авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Повышение эффективности рабочего процесса ва­куумного насоса доильной установки за счет оп­тимизации его конструктивных и технологических

-- [ Страница 2 ] --

В этом же разделе дано определение потребной мощности для при­вода насоса. Потребную мощность на валу насоса можно определить из выражения

, (21)

где Nт – мощность, затрачиваемая на сжатие и перенос газа, Вт;

Nмех. – мощность, теряемая в подшипниках, Вт;

Nтр. – мощность, затрачиваемая на преодоление трения при движе­нии пла­стин в пазах ротора и по цилиндрической расточке корпуса.

Мощность Nмех. требуемая на преодоление сил трения цапф ротора в под­шипниках

, (22)

где Тр – равнодействующая сил, действующая на цапфы ротора и вос­при­нимаемая опорами, H;

– угловая скорость ротора рад/с;

4 – коэффициент трения в подшипниках качения, 4 = 0,005…0,008;

dц – диаметр цапфы, м.

Равнодействующая сил определяется по формуле

, (23)

где dр – диаметр вала (цапфы) ротора, м.

При движении пластин в пазах ротора и по цилиндрической рас­точке кор­пуса силы трения возникают от действия внешних сил: сил инер­ции и сил пе­репада давлений, действующих на пластину. Мощность, за­трачиваемая на тре­ние

. (24)

где NЦ.И. и NП.И. – мощность, затрачиваемая на преодоление трения соот­ветственно при движении пластины по цилиндрической расточке кор­пуса и в пазу ротора при действии на пластину только сил инерции, Вт;

NЦ..P и NП.P – то же, при действии на пластину сил от перепада давле­ний, Вт.

Для насоса УВД с тангенциальным расположением пластин

; (25)

; (26)

; (27)

, (28)

где mп. – масса пластин, кг;

ц. и р – коэффициенты трения пластины соответственно по ци­линдриче­ской расточке корпуса и в пазу ротора;

h – высота пластины, м;

l – длина пластины, м;

k – показатель адиабаты процесса.

Энергетическая характеристика пластинчатого вакуумного насоса зависит не только от его технологических и конструктивных параметров, но и от качества изготовления деталей, выполнения монтажных работ и теплового зазора. Наибольшие затраты мощности связаны с преодолением сил трения в конструктивных элементах насоса.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных ис­следований процесса работы вакуумного насоса» разработана программа исследований, даны общая и частная методики ис­следований, описано оборудование и условия проведения эксперимента.

Для обеспечения наилучших условий вакуумного режима доильной уста­новки необходимо подобрать оптимальные технологические пара­метры про­цесса. Оптимальные технологиче­ские параметры процесса от­качки воздуха – это параметры, которые обес­печи­вают стабильность разрежения в вакуумной системе; соблюдение фи­зиоло­гических требова­ний к вакуумному режиму; повышение производи­тельности системы; улучшение внешней характеристики насоса и позволяю­щие при этом сни­зить удельную энергоемкость или же металлоемкость обо­рудования.



В соответствии с поставленной задачей программа исследований преду­смат­ривает:

  • выяснить, какое влияние на производительность вакуумного насоса, величину разрежения в системе, и затраты электроэнергии, а также необходимой мощности на привод установки, оказывают конструктивные и технологические параметры: частота вращения ротора вакуумного насоса; форма и сечение впускных окон и их размещение по длине корпуса насоса;
  • обосновать область рационального сочетания параметров вакуумного насоса при его работе;
  • провести в лабораторных условиях эксперимент по повышению эффективности процесса создания разрежения вакуумным насосом на различных режимах его работы и выявлению наиболее оптимальных технико-технологических и конструктивных параметров установки;
  • провести исследование методами планирования эксперимента рабочего процесса вакуумного насоса;
  • дать рекомендации по улучшению параметров насоса и установить область их рационального сочетания;

С целью определения влияния технико-технологических и конст­руктив­ных параметров насоса на производительность вакуумной системы был про­веден многофакторный эксперимент, в ходе которого изучался процесс исте­чения газа во входном сечении патрубка насоса при разной частоте вращения вала ротора.

Опыты проводились на унифицированной вакуумной установке УВУ 45/60 (рисунок 4) в комплект которой входили: быстроходный, пла­стинчато-роторный вакуумный насос марки УВД 10.000, производитель­ностью 1,0 м3/мин; элек­тродвигатель марки 4АМ100L4У3 мощностью 4 кВт; рама; глушитель; пре­дохранитель. На участке между вакуумным на­сосом и вакуумным баллоном была установлена экспериментальная камера, состоящая из двух частей, в которую помещались пластины. На пластинах были выполнены от­верстия разного сечения, формы и с различным расположением по их длине.

В качестве критериев оптимизации принимаем следующее: произ­води­тельность (Vд,м3/ч), потребная мощ­ность (N, кВт), давление в системе (pc, Па), ко­эффициент подачи ().

1 – глушитель; 2 – вакуумный насос УВД 10.000; 3 – образцовый ва­ку­умметр ВО1; 4 – колпачок предохранителя; 5 – экспериментальная ка­мера; 6 – экспериментальная пластина; 7 – вакуумрегулятор; 8 – вакуумметр ВПТ – 1; 9 – вакуумбаллон; 10 – вакуумпровод; 11 – индикатор КИ-4840М; 12 – манометр ОБМ 1-100б

Рисунок 4 – Схема экспериментальной вакуумной установки

Из априорной информации известно, что на эти параметры оказы­вают влияние следующие факторы: площадь сечения впускного от­верстия (Sв в м2), форма впускного отверстия как качественный фактор, выражен­ная через коэффициент сопротивления трению , частота вращения вала ротора насоса (n, мин-1).

В ходе опытов площадь отверстий составляла 20,58; 28,36; 38,40; 50; 58,56 см2. Из всего разнообразия форм были исследованы отверстия круглого, прямоугольного, треугольного, овального, ромбовидного, щеле­вого сечений. По показаниям приборов определяется величина разреже­ния до отверстия и после него, а также расход воздуха. Используя методы математического моделирования на основании полученных опытных дан­ных определяются такие выходные параметры как проводимость отвер­стия, производительность насоса и потребная на его привод мощность.

Для регулировки частоты вращения ротора насоса использовался набор сменных шкивов. Частота вращения ротора на­соса составляла 950; 1100; 1200; 1425 и 1600 мин-1 и измерялась индикатором ТМ1-1ПУ3.

В процессе планирования многофакторного эксперимента, было от­дано предпочтение трехуровневым, почти ротатабельным планам второго порядка Бокса-Бенкина.

Полученные экспериментальные данные обрабатывались с помо­щью па­кета программ MS Office, а также Statgraphics plus Ver­sion 3.0.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» изложены результаты проведенных экспериментальных исследований и дан их анализ.

В ходе определения оптимальных режимов работы вакуумного на­соса установлено их влияние на выходные параметры.

Анализ площади сечения входного отверстия показал, что с увели­чением ее значения с 20 см2 до 58,56 см2, улучшается внешняя характери­стика насоса, повышается его производительность (на 38,3%) и снижается потребная мощность (на 10,2%). Все это обусловлено увеличением показа­теля проводимости отверстия (на 32,2%).

Из рассмотренных форм впускных отверстий наибольший интерес представляют три – круглая, прямо­угольная и треугольная. Из анализа полученных значений видно, что про­изводительность насоса имеет наибольший показатель при использовании треугольной формы впускного отверстия (V=66,33 м3/ч). Мощность по­требная на привод насоса составила 3,85 кВт. Наиболее технологичными остаются окна прямоугольной формы. Данное сечение характеризуется средними значениями выходных параметров (V=64,9 м3/ч; N=3,75 кВт). Впускные отверстия круглого сечения просты в изготовлении и характери­зуются наименьшими затратами мощности на сопротивление потоку воз­духа. Для данного сечения получены следующие выходные параметры: V=62,4 м3/ч; N=3,6 кВт.

В ходе исследования влияния частоты вращения ротора насоса было уста­новлено, что повышение частоты вращения ротора насоса с 950 до 1600 мин-1, приводит к росту действительной производительности в среднем в 2 раза. При этом потребная мощность увеличивается на 30%. Величина раз­режения в системе изменилась с 52 до 54 кПа.

В ходе многофакторного регрессионного анализа по определению влия­ния исследуемых факторов на производительность вакуумного насоса, потребную мощность, величину разрежения в системе и коэффициент по­дачи были получены следующие математические модели в кодированном виде

где b1, b2, b3 – факторы в кодированном виде

Дисперсионный анализ уравнений регрессии по­зво­лил сделать вывод о том, что все модели информационно значимы, так как присутствует статистически значимое отноше­ние между переменными на уровне 99%. Адекватность уравнений проверяли по критериям Фишера. Коэффициенты с уровнем значимости более 0,5 в модели не включались.

По полученным математическим моделям были построены трех­мерные поверхности отклика (рисунок 5)

а) б)

а) б)

в) г)

Рисунок 5 - Влияние площади сечения впускного отверстия (b1), формы отверстия (b2), частоты вращения вала ротора насоса (b3) на производи­тельность а), потребную мощность б), величину разре­жения в системе в), коэффициент подачи г).

В результате анализа построенных поверхностей отклика получены оптимальные значения основных факторов: площадь сечения впускного отверстия - 38,40…50 см3; форма впускного отверстия - треугольная, пря­моугольная; частота вращения ротора насоса - 1200…1450 мин-1. Все вы­ходные параметры, полученные в ходе варьирования основных факторов, оценивались с учетом зоотехнических норм на доильное оборудование.

В пятой главе «Расчет экономической эффективности» описана методика определения эффективности, приведены исходные данные и ре­зультаты расчетов. За базу для технико-экономического сравнения был принят насос УВД 10.000.

Расчет проводился по общепринятым методикам расчета экономи­ческой эффективности. Результаты расчета технико-экономических пока­зателей сравниваемых вариантов представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты расчета экономической эффективности

Расчетные показатели Варианты
Базовый Новый
Оплата труда обслуживаю­щего персонала, руб. 13721,4 13721,4
Затраты на электроэнергию, руб. 9720 8748
Производительность, м3/ч 40 43
Амортизационные отчисле­ния на вакуумные насосы, руб. 720 693,5
Затраты на ремонт и ТО 1008 970,9
Прямые эксплуатационные затраты, руб. 26455,35 25224,65
Приведенные затраты, руб. 29695,35 28539,8
Планируемая годовая экономия, руб. 1284,12
Годовой экономический эф­фект, руб. 1155,55
Срок окупаемости машины, год 0,18




Общие выводы и предложения

1. Необходимость совершенствования вакуумных машин доильных ус­тановок определяется экономическими предпосылками. Приведенный анализ существующих конструкций и классификация вакуумных насосов, свидетель­ствуют о большом их разнообразии и широком диапазоне реализуемых ими режимов.

2. Для обеспечения бесперебойной работы современных доильных установок и повышения эффективности их применения целесообразно использовать в них ротационные вакуумные насосы пластинчатого типа

3. Совершенствование ротационного вакуумного насоса потребовало теоретического обоснования его конструктивных и технологических парамет­ров. В основу математического моделирования про­цесса положены зако­номерности течения воздуха в низком вакууме. Получены основные зависимости процесса: проводимость впускного отверстия в зависимости от площади его сечения (4, 5); проводимости впускных элементов круглого, прямоугольного, треугольного, эллиптического сечений (6, 8, 9, 10); коэффициент подачи (11); производительность вакуумного насоса (12); коэффициент заполнения межпластинчатой камеры (13); быстрота действия насоса в зависимости от коэффициента заполнения межпластинчатой камеры (20).

4. Результаты предварительного эксперимента позволили вы­явить значи­мые факторы, влияющие на работу вакуумного насоса, не­обходи­мые для второго этапа исследования. В качестве наиболее зна­чимых следует отметить такие факторы, как площадь сечения впуск­ного отверстия, форма впускного отверстия и частота вращения вала ротора насоса.

5. Обработка многофакторного эксперимента позволила вы­явить опти­мальные конструктивные и режимные параметры установ­ки, значение которых можно ис­пользовать при совершенствовании кон­структивно-технологической схемы (S = 38,40…50 см2; форма - прямоугольная, треугольная; n = 1450±25 мин-1). Установлена связь между исследуе­мыми факторами и выходными величинами.

6. Оптимизация исследуемого процесса в значительной мере по­влияла на рабочий режим и энергетическую характеристику, что позво­лило повысить произ­водитель­ность насоса в среднем на 8,8% (V = 64,77 м3/ч) и снизить потребную мощность в среднем на 10% (N = 3,6 кВт), в сравнении с серийным образцом. Ус­тановка обеспе­чивает не­обходимую стабильность вакуумного режима согласно зоотехническим нормам (Pсис.=53,3 кПа).

7. Оптимизация технологических и конструктивных параметров исследуемого насоса позволит снизить энергетические затраты на 10% и получить годовую экономию по прямым эксплуатационным затратам в размере 1155,55 руб./год. в расчете на одну единицу машины. Данное исследование по совершенствованию конструктивной и технологической схемы насоса приведет к увеличению запаса по производительности на 8,8%, что в свою очередь, повлияет на ресурс машины. При этом срок окупаемости капитальных вложений со­ставляет 0,18 года.

При внедрении результатов исследования в масштабах Великолукского района Псковской области позволит получить годовой экономический эффект в размере 25422 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в

следующих работах:

  1. Пяткин Д.Б. Анализ конструкций вакуумных насосов для доиль­ных установок / Д.Б. Пяткин // Совершенствование технологических про­цессов и рабочих органов машин в животноводстве: сб. научн. тр. / СПбГАУ – Санкт-Петербург, 2005. – с.17-26.
  2. Пяткин Д.Б. Повышение эффективности работы ротационного ва­куумного насоса для доильных установок / Д.Б. Пяткин, Б.И. Вагин // Ин­новации молодых ученых развитию АПК России: сб. научн. тр. / По мате­риалам научно-практической конференции. - Великие Луки.: РИО ВГСХА, 2006. - Ч. 2. -С. 134-136.
  3. Пяткин Д.Б. Расчет вакуумных систем доильных установок / Пят­кин Д.Б. Вагин Б.И. // Сельский механизатор. – 2007. - №1. – с. 20.


Pages:     | 1 ||
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.