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

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:
технических наук, профессор
Часовских
Официальные оппоненты:
Виктор
Петрович
доктор
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-Петербу́ргский госуда́рственный лесотехни́ческий университе́т им.
С. М. Ки́рова».
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
2
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
3
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.
4
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.
5
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 физикохимические 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
6
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:
V ч( р )
(1)
1


,
W
р( р)
W
г( р)
1  Р
где р — оператор Лапласа, 1/с. W г п — скорость газового потока, м/с. τр
— время релаксации частицы, с:
Через зависимость скорости пылегазового потока в аспирационной
системе определяем «ламинарный» и «турбулентный» режим движения. И
записываем их через число Рейнольдса:
W d
(2)
Re  п ,
Vс
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:
V
(3)
  sч  Hl ,
W
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.
W

(4)

,
Р    I
2
g
Dэ
где ∆Ртр — сопротивление трения между частицами древесной пыли и
стенками аспирационной системы, мПа, λ — 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.]
T
l
s
cр
2
r
r
ТЗ
7
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.
8
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.
WГ Р2
Диафрагма
WГ Р1
Вибратор
P
’
ωв
ав
1
hs
CП
Амортизаторы
φ
Амортизаторы
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:
QВ (t )  a В cos  В t,
(5)
где ωB — частота работы вибровозбудителя, 1/с; ав — амплитуда
вибрации вибровозбудителя, м;
Объект
Z
«Среда»
P2
P’1
Wrп
П
А
К
Р
О
А
Н
М
Т
Е
Р
Т
О
Р
Л
Ы
Я
Ms
P1
P1
Wц
Qв
ζ1
Aв
Вибратор
wв
ζ2
hs
Рис.2. Составляющие параметры циклона, как объекта автоматизации
Если наложить уравнение 5 на условия жесткой конструкции циклона
получаем дифференциальное уравнение:
(mц  M s )d 2 X
dt 2

fdX
 C П X  Q В (t ),
dt
(6)
где mц — масса циклона под воздействием вибрации, кг; Ms —
суммарная масса пылевых отложений на стенках циклона, кг; X —
перемещение циклона при вибрации, м (определяется для одной точки, более
подверженной перемещению); f — коэффициент сил в неравновесной
открытой системе, Н*с/м; Сп — коэффициент жесткости подвески, Н/м.
9
Преобразованием Лапласа получаем передаточную функцию
перемещения циклона относительно вынуждающей силы, при вибрационном
воздействии:
W
( р) 
ц
kц
X ( p)
 2
,
QВ ( р) В ц  p 2  2 ц Вц р  1
(7)
где kц — коэффициент передаточной функции, м/Н,
Для получения характеристики частоты колебаний, произведем замену
в (7) оператор Лапласа на jω:
W
ц
( j ) 
kц
X ( j )

,
QВ ( j ) 2 ц Вц j  В 2 ц   2  1
(8)
Методом характерного подбора жесткости подвески (коэффициента
жесткости
подвески)
и
оптимальной
величиной
регулирования
вибровозбудителя, можно обеспечить эффективный рабочий диапазон частот.
Математическая модель организации работ по очистке внутренних
поверхностей циклона от мелкодисперсных отложений древесной пыли
выглядит следующим образом.
Суммарное время, затраченное на процесс очистки внутренних стен от
слоя налипшей пыли определяется как:
n
T   Ti
i 1
где
n
T
i 1
i
под
-
суммарное
под
n
  Ti ,
о
(9)
i 1
время
подбора
колебательной системы вибровозбудителя;
n
T
i 1
резонансной
о
частоты
- суммарное время
i
последовательного сравнения значений и уменьшение Ав; п - количество
проверок сравнительных записей значения резонансной частоты.
Суммарное время подбора резонансной частоты колебательной
системы вибровозбудителя можно записать:
n
Tпод  1 (hs1 )  2 (hs1 , hs 2 )  ...  n (hs1 ,....., hsn )  i (hs1 ,....., hsn ),
i 1
Время, затраченное на процесс очистки внутренних стен от слоя
налипшей пыли, можно записать:
n
n
i 1
i 1
Tоч   fi (ti )   i (hsi ),
(10)
С изменением интенсивности налипания мелкодисперсных частиц на
внутренних поверхностях циклона hs1 и интенсивности очистки μ1 изменится
и время очистки.
Так как очистка внутренних поверхностей с интенсивностью μi, в
каждой предыдущей фазе является одновременно входящими данными, то hsi,
для каждой последующей фазы и время пребывания на ней будут
последовательно:
10
n
T  1 [hs1; f1 (t1 )]   2 [hs 2 ; f 2 (t2 )]  ...   n [hsn ; f n (tn )]   i [hsi ; f i (ti )],
i 1
На основании вышеизложенной математической модели разработан
алгоритм для организации работы автоматизированной очистки внутренних
поверхностей элементов аспирационной системы.
Вывод по второй главе: процесс автоматизации управления очистки
циклонов необходимо автоматизировать на основе точного расчета методов,
алгоритмов и средств автоматизации. Необходим точный анализ и выбор
параметров влияющих на качество очистки внутренних стен от осадка.
Третья глава диссертационной работы целиком посвящена
обоснованию алгоритма управления процессом очистки внутренних стен
циклона в деревообрабатывающей промышленности.
Первый параграф рассматривает недостатки вибрационного
воздействия на циклон: шум, повышенный износ деталей, это относится не
только к деталям и узлам имеющих отношение к очистке, но и к узлам и
деталям не имеющих прямого отношения к основным функциям циклона
[Кудряшов В.В., Журавлев В.П.]. Анализ данных недостатков и способов их
устранения были учтены при составлении конструкции системы управления,
которая приведена на рис. 3.
Во втором параграфе приводится блок-схема и описание операторов
алгоритма работы вибровозбудителя рис.4.
Операторы алгоритма: По завершении очистки стенок циклона от
внутренних отложений мелкодисперсной пыли (hs= 0):
В третьем параграфе разрабатывается алгоритм управления
процессом очистки внутренних стен циклона. Описывается необходимость
скорректировать поставленные задачи так чтобы осуществлять включение
привода вибровозбудителя циклона до полной очистки внутренних стен от
отложений. При этом важно соблюдать минимальную амплитуду,
максимально эффективно обеспечивающей процесс очистки.
Вибровозбудитель
Управление
ωв Qв
Циклон
Датчики
Сигналы
Р1 Р2
Установки
гв ωв
Пуск
Сигналы
Пуск ωв ав
Приводы
Регулятор
Рис.3. Структура конструкции системы управления
Основные задачи системы управления: Бесперебойная работа привода
вибровозбудителя до выполнения условия 0 ≥ hs < hk. Обеспечение
резонансной частоты.
Обеспечение на одном уровне минимально эффективной амплитуды вибраций.
11
В четвертом параграфе - разработка блок-схемы алгоритма
управления вибровозбудителем показана на рис.5.
В пятом параграфе разрабатывается и описывается подалгоритм
поиска резонансной частоты. Основные операторы:
1. Пуск системы поиска резонансной частоты колебательной системы
вибровозбудителя. Происходит запуск системы, начинается отбор
оптимального значения резонансной частоты.
2. Предустановка: Замер и установка, которая производится сразу при
запуске системы значений начальной амплитуды вибровозбудителя.
3. Цикл — Функционирование цикла при условии повторение
последовательности работы операторов 4 ... 7, до получения экстремума
процесса. При экстремуме, амплитуда вибровозбудителя с изменением
частоты уже не меняет своего показателя (при этом приращение ∆ = 0).
Пуск системы
1. Работа системы аспирации, циклона
да
нет
2. Контроль над выполнением
условия hs < hk
3. Включение привода вибровозбудителя
4. Работа вибровозбудителя
6. Остановка привода вибровозбудителя
нет
да
5. Контроль над выполнением
условия 0 ≥ hs < hk
Рис.4. Блок-схема алгоритма процесса работы вибровозбудителя
1. Вычисление и установка аmin,
ωmin
2. Пуск системы
3. Поиск резонанса
7. Увеличить ав
да
нет
4. Выравнивание по условию ωв =
ωч
5. Остановка работы
нет
да
6. Условие: Методом
последовательного сравнения
значений, уменьшение Ав
Рис.5. Общий алгоритм системы управления вибровозбудителем на циклон
Операторы в цикле 3:
1. Производим увеличение индекса счета на одну единицу. i + 1.
2. Производим увеличение частоты вибрации (приращение):ωв = ωв + δ.
3. Запись в памяти программы величины значения Ав и замер нового
значения.
12
4. Производим
сравнение
полученного
значения
амплитуды
вибровозбудителя с предшествовавшим значением, по уравнению:∆=Аi – Ai-1
5. Выход из цикла.
При анализе алгоритмов в шестом параграфе третьей главы мы
уделяем особое внимание значением предустановок и выбора величины
амплитуды вибровозбудителя.
Вывод по третьей главе выделяет три уровня автоматического
управления процессом очистки внутренних стен циклонов от древесных
мелкодисперсных пылевых отложений. Первый уровень - импульсная
система пуска вибровозбудителя. Второй уровень — подсистема
автоматического оптимизирования режима, выбора амплитуды вибрации.
Третий уровень — подсистема поиска частоты резонанса вибрации.
Четвертая глава диссертации описывает все необходимые
контролируемые параметры и градуировочные характеристики системы.
В первом параграфе выявляем, рассматриваем и обосновываем
контролируемые параметры системы, к ним относятся: основной параметр
требующего непосредственного и первоочередного контроля является
толщина отложений на внутренних стенках циклона мелкодисперсной пыли hs.
При использовании основного параметра толщины отложений на
внутренних стенках циклона в качестве основной контролируемой величины,
выявляется ряд трудностей, основными из них будут: широкий диапазон
температур внутри циклона (при внедрении автоматизированной системы
очистки на ООО «Завод оконных конструкций» температура внутри циклона
была зафиксирована в диапазоне 670С), давления (2,3-105 Па), скорости (25,0
м/с),
неравномерное распределение толщины слоя мелкодисперсной
древесной пыли hs по высоте корпуса циклона и окружности, неравномерная
плотность слоя мелкодисперсной древесной пыли по глубине.
Анализируем возможные методы измерения и обосновываем наиболее
эффективные способы измерения, такие как: гидро-газодинамический метод,
метод, основанный на определении накопленной массы отложений по
резонансной частоте механических колебаний циклона, радиоизотопный
метод.
Во втором параграфе обосновываем правильность выбора метода
исследований. Принцип радиоизотопного метода предполагает собой
поглощение или отражение исследуемым объектом γ - излучения.
Для измерения толщины отложений на внутренних стенках циклона,
необходимо знать значения двух основополагающих взаимодействия кванта с
электроном.
Первое - фотоэлектрический эффект. Второе - процесс образования
пары электрон-позитрон. При применении метода рассеянного γ-излучения
возможно значительное, повышение точности измерений за счет коллимации
луча и выделения определенного спектра излучения. Толщина слоя h
определяется:
13


 k 
h
 ln SEY  I 4 p  R 2 I ; ,

 p 

(11)
где k — коэффициент поправки по влиянию внутренних стен циклона,
и неполную коллимацию γ-излучения и т.п.,
μ — массовый коэффициент ослабления излучения, м2/кг. p —
плотность материала отложений, кг/м3. S — количество γ - квантов,
испускаемых источником в единицу времени. I — количество
регистрируемых γ-квантов. Еγ — энергия γ -кванта, Дж. R — расстояние
источник-детектор излучения, м.
Приведены экспериментальные зависимости результатов измерений от
плотности материала, которые показали что приборы, которые работают на
принципе радиоизотопных методов, располагает к наиболее подробным и
точным ответам на вопросы интерпретации результатов контроля и
корректировки метрологических данных аппаратуры.
В третьем параграфе описаны специфические особенности
радиоизотопных методов.
В четвертом параграфе рассчитаны градуировочные характеристики
радиоизотопных толщиномеров.
Зависимость средней частоты импульсов от толщины слоя
мелкодисперсной пыли на внутренних стенках циклона, можно выразить
уравнением:
nср  n0  (nП  n0 )1  exp  1  2 X 
(12)
,
где п0 — средняя частота импульсов после дискриминатора при
отсутствии пристеночных отложений мелкодисперсной пыли, 1/с, пп —
средняя частота импульсов после дискриминатора при сплошном слое
отложений мелкодисперсной пыли, цельным полотном, покрывшим
внутренние стенки циклона, 1/с,
μ1—коэффициент ослабления
возбуждающего излучения в слое отложений мелкодисперсной пыли, м2/кг,
μ2 —коэффициент ослабления характеристического излучения в слое
отложений мелкодисперсной пыли, м2/кг,
X
— толщина слоя
мелкодисперсной пыли, м.
Преобразуя формулу 12 имеем:
nср  nП  А  [1  exp   a  X ]
(13)
,
где А — коэффициент средней частоты импульсов после
дискриминатора, 1/с.
В пятом параграфе производим сглаживание математических данных
градуировочных характеристик системы.
В заключительном, шестом параграфе четвертой главы, описывается
автоматизированная работа основного исполнительного механизма системы.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Рассмотрена динамика процессов, происходящих в системах
аспирации, анализ процессов очистки пылегазового потока в циклонах,
14
используемых на деревообрабатывающих предприятиях.
2. Описаны и обоснованы вопросы 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.
3. Рассмотрены и описаны возможные способы очистки циклонов от слоя
отложений на внутренней поверхности стен.
4. Разработан алгоритм, обеспечивающий оптимальное управление
выбранным способом очистки внутренних поверхностей циклона от слоя
отложений мелкодисперсной пыли.
5. Внедрены в практику деревообработки автоматизированной установки
по очистке внутренних поверхностей циклона от древесной пыли.
6. Разработано автоматизированное устройство которое прошло ряд
испытаний на деревообрабатывающих предприятиях в течении 1500 часов
беспрерывной работы, и было рекомендовано к внедрению на предприятиях
использующих циклоны в аспирационных системах.
7. Определены рабочие параметры внутри циклона, при средней рабочей
температуре 670С, давление (2,3-105 Па), скорость (25,0 м/с), неравномерное
распределение толщины слоя мелкодисперсной древесной пыли (hср=4,3 мм)
по высоте корпуса циклона и окружности, динамическое усиление
вибровозбудителя 3,2 кН на частоте 20,08 Гц.
В приложениях диссертационной работы приведены акты внедрения
и экспериментальные фотографии с графиками линейной зависимости
температур, давления и слоя отложений на внутренних стенках.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:
1. Малюшова
Е.В*.
Гамрекели
М.Н.
Условия
эффективного
обеспыливания воздуха рабочих зон деревообрабатывающих производств// IV
Международный евразийский симпозиум Деревообработка: технологии,
оборудование, менеджмент XXI века. Екатеринбург, 2009 г.
2. Малюшова Е.В*. Гамрекели М.Н. Состояние запыленности рабочих
помещений деревообрабатывающих и мебельных предприятий Свердловской
области//Международный симпозиум Инженерная экология, Москва, 2009 г.
3. Малюшова Е.В*. Помыткина Л.Ю. Часовских В.П. Автоматизация
аспирационных сетей на деревообрабатывающих предприятиях// Сборник
материалов VI Всероссийской научно-технической конференции студентов и
аспирантов «Научное творчество молодежи – лесному комплексу России»,
Екатеринбург, 2010 г.
4. Малюшова Е.В*. Помыткина Л.Ю. Часовских В.П. Преимущества
автоматизации расчета аспирационных сетей, от проекта до внедрения, на
деревообрабатывающих предприятиях//Сборник материалов VI Всероссийской
научно-технической конференции студентов и аспирантов «Научное творчество
молодежи – лесному комплексу России», Екатеринбург, 2010 г.
15
5. Малюшова Е.В*. Помыткина Л.Ю. Часовских В.П. Автоматизация
аспирационных сетей на деревообрабатывающих предприятиях// Сборник
материалов VI Всероссийской научно-технической конференции студентов и
аспирантов «Научное творчество молодежи – лесному комплексу России»,
Екатеринбург, 2010 г.
6. Басова Е. В., Часовских В. П., Анализ способов очистки внутренних
стен циклона от отложений частиц древесной пыли//VI Международный
евразийский симпозиум «Деревообработка: технологии, оборудование,
менеджмент XXI века», 2011 г.
7. Басова Е. В., Часовских В. П., Разработка алгоритма управления
процессом вибрационной очистки внутренних стен циклона//VI Международный
евразийский симпозиум «Деревообработка: технологии, оборудование,
менеджмент XXI века», 2011 г.
Публикации в журналах рекомендованных ВАК
8. Басова Е.В. Часовских В.П. «Обоснование, алгоритм и управление
процессом очистки внутренних стен циклонов в деревообработке»//Вестник
Московского государственного университета леса - Лесной вестник. №2,
Москва, 2012г.
9. Басова Е.В.
Часовских В.П. «Градуировочные характеристики
радиоизотопных толщиномеров автоматизированной системы очистки
внутренних стен циклона от отложений мелкодисперсной древесной пыли»//
Вестник Красноярского государственного аграрного университета. Красноярск,
№1, 2012 г.
10. Басова Е.В. Часовских В.П. «Контролируемые параметры системы
очистки внутренних стен циклона от отложений мелкодисперсной древесной
пыли»
//
Вестник
Красноярского
государственного
аграрного
университета. Красноярск, №3, 2012 г.
11. Басова Е.В.
Часовских В.П. «Использование радиоизотопных
толщиномеров для определения толщины пристеночных отложений на
внутренних стенках циклона»//Фундаментальные исследования-М.№12, 2011 г.
12. Басова Е.В.
Часовских В.П. «Параметры и градуировочные
характеристики радиоизотопных толщиномеров в системе очистки от отложений
на внутренних стенках циклона» // Фундаментальные исследования - М. №3,
2012 г.
___________
*-изменение фамилии в связи с регистрацией брака, св-во о заключении брака № II-АИ 559654, от
30.04.2010 г.
Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью
организации, просим направлять по адресу: 620100, г. Екатеринбург, Сибирский
тракт, 37. УГЛТУ, ученому секретарю диссертационного совета.
Подп. в печать 16.04.2012 Объем 1 п.л. Заказ №
Тираж 100
Уральский государственный лесотехнический университет,
620100,Екатеринбург, Сибирский тракт, 37. Отдел оперативной полиграфии.
16