CC BY
6
Предложена математическая модель тормозных режимов работы подъемной установки инженерного сооружения шахтного типа с учетом упруго-инерционных свойств каната, длина ветки которого меняется в зависимости от координаты движения барабана. Уравнения движения механической системы записаны с использованием уравнения Лаг-ранжа второго рода на основе применения дискретной расчетной модели со сменными упруго-инерционными параметрами. Приведены результаты числовой реализации построенной модели для подъемной установки в зависимости от глубины шахты и числа звеньев.
Ключевые слова: математическая модель, уравнения движения, подъёмная установка, подъёмный канат, упруго-инерционные свойства.
Semchuk L. V., Kovalchuk R.A. Calculation of Braking Modes of Lifting Facilities of Engineering Structures in View of Mine Type Elastic-inertial Properties Rope
The mathematical model of brake modes of lift installation of shaft type engineering structures considering elastic-inertial properties of a rope, leg length of which varies depending on the coordination movement of the drum, is proposed. The equations of a mechanical system motion are recorded using Lagrange equation of the second kind on the basis of discrete computational model with interchangeable elastic-inertial parameters. The results of numerical implementation of model constructed for lifting installations, depending on the depth of the mines and the number of units.
Keywords: mathematical model, the equation of the movement, mining elevator, elevating rope, elastic-inert qualities.
УДК 614.28.42:66.047.45 Доц. О.В. Сташславчук, канд. техн. наук -
Львiвський ДУБЖД
ПРОБЛЕМИ ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ ТА БЕЗПЕКИ ПРАЦ1 ПРИ ВИГОТОВЛЕНН1 БЮЛОГ1ЧНО АКТИВНИХ ПАСТОПОД1БНИХ
МАТЕР1АЛ1В
У сучасних умовах стратепчно необхщним для економжи i безпеки нашо! держави е встановлення таких принцишв державно! шштики як енергозбереження, економи енер-горесурав, насамперед, нафти та природного газу. До найбшьш енергомютких процесш у багатьох галузях промисловост належить сушшня. Внаслщок проведених дослщження сушшня пекарських дрiжджiв та !х узагальнення встановлено, що фшьтрацшне сушшня цього бюлопчно активного пастошдабного матерiалу в стащонарному шарi у виглядi ци-лшдричних частин мае певнi переваги, поршняно з iншими методами сушшня.
Ключовi слова: сушшня, пекарськi дрiжджi, пастошдабний бiологiчно активна матерiал, енергозбереження.
Усшшний розвиток економiки нашо! держави значною мiрою залежить вiд вирiшення проблеми з енергонос1ями. Через недостатню кшьккть власних енергоносйв майже 25 % валового внутртнього продукту витрачаеться на !х iM-порт. Витрати на впровадження енергоощадних теxнологiй у юлька разiв нижчi вiд вартостi поставок iмпортного палива [1]. У сучасних умовах як школи стало стратепчно необхвдним для економiки i безпеки нашо! держави питания енерго-ощадносп, тому серед основних принципiв державно! полиики у цiй площинi передбачено значне посилення роботи у напрямку енергозбереження, економп енергоносйв, насамперед нафти та природного газу.
До найбшьш енергомктких процеав у багатьох галузях промисловосп належить сушiния, на яке витрачаеться 8-10 % вщ уие! енергп - основну кшь-
Нащональний лкотехшчний унiверситет Украши
кiсть тепла отримують спалюванням первинних енергоресурсш, ККД викорис-тання яких становить приблизно ~ 40-50 % [2].
Сушшня бiологiчно активних матерiалiв, а саме пекарських дрiжджiв, яке здiйснюeться конвективним методом або в киплячому шар^ характеризуеться не тiльки значним споживанням енерги, а й винесенням дабнодисперсно1 фази у робоче примщення, що несприятливо впливае на стан здоров'я пращвнитв, а та-кож призводить до порушення однорiдностi штаму бюлопчно активного продукту. Причиною утворення дрiбнодисперсноí фази пiд час сушшня дажджш у киплячому шарi е !'х стирання до стшок апарату i при контактi мiж собою.
Через те, що матерiал мктить вологу, рiзну за природою зв'язку, процес сушiння здiйснюють у двох апаратах. У першому апаратi зневоднення проводять до першо!' критично!' вологосп, тобто, коли вившьняеться вшьна мiжклiтинна во-лога. Пкля цього матерiал перевантажуеться у другий апарат - киплячого шару, де здiйснюеться вившьнення осмотично!' та адсорбцiйно утримувано!' вологи. Весь процес сушшня тривае протягом 2,5-3 год. Окрiм цього, в технолопчну схему входить пилоочисна апаратура для здшснення тонкого очищення ввд-працьованого повiтря вiд частинок (клгтин) матерiалу, що виносяться з його потоком. Унаслщок використання активного гiдродинамiчного режиму сушiння до 10 % висушеного матерiалу набувае розмiрiв пилу за рахунок його стирання. Варто нагадати, що 1 г товарних ^жджш може мктити кшька мiльярдiв клiтин, тобто про стушнь очищення повiтря в цьому випадку говорити зайве i небезпека забруднення довкшля бiологiчно активним матерiалом е цшком реальною.
Технологiю сушшня можна змшити, використовуючи сушiння у щшьно-му шарi, коли теплоносш рухаеться в напрямку зовнiшня поверхня шару ^ пер-форована перегородка за рахунок створення перепаду тискш. У цьому разi ввд-сутне стирання матерiалу i його винесення iз зони сушiння, внаслiдок чого зни-кае необхiднiсть у встановленш пилоочисного обладнання. Покращуються стан пов^я у виробничiй зонi. Разом з тим, вiдбуваеться зростання поверхнi контакту фаз i зростання вiдносноí швидкостi руху теплонос1я вiдносно поверхш час-тин висушуваного матерiалу. За певно' швидкостi руху теплонос1я ввдбуваеться механiчне винесення вологи iз шару матерiалу, практично без затрат теплово' енергií. Все це призводить до значно' iнтенсифiкацií зневоднення дрiжджiв за одночасного зменшення питомих енергозатрат.
Однак сушшня ^жджш у суцшьному шарi фiльтрацiйним методом мае недолiк, який зумовлений низькою газопроникшстю шару матерiалу i значним його гiдравлiчним опором. Низька газопроникнкть не дае змоги шдвести в зону сушiння необхiдну кiлькiсть теплово1 енергií i процес вщбуваеться з низькою ш-тенсивнктю.
Вирiшення проблеми збiльшення iнтенсивностi шдведення тепла до шару висушуваного матерiалу створенням штучно1 пористостi не дало очжуваних результата. Тому було дослщжено можливiсть пiдвищення iнтенсивностi шдведення тепла в об'ем шару ^жддав за рахунок його шдведення теплопровiднiс-тю. Об'емну металеву сгтку розмiщали в шарi матерiалу так, що верхня 11 части-на знаходилася над його поверхнею, а нижня - втоплена в шар1 Верхня частина сiтки контактувала iз нагрiтим теплоносiем, нагршалась i тепло передавала в зону сгтки, занурену у вологий матерiал, кондуктивним методом. При цьому пере-
пад тисюв створювався перiодично i, частково утворена пара вщ нагрiвання i, пара, утворена тд час сушiння, виносилися iз пористох структури шару.
Такий процес зневоднення дрiжджiв вiдбуваеться значно штенсившше, нiж звичайне фiльтрацiйне сушшня. Однак виникае складнiсть iз практичною ре-алiзацiею такого зневоднення, оскшьки сiтку необхiдно звiльняти вiд твердоí су-хоí маси, яка за рахунок адгезшних сил покривае и поверхню. Суха дрiжджова маса мае низький коефщент теплопровiдностi, що зменшуе потiк тепла в об'ем вологого шару.
Наступним етапом дослщження було створення умов для подальшоí ш-тенсифшацп сушння збiльшенням газопроникностi шару вологого матерiалу. Для цього iз суцiльноí вологоí маси дрiжджiв формувалися цилiндричнi частини однакового дiаметра. Шар матерiалу, утворений такими цилвдричними частин-ками, мае значно менший гiдравлiчний опiр i велику газопроникнiсть.
За цих умов забезпечуеться висока iнтенсивнiсть пiдведення тепловоí енергií в зону сушiння ^ вiдповiдно, висока iнтенсивнiсть зневоднення шару ма-терiалу. Окрiм цього, що зневоднення матерiалу, сформованого у виглядi цилш-дричних частинок, вiдбуваеться з низькими питомими енергетичними затратами, його легко реалiзувати у промислових умовах.
У лабораторних умовах вивчено пдродинамшу i кiнетику сушiння, визна-чено найсприятлив^ умови реалiзацií зневоднення шару дрiжджiв, iз покра-щенням íх якостi. Отриманi гiдродинамiчнi залежностi, представлен на рис. 1 та 2, мають параболiчний характер, що свщчить, що втрати напору в шарi зумовле-нi як iнерцiйними, так i в,язкiсними складниками. Узагальнення результапв пд-родинамiки дало змогу отримати розрахунковi залежностi
АР = 1367 • Н 0,54 ¿0 + 254 • Н0,23 -щ2, (1)
де: АР - гiдравлiчний опiр сухого шару матерiалу, Па; Н - висота шару висушу-ваного матерiалу, м; ю0 - фштивна швидкiсть теплонос1я крiзь шар висушувано-го матерiалу, м/с.
Рис. 1. Змта гiдравлiчного опору вологого шару пекарських дрiжджiв, сформованих у виглядi цилтдричних частин, у чаа за змтно¥ його висоти,
ё = 2,5-10-3 м, Т = 50 °С: 1) Н = 210-2м; 2) Н = 410-2 м; 3) Н = 610-2 м
Рис. 2. Змта швидкостi руху теплоноая через шар пекарських дрiжджiв, сформованих у виглядi цилтдричних частин, за змтно¥ його висоти, ё = 2,5 10-3 м, Т = 50 °С: 1) Н = 210-2м; 2) Н = 410м; 3) Н = 610-2м
Рiвняння (1) дае змогу прогнозувати процес сушшня пекарських дрiж-джiв у виглядi вермiшелi для заданих висот шару висушуваного матерiалу.
Кшетичш кривi фшьтрацшного сушшня дрiжджiв мають класичний характер i складаються з першого та другого умовного перiодiв (рис. 3).
Нащональний лкотехшчний yнiверситет Украши
Рис. 3. Ктетичт крuei суштня цилтдричних частинок пекарських дрiжджiв за змтно1' висоти шару, Т = 50 "С, d = 2,5'10'3 м:
1) H = 0,015 м;
2) H = 0,04м;
3) H = 0,06м
Для y3aranbHeH^ пеpшого умовного ^ptó^ викоpистaно мaтемaтичнy модель [3] i pозpaxyнковy звлежшсть, отpимaнy aнaлiтично
— = l-a t-e~aH, (2)
Wo W
де: Wo, W- вiдповiдно почaтковa i текyчa вологiсть мaтеpiaлy, %; а i ак кiнетичнi коефiцieнти, l/с i l/м вiдповiдно; т - чaс, с.
Kiнетичний коефiцieнт а зглежить вiд темпеpaтypи i гiдpодинaмiчниx умов пpоцесy, a кiнетичний коефiцieнт "а" зэлежить вiд стpyктypи i ^^оди зв'язку вологи з мaтеpiaлом. Внaслiдок yзaгaльнення кшетики пpоцесy сушшня дослiджyвaного мaтеpiaлy отpимaно зaлежнiсть для pозpaxyнкy а
a = 3,4-lo-9 -T2,65- APo,495, (3)
a тaкож pозpaxyнковy зaлежнiсть для пpогнозyвaння пpоцесy сyшiння y пеpшо-му умовному пеpiодi
W = Wo (l - 3,4 - lo-9 - T2,65 - АР°,495 -1 - e-25,25 H ), (4)
де Т - темпеpaтypa теплонос1я, К. Для yзaгaльнення кiнетики сyшiння y дpyгомy умовному ^p^i викоpистaно зaлежнiсть [4]
W - Wp = e-CN-(t-Ткр) (5)
WKp - Wp
втаслщок мaтемaтичного пеpетвоpення яко'1 отpимaно зaлежнiсть для pозpaxyн-ку поточно'1 вологостi дослiджyвaного бiологiчно aKT^rora мaтеpiaлy:
W = (Wkp - Wp)- e0'058-(t-t) + Wp, (6)
де: WKp - кpитичнa вологiсть мaтеpiaлy, %; Wp - piвновaжнa вологiсть мaтеpi-aлy, %; ткр - тpивaлiсть сyшiння y пеpшомy пеpiодi, с.
3a piвняннями (4) i (6) можта pозpaxyвaти вiдповiдно потоковi зтачення вологостi y пеpшомy тa дpyгомy умовному пеpiодax i зaгaльнy тpивaлiсть сушш-ня до досягнення певно'1 вологостi висyшyвaного мaтеpiaлy. Отже, та основi pе-зyльтaтiв пpоведениx дослщжень тa ïx yзaгaльнення можнa зpобити висновок, що фiльтpaцiйне сyшiння тaкого бiологiчно aктивного пaстоподiбного мaтеpiaлy як ra^p^ri дpiжджi y стaцiонapномy шapi y виглядi цилiндpичниx чaстин мae певнi пеpевaги, поpiвняно з iншими методaми сyшiння.
Пеpедyсiм, це зтачне зменшення енеpгетичниx зaтpaт нa здшснення ^о-цесу, оскiльки його тpивaлiсть скоpочyeться мaйже y 6 paзiв. Окpiм цього, не вiдбyвaeться винесення дpiбнодиспеpсноï фaзи в нaвколишнe сеpедовище, що позитивно впливae як та стaн повiтpя в pобочiй зош, тaк i збеpiгaeться одноpiд-
нкть штаму бiологiчно активного матерiалу. Ввдповщно, зникае необхiднiсть у встановленнi дорогого пилоочисного обладнання, яке е необхiдним за викорис-тання iнших методш сушшня. Варто зауважити також, що яккть готового продукту за використання фiльтрацiйного методу сушiння значно покращуеться.
Лiтература
1. Штонь I. Не гршмо небо i землю / I. Штонь // Надзвичайна ситуащя : зб. наук. праць. -2006. - № 2. - С. 22-25.
2. Снежкин Ю.Ф. Состояние и перспективы развития сушильной техники в Украине / Ю.Ф. Снежкин // Современные энергосберегающие тепловые технологии (Сушка и тепловые процессы), СЭТТ - 2005 : тез. докл. II Междунар. науч.-практ. конф. - М. : Изд-во ИТТФ НАНУ, 2005. -С. 225-229.
3. Ханык Я.М. Фильтрационная сушка плоских проницаемых материалов : дис. ... д-ра техн. наук: спец. 05.17.08 - "Процессы и аппараты химических технологий" / Я.М. Ханык. - Львов, 1992. - 401 с.
4. Лыков А.В. Теория сушки / А.В. Лыков. - М. : Изд-во "Энергия", 1968. - 472 с.
Станиславчук О.В. Проблемы энергосбережения и безопасности труда в производстве биологически активных пастообразных материалов
В современных условиях стратегически необходимым для экономики и безопасности нашего государства является установление таких принципов государственной политики как энергосбережения, экономии энергоресурсов, прежде всего нефти и природного газа. К наиболее энергоемким процессам во многих отраслях промышленности принадлежит сушка. В результате проведенных исследований сушки пекарских дрожжей и их обобщения установлено, что фильтрационная сушка этого биологически активного пастообразного материала в стационарном слое в виде цилиндрических частичек имеет определенные преимущества, по сравнению с другими существующими методами сушки.
Ключевые слова: сушка, пекарские дрожжи, пастообразный биологически активный материал, энергосбережение.
Stanislavchuk O. V. Energy Saving and Occupational Issues in the Production of Biologically Active Slurry Materials
In modern conditions it is strategically necessary for the economy and security of our country to establish the principles of state policy concerning energy efficiency and energy savings, especially of oil and natural gas. Drying is one of the most energy-intensive processes in many industries. On summarising the obtained research results of baker's yeast drying it was found that filtration drying of biologically active slurry material in stationary layer in the shape of cylindrical parts has certain advantages over other existing methods of drying.
Keywords: drying, baker's yeast, slurry biologically active material, energy saving.
