных данных осуществляли по методу наименьших квадратов.
Некоторые характерные диаграммы изменения параметров процесса пневмотранспортирования (избыточного давления Р, расхода воздуха Q, массы перемещенного материала М, производительности пневмоустановки Ом), полученные в ходе экспериментальных исследований, приведены на рис. 2 (а, б - без ультразвукового воздействия; в, г - при воздействии ультразвуком). После включения компрессора и выхода параметров работы на установившийся режим (около 6-12 с) давление соответствует сопротивлению элементов пневмоустановки при движении чистого воздуха (13-14 кПа), а расход воздуха (объемный) - производительности компрессора (около 0,003 м3/с) при этом давлении. После подачи продукта давление воздуха возрастает вследствие увеличения сопротивления ма-териалопровода по причине движения в нем аэросмеси, а расход воздуха снижается за счет уменьшения производительности компрессора и увеличения плотности воздуха.
50
40
* 30 5"
г
и
5 20
10
м ф-'
О О °\ а, о\ -
X сч о О о Ь -
. 3.0 ¿с ° “« о О. ос . \
1,2
1,0 о
50
40
0,8 и Л
Б
о
0,6 |
0,4 |
СО
5
О
О.
0,2 с
0,0
^ 30 5 §
я 20
10
/й
См // / л А -
м Ж ‘■А \ -
Л ‘
1,2
1,0 о
"Ё
0,8 ^ Л
5
о
0,6 | 3
I—
5
0,4 |
т
5
О
О.
0,2 С 0,0
00:00 00:20 00:40 01:00 01:20 01:40 02:00 02:20 Время, с
б
00:00
00:20
00:40 Время, с
01:00
0,008
0,006
0,004
0,002 о-
0,00
00:00 00:20 00:40
01:00 01:20 Время, с
01:40 02:00 02:20
00:00
00:20
00:40 Время, с
01:00
Рис. 2
В начальный период времени (после открытия задвижки) наблюдается, как при ультразвуковом воздействии, так и без него, существенное увеличение (скачок) производительности (рис. 2: а, в), что, возможно, объясняется условиями истечения муки из камеры питателя. В дальнейшем производительность на некоторый период стабилизируется. Небольшая продолжительность этого периода объясняется малым объемом камеры питателя. За время всего цикла транспортирования наблюдаются достаточно существенные колебания параметров процесса, вызванные прежде всего неравномерной подачей продукта в материалопровод. При этом амплитуда колебаний параметров процесса при транспортировании без воздействия ультразвука существенно больше. Это хорошо заметно на диаграммах избыточного давления. Изменение подачи, вследствие сводо- и воронкообразования, может быть значительным, вплоть до полного ее прекращения, например как это было в опыте, приведенном на рис. 2, а, в период с 90 по 105 с. При воздействии ультразвуковыми колебаниями прекращение подачи не наблюдалось во всех экспериментах.
На последнем этапе разгрузки камеры питателя производительность снижается до нуля, вследствие окончания материала в ней, расход воздуха и давление становятся равными соответственно производительности компрессора и сопротивлению движения чистого
воздуха. После выключения воздуходувной машины расход воздуха и давление становятся равными нулю.
Цикл транспортирования без ультразвукового воздействия при загрузке в камеру около 48 кг материала продолжается 130-150 с, тогда как при воздействии ультразвуком - сокращается до 60-80 с. Это свидетельствует об увеличении производительности, что подтверждается соответствующей диаграммой на рис. 2, б. В среднем без ультразвукового воздействия производительность составляет 0,34 кг/с, а при воздействии ультразвуком увеличивается существенно до двух и более раз.
Анализ диаграмм избыточного давления свидетельствует, что несмотря на увеличение давления при пневмотранспортировании с ультразвуковым воздействием удельный его показатель (падение давления на единицу длины при транспортировании единицы производительности) уменьшается. Это можно объяснить снижением связи материала со стенками трубопровода, что подтверждают исследования [6].
Влияние ультразвукового воздействия на энергоемкость процесса транспортирования оценивали по удельной гидравлической мощности * , уд ОЬ
где АР и Q - соответственно давление и расход воздуха; О - производительность пневмоустановки; Ь - длина транспортирования.
Результаты обработки экспериментальных данных показали, что ультразвуковое воздействие способствует снижению удельной гидравлической мощности в среднем на 50% - с 80 до 40 Вт • с/(кг • м).
Таким образом, в результате экспериментальных исследований установлено, что воздействие ультразвуком при пневмотранспортировании с камерным питателем позволяет повысить эффективность работы пневмотранспортной установки: снизить сопротивление движению аэросмеси, повысить производительность установки, уменьшить энергозатраты на транспортирование. Это, в свою очередь, приведет к снижению стоимости пневмотранспортного оборудования, а также уменьшению абразивного износа материалопро-вода и деградации транспортируемого материала.
литература
1. Новиков А.Н. Методы борьбы со сводообразованием сыпучих материалов в емкостях / НИИ информации по строительно-
му, дорожному и коммунальному машиностроению. - М., 1966. -71 с.
2. Новый справочник химика и технолога. Процессы и ап-паратыхимическихтехнологий. Ч. 1. -СПб.: Профессионал, 2003. -848 с.
3. Балдаев Р., Раджендран В., Паланичами П. Применения ультразвука. - М.: Техносфера, 2006. - 576 с.
4. Беззубов А.Д., Гарлинская Е.И. Ультразвук и его применение в пищевой промышленности. - М.: Пищевая пром-сть, 1964. - 196 с.
5. Ультразвуковая технология / Под ред. Б.А. Агранта. -М.: Металлургия, 1974. - 505 с.
6. Воронкин П.А., Тарасов В.П. Влияние ультразвукового воздействия на скорость трогания сыпучих материалов // Хранение и переработка зерна. - 2009. - № 7. - С. 39-40.
7. Воронкин П.А. Наладка стенда и апробирование методики исследований ультразвукового воздействия на процесс пневмотранспортирования // Ползуновский альманах. - 2009. - № 2. -С. 97-99.
Поступила 10.09.10 г.
EFFICIENCY IMPROVEMENT OF A PNEUMOTRANSPORT INSTALLATION BY MEANS OF ULTRASONIC SOUND
P.A. VORONKIN, V.P. TARASOV
Polzunov Altai State Technical University,
46, Leninapr., Barnaul, 656099;ph./fax: (3852) 29-07-24; e-mail: ptu110@mail.ru
Results of the experimental researches directed towards the efficiency improvement and energy consumption of pneumotransport installations with a chamber feeder by means of ultrasonic influence on a conveyed material are presented. Key words: pneumotransport, chamber feeder, stability, energy consumption, ultrasonic sound.
621.31.004.18
СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ТИПОВЫМИ РЕГУЛЯТОРАМИ
Ю.П. ДОБРОБАБА, А.Г. МУРЛИН, А.А. ШПИЛЕВ
Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; электронная почта: inter-program@yandex.ru
Синтезирована система автоматического регулирования положения электропривода переменного тока с типовыми регуляторами, состоящая из двух каналов управления: потокосцепления ротора двигателя и угла поворота электропривода. Канал управления потокосцепления ротора двигателя выполнен двухконтурным с инерционным пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором первой составляющей тока статора двигателя и с пропорционально-интегральным регулятором потокосцепления ротора двигателя. Канал управления угла поворота электропривода выполнен трехконтурным с инерционным пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором второй составляющей тока статора двигателя, с пропорционально-интегральным регулятором скорости электропривода и пропорциональным регулятором положения электропривода.
Ключевые слова: электропривод переменного тока, частотный преобразователь, асинхронный двигатель, регулятор тока, регулятор потокосцепления ротора двигателя, регулятор скорости электропривода, регулятор положения электропривода.
В настоящее время электропривод с частотным пре- привода переменного тока (ЭПТ), особенности работы
образователем и асинхронным двигателем является преобразователей частоты и технические характери-
главным типом регулируемого промышленного элек- стики преобразователей частоты различных фирм. В
тропривода, серийно выпускаемого ведущими отече- связи с особой важностью алгоритмического обеспече-
ственными и зарубежными электротехническими фир- ния издание 2004 г. [2] посвящено описанию структу-
мами. В 2001 г. опубликована работа [1], в которой рас- ры, алгоритмов и особенностей реализации современ-
сматриваются общие принципы построения электро- ных и перспективных систем управления ЭПТ.
