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:   || 2 |

Повышение эффективности процесса очистки элементов аспирационной системы на мебельных и деревообрабатывающих предприятиях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Басова Евгения Вениаминовна

Повышение эффективности процесса очистки

элементов аспирационной системы

на мебельных и деревообрабатывающих предприятиях

Специальность 05.21.05 — Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Екатеринбург - 2012

Диссертационная работа выполнена на кафедре менеджмента и внешнеэкономической деятельности предприятия Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уральский государственный лесотехнический университет».

Научный руководитель: Часовских Виктор Петрович доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Сергеев Валерий Васильевич доктор технических наук, профессор кафедры экономики, филиала ГОУ ВПО «Удмуртского государственного университета»
Агафонова Рузалия Ильсуровна кандидат технических наук, ООО СК "Лесные традиции", г.Екатеринбург

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С. М. Кирова».

Защита состоится 18 мая 2012 года в 13-00 на заседании диссертационного совета Д212.281.02 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный лесотехнический университет», по адресу 620100, Екатеринбург, ул. Сибирский тракт, 37, ауд. 401.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный лесотехнический университет».

Автореферат разослан 17 апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Куцубина Н.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. При переработке древесины образуется большое количество измельченных отходов, удаление которых производится с помощью аспирационного оборудования. В процессе прохода пылегазовых потоков по аспирационному оборудованию многократно изменяются направление, скорость и объем потока, происходит множество взаимодействий химического и физико-химического характера меняющих свойства частиц пыли. [Ватин Н.И., Василевский М.В.] Химические и физические реакции, происходящие между влажными, сухими и твердыми частицами пыли, ведут к их взаимному слиянию, обволакиванию и адсорбции. [Ватин Н.И.] Некоторая часть улавливаемой мелкодисперсной пыли, ее составляющих частиц оседает на внутренней поверхности сторон аспирационной системы и слипаясь, удерживается на них. Нарастающий слой на внутренней части элементов аспирационной системы снижает эффективность очистки воздуха, так как сужает рабочий проход, ухудшает теплообмен, создает условия для возврата пылевого воздуха в очищенный поток.[Ведерников В.Б., Грачев Ю.Г., Хеннер В.К., Гришков А.И. Бретшнайдер Б., Курфюрст И.]

Как показал анализ патентно-информационного поиска, проблематика очистки внутренних поверхностей аспирационного оборудования и трубопроводов от отложений древесной пыли изучается на протяжении нескольких лет в разных странах. Проведенный анализ диссертационных работ за последние 10 лет, так же обосновывает важность решения вопроса образования и удаления отложений на внутренних поверхностях аспирационной системы. Проблема образования и удаления слоя отложений с внутренних поверхностей трубопроводов и элементов аспирационного оборудования описывается Ватиным Н.И., Василевским М.В., Идельчиком И.Е., Беспаловым В.И., Мещеряковым С.В.и др. В процессе эксплуатации систем аспирации предприятий деревообрабатывающей индустрии в циклонах, бункерах и трубопроводах пневматического транспорта возникают пылевые отложения. [Хазанов И.С., Кучерук В.В.] Для поддержания эффективной работы аспирационной системы необходим контроль толщины накапливающегося слоя, а так же — своевременное удаление его с внутренних поверхностей элементов аспирационной системы.

В правилах по охране труда на лесозаготовительном, деревообрабатывающем производствах и проведении лесохозяйственных работ, ПОТ РМ 001-97 в пунктах 8.7.415. и 8.7.417., приводятся меры безопасности при очистке циклона и трубопроводов пневматического транспорта от отложений древесной пыли.

Следует отметить, что все исследования по этому поводу ограничиваются только изложением данного факта [Юдашкин М.Я., Нейков О.Д., Логачев И.Н., Пирумов А.И., и др.], а исследования по разработке методов повышения эффективности работы аспирационной системы через автоматизацию процесса очистки отсутствуют. Таким образом, решение задачи, очистки внутренних поверхностей элементов аспирационной системы от отложений мелкодисперсной древесной пыли, является актуальной.

Объектом исследования является главный элемент аспирационной системы, промышленный инерционный пылеуловитель - циклон, предметом исследования - закономерности процессов аэродинамики и пылевых отложений, пылеочистки в циклонных аппаратах.

Цель работы: Повышение эффективности функционирования аспирационной системы путем автоматизации процесса очистки внутренних поверхностей элементов аспирационной системы на деревообрабатывающих и мебельных производствах.

Для достижения основной цели был выявлен ряд задач, которые необходимо решить:

  • Теоретическое рассмотрение динамики ряда процессов, происходящих в системах аспирации, анализ процессов очистки пылегазового потока в циклонах, используемых на деревообрабатывающих предприятиях.
  • Описание и обоснование современного подхода к вопросу автоматизации систем управления процессом очистки от периодически накапливающегося слоя отложений мелкодисперсной древесной пыли на внутренних поверхностях элементов аспирационной системы эффективно реализующих работу разработанных моделей и алгоритмов.
  • Рассмотрение, описание и анализ возможных способов очистки циклонов от слоя отложений на внутренней поверхности стен. Выбор и обоснование наиболее эффективного способа очистки.
  • Разработка инженерных методов и алгоритмов, обеспечивающих оптимальное управление выбранным способом очистки внутренних поверхностей циклона от слоя отложений мелкодисперсной пыли.
  • Внедрение в практику деревообработки автоматизированной установки по очистке внутренних поверхностей циклона от древесной пыли.

Научная новизна работы

Разработаны методы, модели и алгоритмы работы очистки пылегазового оборудования и составлена математическая модель очистки внутренних поверхностей циклонов от отложений мелкодисперсной древесной пыли.

Обоснованы принципы управления технологическими процессами очистки внутренних поверхностей циклонов на деревообрабатывающих и мебельных предприятиях.

Сформированы, описаны, обоснованы и рассчитаны алгоритмы автоматизированной системы, тем самым решена проблема очистки внутренних поверхностей элементов аспирационной системы от отложений древесной пыли.

Практическая ценность исследований

Разработана система технических средств для очистки внутренних поверхностей циклонов и спроектирована автоматизированная система контроля за состоянием внутренних поверхностей циклонов от налипающих частиц мелкодисперсной древесной пыли и управления технологическим и автоматизированным процессом их очистки.

Результаты работы внедрены и прошли производственное испытание на циклонах в деревообрабатывающем, лесопильном, мебельном производстве. Были подтверждены работоспособность, эффективность, современность и своевременность разработанной системы. Разработанная система очистки циклонов от налипающих частиц мелкодисперсной пыли, улучшает качество работы аспирационной системы за счет контроля толщины накапливаемого слоя на внутренних поверхностях и его своевременного удаления. Система показала, что ее эффективное использование улучшает условия труда персонала, за счет своевременной очитки внутренних стен циклона не происходит вторичного захвата пылевых частиц, что сказывается на качестве очищенного воздуха, и помогает сократить число работающих, в чью компетенцию входит очистка циклонов на деревообрабатывающих и мебельных предприятиях.

Апробация результатов работы

По результатам исследований были сделаны доклады и получено одобрение на следующих конференциях: IV Международный евразийский симпозиум Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века, Екатеринбург, сентябрь, 2009 год. Международный симпозиум Инженерная экология, Москва, декабрь 2009 год.

По материалам диссертации опубликовано 12 статей, из них 5 в сборниках рекомендованных ВАК.

На защиту выносятся

Результаты теоретического анализа современных аспирационных систем и процессов, протекающих в их элементах, относящиеся к задачам контроля и автоматизации.

Результаты разработки инженерных методов, математических моделей объекта контроля, управления и корректировки в подсистемах автоматизации процесса очистки внутренних поверхностей циклона от мелкодисперсной пыли на мебельных и деревообрабатывающих предприятиях

Обоснованные и отлаженные алгоритмы управления техническим процессом очистки систем аспирации в деревопереработке.

Результаты определения системы автоматического контроля и управления процессом очистки внутренних поверхностей циклона от налипших частиц мелкодисперсной древесной пыли.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация содержит введение, 4 главы, общие выводы, список использованных источников (102 назв.), приложения. Общий объем диссертации — 114 стр.

Основное содержание диссертационной работы

Во Введении формулируются цели и задачи исследования, обосновывается актуальность и степень новизны работы, а также производится краткий обзор сфер и приоритетных направлений практического применения результатов и формы апробации материалов диссертации.

Глава Первая. В первом параграфе рассмотрен фракционный состав пыли, зависимость нарастающего суммарного массового содержания фракций смеси, полученного при шлифовании и пилении. Установлено, что древесную пыль следует отнести к мелкодисперсной пыли и она содержит особо опасные для здоровья людей частицы размером до 10 мкм в количестве до 0,43%.[Ведерников В.Б., Грачев Ю.Г., Глебов И.Т., Ветошкин А.Г.]

Второй параграф описывает обзор особенностей разработки физической модели процесса загрязнения воздуха деревообрабатывающих и мебельных производств и необходимости очистки воздуха рабочей зоны. [Воскресенский В. Е., Беспалов В.И., Мещеряков С.В.]

Третий параграф диссертационной работы описывает индивидуальные и характерные черты газопылевых потоков. По итогам литературного обзора был сделан вывод, что пылегазовый выброс представляется системой с явно выраженной внутренней динамикой, которая пропорционально усложняется с усложнением самого состава пылегазовой смеси. [Бретшнайдер С., Ватин Н.И., Василевский М.В.,] В зависимости от природы твердых частиц выбросов, они нередко вступают в физико-химические взаимодействия с парогазовыми и жидкими компонентами, что, в частности, и используется для очистки газовых смесей. [Ватин Н.И., Грачев Ю.Г.] Были выяснены негативные свойства выбросов, их токсичность, мутагенность, канцерогенность, общее влияние на состояние здоровья и микрофлоры цеха. [Дерягин Б.В.] Выяснено что частицы пылегазового потока в процессе своего образования и движения приобретают положительный или отрицательный электрический заряд — «трибозаряд», определенным образом влияющий на динамику процесса осаждения (а также на пожароопасность производства).[Дуйшенов Э.Д., Зимон А.Д.]

Немаловажным фактором при формировании выбросов является коагуляция — слипание частиц в силу множества различных влияний. [Нейков О.Д., Дерягин Б.В.] Древесная пыль, независимо от размерных фракций, относится к сильнослипающимся видам пыли, входящей в группу слипаемости IV. [Коузов П.А.]

В четвертом параграфе первой главы описываются способы, достоинства и недостатки методов очистки воздуха от газопылевых потоков. Выделяем главный элемент аспирационной системы циклон, как один из важнейших элементов очистки воздуха. В циклон попадает самое большое количество пыли разного дисперсного состава, часть которого осаждается на внутренних поверхностях, очистить которые является очень сложной и трудоемкой задачей.[Ватин Н.И.] Рассматриваем явление «релаксации», происходящие в циклонах — переход системы в равновесное состояния из неравновесного. Одним из разновидностей является — «седиментация», осаждение частиц древесной пыли под действием силы тяжести. Через преобразование Лапласа получим передаточную функцию скорости частицы древесной пыли относительно скорости газопылевого потока:

(1)

где р — оператор Лапласа, 1/с. Wгп— скорость газового потока, м/с. р — время релаксации частицы, с:

Через зависимость скорости пылегазового потока в аспирационной системе определяем «ламинарный» и «турбулентный» режим движения. И записываем их через число Рейнольдса:

, (2)

где Wп — скорость потока, м/с, d — характерный диаметр, м, vс — кинематический коэффициент вязкости среды, м2/с.

В результате интегрирования и необходимых подстановок получаем выражение для степени осаждения частиц:

, (3)

где lT длина пути частицы пыли, пройденная вместе с пылегазовым потоком за время Т, м, Wcp — средняя скорость пылегазового потока, м/с, Н’ — расстояние от нижней границы пылегазового потока до уровня, от которого начинается осаждение частиц древесной пыли, м.

В пятом параграфе были определены формулы для расчета потерь на трение в переходном и турбулентном движении частиц в пылеосадительных камерах, с учетом шероховатости пылевых частиц и внутренних стен циклона.

(4)

где Ртр — сопротивление трения между частицами древесной пыли и стенками аспирационной системы, мПа, — гидравлический коэффициент трения, I — длина участка, на котором происходит трение частиц со стенками аспирационной системы, м, рг — плотность газопылевого потока, кг/м3, Wrп — скорость газопылевого потока, м/с, Dэ — эквивалентный диаметр канала, м.

Вывод по первой главе: из-за непрерывного нарастания слоя сложно удаляемых отложений и их уплотнения на стенках циклона, снижается качество очистки, возникает возможность вторичного захвата частиц пыли из газопылевого потока, ухудшается аэродинамика, повышается пожаро- и взрывоопасность.[Коузов П.Л., Саранчук В.И.]

Вторая глава диссертационной работы рассматривает циклон как объект автоматизации. Первый параграф рассматривает технические характеристики циклонов применяемых в деревообрабатывающей промышленности и процессам образования отложений на внутренних стенках циклонов. После описания схемы работы циклона, и свойств пылегазового потока в турбулентной среде делаем вывод, что определенная доля частиц из пограничного слоя оседает на внутренней поверхности стенок циклона.

Второй параграф рассматривает коэффициент трения пылегазового потока с внутренней поверхностью циклона, и зависит от толщины отложений — при чистой поверхности коэффициент трения пылегазового потока минимален. C ростом толщины слоя отложений, коэффициент трения возрастает в несколько раз. [Нейков О.Д., Коузов П.Л.]

При анализе методов очистки внутренних стен циклона, останавливаем свой выбор на комбинированном способе, при котором колебания вибрации возникают за счет периодических ударов предопределенной частоты. Эффективность очистки может оказаться высокой, благодаря большей широте спектра ударных вибраций, однако существующие недостатки, специфические для ударного способа, в значительной мере могут сказаться и здесь.

В третьем параграфе второй главы диссертационной работы анализируем конструктивное устройство циклона УЦ, как объекта автоматизации, тем самым создаем схемы расчетных моделей циклона.

Расчетная модель циклона как объекта автоматизации процесса очистки воздуха от пылегазовых частиц, представленная в диссертационной работе состоит из основных параметров: А. Возмущения — параметры "среды", Б. Управления от "регулятора" при выборе варианта вибрационного способа очистки, В. Параметры контроля объекта, Г. Внутренние параметры объекта автоматизации. Qrп — объем газового (пылегазового) потока, м3/с, это переменная величина, меняет свое значение по ходу движения пылегазового потока — в связи с изменением параметров газа (давление, температура), конденсацией и потерями; Wrп — скорость газового потока, м/с, переменная величина, по ходу и по сечению так же в связи с изменением параметров газа (давление, температура), конденсацией и потерями (переменное сечение); zп — концентрация пыли, величина безразмерная, переменная по ходу газопылевого потока, снижается в процессе очистки; Pi — давление при входе в циклон, Па; Б)

Управление от параметра "регулятор", при выборе варианта вибрационного способа очистки: wB — собственная частота вибровозбудителя, 1/с; QB — вынуждающая сила, Н. Вынуждающая сила задается вибровозбудителем.

Анализируя процесс изменения толщины слоя отложений на внутренних стенках, можно сделать вывод, что это возрастающий процесс.

Перепад давления в циклоне связан с толщиной слоя отложений hs, и его неспешным постоянным ростом.

В четвертом параграфе второй главы был произведен расчет и вывод основных данных по характеристикам вибровозбудителя и его воздействия на циклон. В нашем случае, колебательная система включает в себя: возбудитель, циклон, амортизаторы подвески, на которых установлен циклон.

Рис.1. Схема движения газопылевых потоков в расчетной модели циклона

Параметры и структуры объекта приведены на рис.2.

Вынуждающая сила может быть определена из выражения:

(5)

где B — частота работы вибровозбудителя, 1/с; ав — амплитуда вибрации вибровозбудителя, м;

Рис.2. Составляющие параметры циклона, как объекта автоматизации

Если наложить уравнение 5 на условия жесткой конструкции циклона получаем дифференциальное уравнение:

(6)



Pages:   || 2 |
 





 
© 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.