WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 


Повышение эффективности рабочего процесса ва ­ куумного насоса доил ь ной установки за счет оп ­ тимизации его конструктивных и технологических пар а метров

На правах рукописи

Пяткин Дмитрий Борисович

Повышение эффективности рабочего процесса

ва­куумного насоса доильной установки за счет

оп­тимизации его конструктивных и

технологических параметров

Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург-Пушкин

2007

Работа выполнена в Великолукской государственной сельскохозяйствен­ной академии на кафедре «Механизация животноводства и применение электрической энергии в сельском хозяйстве»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Вагин Борис Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Керимов Мухтар Ахмиевич

кандидат технических наук, профессор

Хилков Николай Валентинович

Ведущая организация: ГНУ «Северо-Западный научно-

исследовательский институт

механизации и электрификации

сельского хозяйства»

Защита состоится «_24 »_апреля_2007 г. в _13 ч._30 мин. на заседании диссертационного совета Д 220.060.06 Санкт-Петербургского государственного аграрного университета по адресу: 196601, г. Санкт-Петербург-Пушкин, Петербургское шоссе, д.2, СПбГАУ, ауд. 2.719

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета

Автореферат разослан «_19_»___марта___2007 года

Автореферат размещен на сайте http://spbgau.spb.ru/disser/news.shtml

«___» ___марта__ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Сковородин В.Я.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Важным фактором при повышении эффективности работы доиль­ных машин и технологии доения в це­лом является поддержание постоян­ства ваку­умного режима в технологических линиях доильных установок различных мо­дификаций. Анализ научных работ отечественных и зару­бежных исследовате­лей показал, что в результате несоблюдения заданных параметров вакуумного режима в молочных линиях возрастает количество заболеваний коров масти­том, нарушается ра­бота аппаратов и других узлов доильных установок, снижа­ется производительность труда операторов и продуктив­ность животных. Ра­бота доильных аппаратов без нарушения нормальных физио­логических процессов у жи­вотных возможна только при определенном раз­режении, характерном для каждого из них. Согласно ус­тановленным зоо­техническим нормам, ве­личина разрежения в доильном аппарате должна находиться в пределах 42…53 кПа, колебания вакуум­метриче­ского давления в любой точке вакуум­провода не более 3 кПа.

Стабильность и величина рабочего разрежения, требуемый расход воздуха для работы современных доильных установок определяется рабо­чими параметрами вакуумного насоса и, в первую очередь, его объемной производительностью.

Поэтому для поддержания необходимого вакуумного режима, а также повышения эффективности процесса доения воз­никла потребность в дальнейшем совершенствовании вакуумных насосов и улучшении показа­телей их работы.

Цель настоящего исследования - повышение эффективности ва­ку­умного насоса за счет совершенствования конструк­тивно-технологической схемы и оптимизации его параметров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

  • произвести анализ технических средств для создания разрежения в доильных установках;
  • обосновать наиболее перспективную и рациональную конструктивно-технологическую схему насоса, применительно к насосным станциям современных доильных установок;
  • выявить оптимальные параметры и режимы работы вакуумного насоса;
  • установить основные теоретические зависимости для определения режимных и конструктивных параметров;
  • провести экспериментальные исследования для изучения комплексного влияния основных факторов на выходные параметры
  • дать технико-экономическую оценку процесса оптимизации конструктивно-технологических параметров насоса

Объект исследования - ротационный пластинчатый вакуумный на­сос доильной установки.

Предмет исследования - процесс работы ротационного вакуумного на­соса при различных конструктивно-технологических параметрах.

Методика исследования. В работе использованы аналитический, экс­периментальный и расчетно-конструктивный методы.

Аналитический метод включал изучение технологического про­цесса с применением методов аналогового моделирования, классической механики, термодинамики, системы программных средств ПК.

В экспериментальных исследованиях использовались методы физи­че­ского моделирования для проверки теоретических положений и выво­дов.

Результаты исследования обрабатывались с применением извест­ных ме­тодов математического анализа с использованием программных средств ПК.

Научная новизна. На основании аналитических исследований полу­чены расчетные зависимости для определения объемной подачи и по­требной мощности ротационного вакуумного насоса с учетом изменения коэффици­ента подачи и проводимости входного элемента. В результате исследований обосно­ваны основные конструктивные и режимные пара­метры вакуумного насоса и получены аналитические зависимости для оп­ределения степени влияния основ­ных факторов на показатели работы на­соса. Указаны пути уве­личения произво­дительности и снижения потреб­ной мощности привода си­ловых станций и обеспечения постоянства ваку­умного режима доильных ус­тановок. Построена математическая модель газодинамических процессов.





Практическую ценность представляют:

— Усовершенствованная методика расчета конструктивно-техноло­ги­ческих параметров ротационного вакуумного насоса;

— Математическая модель процесса откачки воздуха вакуумным на­со­сом;

— Результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы;

— Обоснованная конструктивно-технологическая схема вакуум­ного на­соса;

— Результаты энергетической и экономической оценки исследуе­мого объекта.

Реализация результатов исследований.

Разработанные методы расчета и определения конструктивных и тех­но­логических параметров исследуемого вакуумного насоса использу­ются в учеб­ном процессе кафедры при подготовке лабораторных работ по дисцип­лине «Механизация животноводства».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены, обсуж­дены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподаватель­ского со­става, аспирантов и научных сотрудников СПбГАУ, (г. Санкт-Пе­тербург-Пуш­кин), Великолукской ГСХА (г. Великие Луки) и дру­гих ВУ­Зов в 2003 – 2007 г.

Публикация.

По материалам исследований опубликовано три печатные ра­боты, одна из которых в журнале "Сельский механиза­тор".

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка ис­поль­зуемой литературы и приложений, изложенных на 144 страницах ма­шинопис­ного текста, в том числе 38 рисунков и 32 таблиц. Список исполь­зуемой лите­ратуры включает 116 наименований, в том числе 6 – на ино­странных языках. Имеются 22 приложения на 22 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, излагаются цель работы, ее краткая характеристика, новизна и значимость результатов для науки и практики.

В первой главе «Общая характеристика изучаемого вопроса» пред­ставлена краткая классификация вакуумных насосов, рассмотрены их ос­новные параметры и характеристики, выполнен анализ существующих схем вакуумных насосов, и анализ научных исследований по повышению эф­фектив­ности их работы, ставятся цель и задачи исследования.

Исследованию рабочего процесса ва­куумных насосов для создания методики расчета, обоснования конструктивных и технологи­ческих параметров, посвящены работы М.А. Ошерова, Б.С. Фотина, Ю.В. Пешти, В.И. Ардашева, П.В. Сидоренко, И.Н. Краснова, В.И. Квашенни­кова, Л.П. Карташова, Б.И. Королева, В.И. Кузнецова, Л.Н. Розанова, Е.С. Фролова, И.В. Автономова, С.Е. Захаренко, В.А. Румянцевой, А.Г. Голо­винцева, Б.В. Канторо­вича, В.Е. Лисичкина, В.И. Хлумского, Н.И. Мжель­ского, Н.А. Яковенко, А.И. Оберемченко, А.П. Гукова, И.Е. Волкова и дру­гих. В своих трудах учеными было отведено зна­чительное место принци­пам построения ва­куумных систем и их расчету, дано описание методов измерения потока разре­женных газов, а также даны рекомен­дации по при­менению насосов наиболее совершенной конструкции, по их пра­вильной эксплуатации и их прочностной расчет.





В результате анализа потенциальных возможностей методов и тех­ни­ческих средств создания разрежения установлено, что наиболее распро­стра­ненными и перспективными в настоящее время являются ротационные ваку­умные насосы пластинчатого типа. Насосы данного типа отличаются простотой конструкции и технического обслуживания, быстроходностью, хорошей уравно­вешенностью и плавностью работы. Между тем, широко известно, что боль­шинство этих машин недостаточно надежны в эксплуа­тации и зачастую работают с пониженной производительностью. К недос­таткам таких насосов можно отнести сравнительно низкий ме­ханический к.п.д., повышенную чувствительность к нарушению нормальных зазоров, несовершенность системы смазки, повышенный уровень шума, износ пла­стин из-за нагрева и трения.

Поэтому для поддержания необходимого вакуумного режима воз­никла потребность в дальнейшем совершенствовании пластинчатых ваку­умных насосов и улучшении показателей их работы.

Из всего сказанного следует, что в ходе исследований процесса соз­дания разрежения в современных доильных установках, разработок новых конструктивных схем и методик расчетов, остались нерешенными сле­дующие вопросы:

  • Необходима более обоснованная методика расчета вакуумных систем, описы­вающая все процессы, происходящие при ее работе и учиты­вающая все необходимые параметры;
  • Требуется дальнейшее изучение и совершенствование перспек­тивных конструктивно-технологических схем насосов.

В конце главы поставлена цель настоящего исследования и для ее решения определены основные задачи.

Во второй главе «Теоретическое исследование процесса создания разрежения вакуумным насосом» обоснованы предпосылки, положенные в основу исследований.

В главе изложены основные результаты теоретического исследова­ния влияния параметров воздухораспределения на механические и энерге­тические показатели. В качестве исследуемых факторов были вы­браны: площадь сечения впускных окон, форма впускных окон и частота вращения ротора насоса. За основные критерии оптимизации приняты: производительность, потребная мощность, разрежение в системе и коэф­фициент подачи насоса.

Расход сжатого воздуха зависит от формы и площади сечения впу­скного окна, однако здесь важна количественная сторона. Неверно вы­бранная фаза воздухораспределения, форма и сечение впуск­ных окон и патрубков отрицательно сказываются на рабочем процессе насоса, темпе­ратурном ре­жиме и избыточном давлении в выходном сечении насоса.

Основной характеристикой любого вакуумного насоса является его объ­емная производительность, которая зависит от коэффици­ента наполне­ния вса­сывающей камеры (по­дачи) и вычисляется по формуле

, (1)

где - коэффициент подачи насоса;

Vг – геометрическая производительность насоса, м3/ч.

Геометрическая производительность вакуумного насоса Vг зависит от конструктивных параметров и час­тоты вращения ротора. Ее можно оп­ределить из выражения

, (2)

где е – эксцентриситет насоса, м;

L – длина цилиндра, м;

D – диаметр цилиндра, м;

z – число пластин;

n – частота вращения ротора насоса, мин-1;

- толщина пластины, м.

Коэффициент наполнения (подачи) всасывающей камеры насоса за­висит от ее конструктивного исполнения и степени повыше­ния давления в выходном сечении. Согласно Н.И. Мжельскому его можно опреде­лить из уравне­ния среднего коэффициента подачи или по фор­муле

, (3)

где рн – давление нагнетания, кПа;

рвс. – давление всасывания, кПа;

K1=0,1 для машин малой производительности;

K1=0,05 для машин большой производительности.

В вакуумной технике, рассматривается не­сколько ре­жимов течения газа. В нашем случае состояние воздуха, определяемое критерием Кнуд­сена () соответствует низкому вакууму. Исходя из этого условия был рассмотрен вязкостный режим.

Основным параметром любого проводящего элемента вакуумной сис­темы является его проводимость U, зависящая от степени вакуума.

В первом случае, в качестве отверстия рассмотрен отрезок трубо­провода, при l 0,01d. Трубопровод расположен в стенке, разделяющей бесконечно большие объемы (рисунок 1 а).

Для данного случая на основании уравнения сохранения энергии получено окончательное выражение для определения проводимости Uо.вяз. в ус­ловных единицах массы Пам3/с

(4)

где Q – поток воздуха, м/с

p1 и p2 – давление воздуха до и после отверстия, Па;

n - показатель адиабаты (для воздуха n = 1,4);

A - площадь сечения отверстия м2;

R – универсальная газовая постоянная, R=8,31 кДж/(кмольК);

Т – температура воздуха, К.

Отношение (p2/p1) заранее неизвестно и расчет ведется методом по­следовательных приближений. При проектировочном рас­чете с большим запасом можно принять, в первом приближении, что Uо..вяз.=200А.

Рассмотрим второй случай истечения воздуха через впускное от­верстие между бесконечно большим и ограниченными объемами (рисунок 1б). Входной элемент в этом случае должен с точки зрения II закона тер­модинамики иметь одинаковую проводимость при течении воздуха в обоих направлениях. Проводимость отверстия определяется исходя из

. (5)

Вышеизложенная методика по определению проводимости впуск­ных отверстий вакуумных насосов, не учитывает их геометрическую форму.

Характер газодинамических процессов, происходящих при всасы­вании зависит не только от площади сечения впускного отверстия, но и от формы. Для этого ограничимся рас­смотрением впускного элемента ваку­умного насоса с круглым попе­речным сече­нием радиусом Rотв. и толщиной стенки l.

При стационарном потоке воздуха (м/с), образо­ван­ного на ра­диусе r прира­щением dr (рисунок 2) существует равновесие движущей силы называемой разностью давлений Fд1, а также силы внутреннего тре­ния Fтр.2.

На основании условия равновесия, где – ко­эффициент динамической вязкости (для воздуха ) можно вывести зависимость для определения проводимости данного эле­мента в следующем виде

. (6)

Впускной элемент вакуумного насоса можно отнести к короткому тру­бопроводу, длиной, где Re – число Рейнольдса. Проводи­мость такого элемента следует определять из выражения

. (7)

Проводимость некруглых элементов, сечение которых отличается от круглого, определяют по эмпирическим зависимостям.

Для элементов прямоугольного сечения, где стороны a b; сечения с равносторонним треугольником и эллиптического сечения можно запи­сать соответственно

, (8);, (9)

, (10)

где а и b - стороны прямоугольника, треугольника, меньшая и большая оси эллипса, м;

– эмпирический коэффициент, зависящий от a/b.

В ходе дальнейших теоретических исследований были получены выражения, по определению коэффициента подачи и производительности насоса в зависимости от проводимости впускного элемента

, (11);, (12)

где p1 – давление в доильном аппарате, кПа.

Для более детального изучения процессов воздухораспределения, введена промежуточная величина, характеризующая степень наполнения воздухом ячейки, ограниченной двумя соседними пластинами - коэффици­ент заполнения.

Данный параметр можно выразить, учитывая молярный объем из уравнения Ван-дер-Ваальса. Для сжатого воздуха с учетом содержания мелкодисперсной масляной пыли и углекислого газа значение коэффици­ента можно записать как

, (13)

где V - общий объем (объем межпластинчатой камеры), м3;

- число молей воздуха, кмоль;

b - наименьший объем до которого можно сжать газ (постоянная Ван-дер-Ваальса), см3/кг.

Число молей воздуха можно также выразить из уравнения Кла­пейрона.

Давление воздуха в ячейке в зависимости от угла поворота ротора pя можно определить из выражения

, (14)

где рсж. – давление газа в начале сжатия, принимается равным дав­лению вса­сывания, Па;

Sяч.max – максимальная площадь ячейки, м2;

Sяч. – площадь ячейки при угле поворота, м2;

S – отклонение площади (поправка);

– показатель политропы.

Максимальная площадь ячейки Fяч.max насоса УВД10.000 с танген­циаль­ным расположе­нием пластин определяется из условия

, (15)

где – текущий радиус вектор, м;

– угол поворота ротора, град;

– угол между двумя соседними

пластинами, рад;

r – радиус ротора, м.

Площадь Sн – поперечного сечения ячейки с наклонными пласти­нами, ограниченная площадью фигуры С1B1B2C2 (рисунок 3).

, (16)

где.

Площадь поперечного сечения ячейки F при угле поворота ротора может быть определена по формуле

, (17)

где - относительный эксцентриситет, м.

Максимальный объем ячейки (м3), ограниченной двумя пластинами найдем по формуле

. (18)

Быстроту действия вакуумного насоса можно также определить как

. (19)

Согласно выражениям (13), (18) и (19), можно получить зави­симость, свя­зывающую быстроту действия и коэффициент заполнения межпластинчатой камеры

. (20)

Из анализа полученных зависимостей видно, что эффективное функционирование ротационных ваку­умных насосов доильных установок, их динамика и энерге­тические показатели во многом зависят от парамет­ров и режимов воздухорас­пределения, в частности, от формы и сечения впускных окон.

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.


 


Похожие работы:

«ПАХОМОВ Александр Иванович МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ДИАГНОСТИКИ ИЗОЛЯЦИИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук...»

«ВАСИЛЬЕВ НИКОЛАЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СЕТИ 0,38 кВ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ НЕЛИНЕЙНОСТЬЮ ТЕПЛИЧНЫХ ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК, ПУТЕМ МОДЕРНИЗАЦИИ ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2008 Работа выполнена на кафедре электротехники и электроснабжения в Федеральном государственном...»

«КОЗЛОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ВИБРАЦИОННОГО ТИПА Специальность 05.20.01. – Технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Красноярск – 2012 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет Научный руководитель доктор технических наук, доцент Вишняков Андрей Анатольевич Официальные...»

«МАЛАХОВ Константин Сергеевич ТЕХНОЛОГИЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО...»

«Красильников Евгений Владимирович ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ВЫСЕВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ РАВНОМЕРНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР Специальность 05.20.01 – технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Омск 2009 Работа выполнена на в Сибирском научно-исследовательском институте сельского хозяйства а период с 2004 до 2009 гг....»

«Камышов Юрий Николаевич ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНых ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ДИСМЕМБРАТОРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКИХ КОРМОВых смесей Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2012 Работа выполнена на кафедре Сельскохозяйственное машиностроение ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (АлтГТУ)

«РЯЗАНОВ НИКОЛАЙ АНАТОЛЬЕВИЧ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС И ИНТЕНСИФИКАТОР ОСНОВНОГО ЭЛЕВАТОРА КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН Специальность: 05.20.01 – технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Рязань - 2012 Работа выполнена на кафедре Технической эксплуатации транспорта федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования...»

«Вторый Сергей Валерьевич ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫРАЩИВАНИЯ МОЛОДНЯКА КРС ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ИНДИВИДУАЛЬНОГО НОРМИРОВАНИЯ КОНЦЕНТРАТОВ Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург -2007 Работа выполнена в Государственном научном учреждении Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и...»

«КУЗЬМИН МСТИСЛАВ ВИТАЛЬЕВИЧ НЕТРАДИЦИОННЫЕ РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ДЛЯ ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА Специальность: 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2009 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Российский государственный аграрный заочный университет. Научный консультант: доктор технических...»

«КОРОТКИЙ Олег Александрович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СИЛОСОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СИЛОСОВ, ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЫПУЧИХ ГРУЗОВ. РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ САПР ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПО МАССЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СИЛОСОВ Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства Специальность _ - _ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук...»

«КОСТЮКОВ Александр Юрьевич ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГИЛЬЗ ЦИЛИНДРОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ В МАТРИЦЕ Специальность 05.20.03 – Технология и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2006 Работа выполнена в Государственном...»

«ФИЛИППОВ АНТОН ОЛЕГОВИЧ СНИЖЕНИ Е ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКИХ СЕТЯХ 0,38 кВ С ПОМОЩЬЮ ТРАНСФОРМАТОРНО ГО СИММЕТРИРУЮЩЕ ГО УСТРОЙСТВ А Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – Пушкин 2010 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный аграрный университет Научный...»

«Максимов Николай Михайлович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУШКИ СЕМЯН РАПСА ПУТЁМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БУНКЕРА АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Великолукская...»

«ЧАЛЕНКО Владислав В адимович ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ МАШИН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОВ АРБУЗА Специальности: 06.01.09 –растениеводство, 05.20.01- технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук Астрахань - 2007 Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский...»

«ОХОТНИКОВ Борис Лазаревич ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА КАРТОФЕЛЯ В ЗОНЕ УРАЛА ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ РЕСУРСОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Челябинск – 2009 Работа выполнена на кафедрах Эксплуатация машинно-тракторного парка федеральных общеобразовательных...»

«Новоселов Иван Михайлович РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СВЕТОДИОДНОГО ОСВЕЩЕНИЯ ПТИЧНИКА ПРОМЫШЛЕННОГО СТАДА КУР-НЕСУШЕК Специальность 05.20.02 – электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ижевск 2011 Работа выполнена на кафедре Электроснабжение Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования...»

«Гурин тимофей юрьевич повышение долговечности форсунок авто тракторных дизелей модернизацией распылителей Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск 2010 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Омский государственный аграрный университет (ФГОУ ВПО ОмГАУ) на кафедре...»

«АЛЕКСАНДРОВ ИГОРЬ ЮРЬЕВИЧ Обоснование Конструктивн ых параметров УСТАНОВКИ для ВЫВЕДЕНИЯ кормовых ФО С ФОЛИПИДОВ ИЗ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск 2009 Работа выполнена на кафедре Механизация животноводства Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Алтайский...»

«Кобко Антон Анатольевич РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЕВ И МЕТОДИКИ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПАХОТНОГО АГРЕГАТА НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ ЕГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЗОНЫ РФ Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2007 Работа выполнена в Государственном научном учреждении...»

«БАРАНОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ Совершенствование методов расчета и обнаружения несимметричных аварийных режимов электрических сетей класса 10 кВ Специальность 05.20.02 – электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата...»







Загрузка...



 
2014 www.avtoreferat.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты диссертаций»

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.