CC BY
40
Пантюхина Елена Викторовна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пантюхин Олег Викторович, директор издательства, канд. техн. наук, доц., olegpantyukhin@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF HEAT PROCESSES OF HEATING AND THERMAL TRANSMISSION THROUGH FLAT WALL HEAT EXCHANGING EQUIPMENT WITH INSULATION
КА. Klimenova, E. V. Pantyukhina, O. V. Pantyukhin
Thermal processes of heating in heat exchangers with different heat carriers are considered, comparison of two-layer heat exchangers, whose walls are made of different materials, is carried out according to specific losses of heat from 1 m2 of surface.
Key words: thermal processes, heat exchangers, heat exchanger, heat transfer, specific losses of heat.
Klimenova Natalia Andreevna, bachelors, nataly_ty9 7@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pantyukhina Elena Viktorovnа, candidate of technical sciences, docent, elen-davidova@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pantyukhin Oleg Viktorovich, publishing director, candidate of technical sciences, docent, olegpantyukhin@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.922; 621.921.34
СОЗДАНИЕ УНИФИЦИРОВАННОГО ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО РЯДА РОТОРНЫХ СМЕСИТЕЛЕЙ
М.С. Парамонова
Предлагается рассмотреть и проанализировать принципиальную возможность унифицировать ряд разрабатываемого смесительного оборудования на примере смесительных машин роторного типа.
Ключевые слова: смешение, оборудование смешения, роторные смесители, параметрические ряды.
Обобщение частных технологических условий создало основные предпосылки для построения параметрических рядов машин на основе рядов предпочтительных чисел, связанных между собой определёнными зависимостями (ГОСТ 8032-89 «Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел»).
Сущность системы предпочтительных чисел состоит в том, что из-многочисленных и разнообразных значений того или иного параметра выбираются только те,которые по своим основным признакам могут заменить любое из его часто многочисленных промежуточных значений, причём такая замена не должна отразиться на качестве детали, узла или машины.
Построение размерных рядов сводится, таким образом, к сужению количества размеров, образующих ряд числовых значений, путём округления расчётных значений до ближайшей предпочтительной с технико-экономической точки зрения величины [6].
При выборе размерного ряда машин приходится решать две основные задачи:
1) на основе какой прогрессии арифметической, геометрической или смешанной должен быть построен ряд;
2) какое число типоразмеров в заданном диапазоне крайних размеров должно быть принято.
Закономерность геометрического ряда выражается отношением:
где Ап - данный член ряда; Ап+1 - последующий член ряда.
Математические закономерности ступенчато-арифметической про-грессиимогут быть представлены рядом выражений:
При проектировании роторных машин и линий на протяжении многих лет используют геометрические ряды предпочтительных чисел [1-3,7]. Это обусловлено тем, что первые члены геометрической прогрессии имеют между собой малые интервалы, а так как номенклатура производимых на автоматических роторных линиях изделий также имеет небольшие размерные интервалы между собой, то такие ряды предпочтительных чисел наиболее характерно подчёркивают параметрические ряды роторных машин и линий [2,3]. При геометрической прогрессии в зоне больших размеров получаются значительные интервалы между размерами соседних членов
Ап+1 Ап - ^.
(рис.1).
2,00
1,78
1,58
1,41
1,26 1,12 1,06
Рис. 1. Размерный ряд на основе геометрической прогрессии
304
Особенность размерных рядов на основе геометрической прогрессии, заключается также в том, что типоразмеры машин того или иного ряда обеспечивают возможность унификации деталей и узлов машин начальных размеров несравненно в большей степени, чем в размерных рядах, построенных на основе арифметической прогрессии [2,6]. Этот факт также послужил основанием для выбора такого ряда при проектировании автоматических роторных линий, тем более, что в АРЛ уровень унифицированных деталей и узлов достигает 80-85 %. ГОСТ 8032-89 предусматривает пять рядов предпочтительных чисел со знаменателями:
510,101о, 201о, 401о, 801о.
Эти ряды предпочтительных чисел обозначаются:
пятый - ф - -1,5849 десятый - ф -1010 -1,258 двадцатый - ф - 2°10 -1,1220
сороковой - ф - 4°10 -1,0593
восьмидесятый - ф - 8°10 -1,02938
Проведённый сравнительный технико-экономический анализ [3,7] с учётом всех основных факторов позволил однозначно определить для роторного оборудования сороковой геометрический ряд:
р-1,0595 »1,6.
Таким образом, ряд предпочтительных чисел будет выглядеть:1; 1,0593; 1,122; 1,188; 1,259;1,334; 1,413; 1,496; 1,585; 1,679;1,778; 1,884; 1,995; 2,114; 2,24.
По результатам многолетних технико-экономических исследований преимущественными из него выбраны следующие числа с округлением: 1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2.
Теперь параметрический ряд роторных машин нового типа должен быть описан рядом чисел геометрической прогрессии со знаменателем являющимся числом из данного ряда. Кроме всего прочего, использование геометрической прогрессии обеспечивает:
- возможность создания различных модификаций конструктивно-унифицированного ряда при сохранении строгих закономерностей в каждом вновь созданном ряде;
- при геометрическом ряде линейных размеров деталей, объёмные, весовые и прочностные характеристики членов такого ряда, в свою очередь, также образуют строго закономерные геометрические ряды.
Практическое обоснование создания параметрического ряда роторных смесительных машин
Большинство подобных обоснований базируется на многолетнем технико-экономическом изучении определённого уже существующего типажа оборудования [3,5,6,7]. В качестве основного определяющего параметра типоразмерного ряда обычно берётся некий линейный размер, характерный для любой типоконструкции ряда и определяющий его функ-
305
циональное назначение. Для металлорежущих станков это, например, максимальный размер обрабатываемой детали. В некоторых случаях таким параметром может стать уровень функциональной значимости данного типоразмера, например, максимальное усилие для некоторых типоразмеров прессов.
Если в качестве определяющего параметра типоразмерного ряда представлен линейный размер детали, узла и т.п., то его изменение согласно чисел геометрического ряда и определяет размерные характеристики всего ряда оборудования.
Если же в качестве параметра типоразмерного ряда представлена функциональная возможность конкретной машины, которая может изменяться в пределах до 10-100 и выше от одного члена ряда до следующего, то требуется её обоснованная технико-экономическими исследованиями математическая корректировка до одного из членов стандартного типораз-мерного ряда[6].
В случае создания типажа роторных смесительных машин возникает необходимость футуризации данного процесса ввиду того, что машин такого рода ещё серийно не было произведено и соответствующие научно-технические исследования на реальных производствах не проводились. Однако имеющийся научно-исследовательский задел позволяет с высокой степенью достоверности спрогнозировать необходимый типоразмерный ряд будущего класса машин в соответствии с существующими унифицированными параметрическими рядами и методиками их расчёта [2,3,6,7].
Выбор определяющих параметров
Ввиду сложности процесса образования создания конструкторско-унифицированного ряда прогнозируемого класса машин становится целесообразным:
- считать класс роторных смесителей частью большого семейства роторных машин и линий с едиными предпочтительными числами типо-размерных рядов:
1;1,06; 1,12; 1,26; 1,41; 1,58; 1,78; 2.
- выбрать в качестве основного определяющего параметра геометрический ряд некой характеристики обозначающей и усредняющей два параметра роторной смесительной машины: линейный размер детали, узла и т.п. и одной из его функциональной возможности.
Это справедливо в силу того, что класс машин ещё не создан и его типоразмерный ряд, который, в свою очередь, позволит с большей эффективностью обеспечить такое создание, будет определён ещё одним параметром, конкретизирующим функциональное назначение машины, с учётом двух критериев имеющих разный физический смысл и более точно обосновывающих концептуальный переход от одного члена ряда к другому.
В результате исследований, проведённых на стендах дозирования и смешения, выяснилось, что выходящие параметры для проектирования роторных модулей не могут полностью соответствовать единому критерию параметризации ряда, как, очевидно, и входящие в отдельности.
306
Из выходящих параметров наиболее близким к типичному, определяющему параметру оказывается линейный размер рабочей части ротора питателя I, вобравший в себя конструктивное влияние входящей фракции выдаваемого компонента й на всю систему. Из входных достаточно универсальной выдвигается производительность модуля Р при пропорциональном выходном качестве продукта ¥с.
Поэтому было предложено в качестве интегрального критерия, описывающего каждый член параметрического ряда роторных смесительных машин использовать геометрический ряд чисел по зависимости
где АI - член параметрического ряда; Р\ - необходимая (возможная) производительность I -го члена параметрического ряда машин; ^ - длина рабочей части ротора питателя I -го члена ряда.
Величина А^ практически полностью охватывает как входные, так и выходные параметры проектируемой машины, а также удовлетворяет условиям создания параметрического ряда роторных смесительных модулей.
Производительность в данной зависимости является из составляющих критериев общего определяющего параметра ряда, описывающим необходимость системы в пространстве для бункеров, накопителей и т.п., при определённом минимальном времени работы питателя до следующей его загрузки. От производительности зависят размеры приводных устройств - двигателей и дополнительных передающих механическое движение устройств.
Размер рабочей части ротора питателя также в некоторой степени корректирует необходимые размеры и объём бункеров особенно малосо-держащихся компонентов, а также полностью определяет габаритные размеры тары, а именно диаметр тары и её высоту для устойчивого процесса детерминированного формирования однородности смеси при заданной фракции компонента [1-5].
Через диаметр тары (рабочую позицию) можно определить габаритные размеры ротора: диаметр начальной окружности £>0 и шаг ротора к р (рж.2).
А - V рь,
Ь;
Рис. 2. Основные размеры ротора
307
Расчёт параметрического ряда
По значениям Р• и Ц определим расчётные значения семи типоразмеров роторных смесителей. Число типоразмеров в ряду обусловлено семью классами сыпучих компонентов по классификации Карра, на которые условно разбиты возможные сыпучие компоненты в зависимости от среднего размера зерна:
А1 =у/0,05 х 20 = 1,
А2 =у1 0,1 х 30 = 1,73 А3 =^10,25 х 45 = 3,35
А4 =у10,5 х 60 = 5,48
А5 =у/1,25 х 80 = 10 А =у/ 2,5 х 120 = 17,32
А7 =у/7 х 150 = 32,4.
Как видно из расчёта, знаменатель геометрической прогрессии колеблется в пределах
Рр2 = 1,73; <3 = 1,94; рр4 = 1,64; <45 = 1,82; <56 = 1,73; <67 = 1,87.
Таким образом, п
£ Ф;
1,73 +1,94 +1,64 +1,82 +1,73 +1,87 ,
фср = 1=1— = -----------— = 1,7893.
ср п 6
Наиболее близким значением р из предпочтительных чисел для роторных машин и линий является число <р = 1,78. Теперь ряд примет вид, показанный в таблице.
Расчетные и предпочтительные ряды
Расчётный Предпочтительный
1 1
1,73 1,78
3,35 3,17
5,48 5,64
10 10,04
17,32 17,87
32,4 31,8
Очевидно, рассчитанный ряд необходимо скорректировать до параметрического ряда типоразмеров роторных смесительных машин из чисел предпочтительного геометрического ряда с р = 1,78 [6]: 1; 1,78; 3,17; 5,64; 10,04; 17,87; 31,8.
Необходимую оптимизацию данного ряда с уменьшением общего числа типоразмеров до числа предпочтительно используемых целесообразней можно будет провести после того как несколько лабораторных или промышленных образцов пройдут соответствующие испытания.
Список литературы
1. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973. 216 с.
2. Кошкин Л.Н. К вопросу о классификации технологических процессов и рабочих машин // Литейное производство. № 4. 1953.
3. Лукаш А.Н. Эволюция смесительной техники //Сб. докладов Ме-ждунар. Семинара АПИР-6. Тула: Изд-во ТулГУ, 2002. С.45-47.
4. Патент РФ 2271243. Способ смешения сыпучих компонентов и устройство для его реализации / А.Н. Лукаш, А.В. Евсеев, Т. А. Овчинникова, К.В. Власов, О.В.Карпухина. Опубл. 10.03.06. Бюл.№7.
5. Патент РФ 2129911. Способ смешения сыпучих компонентов и устройство для его реализации / А.Н. Лукаш, И. А. Клусов, А.В. Евсеев. Опубл. 10.05.99. Бюл. №13.
6. Методические рекомендации МР 4-81. Методы построения параметрических и типоразмерных рядов деталей и сборочных единиц общемашиностроительного применения / ВНИИНМАШ. М., 1981. 41 с.
7. Евсеев А.В., Парамонова М.С. Нонмиксинговые технологии и оборудование для получения многокомпонентных смесей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 8. Ч. 2. С. 188-194.
Парамонова Маргарита Сергеевна, асп., rita.paramonova. 92@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
CREA TION OF THE UNIFIED PARAMETRICAL NUMBER OF ROTOR MIXERS
M.S. Paramonova
The author suggests to consider and analyse a basic opportunity to unify a number of the developed mixing equipment on the example of mixing cars of rotor type.
Key words: mixture, mixture equipment, rotor mixers, parametrical ranks.
Paramonova Margarita Sergeevna, postgraduate, rita.paramonova. 92@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
