Введение к работе
Актуальность темы. В исследовании динамических процессов оборудования производства целлюлозы, преимущественное развитие получили вибрационные методы. Опыт применения вибрационных методов исследования динамических нагрузок выявил необходимость учета таких переменных факторов процесса загрузки сырья, как давление концентрации суспензии «щепа – щелок», температура, образование и разрушение в питателях и трубопроводах пробок технологической щепы, процессы выравнивания давлений при перезагрузке суспензии в роторных машинах. Исследование динамических нагрузок трактов загрузочной циркуляции варочных котлов и разработка методов их снижения способствует предотвращению отказов и повышению эффективности работы оборудования. Именно поэтому указанные задачи актуальны и современны.
Степень разработанности темы исследования. Исследование проблем гидродинамики волокнистых суспензий в ЦБП содержатся в работах И.Д. Кугушева, О.А. Терентьева, В.С. Курова. В работах этих авторов дан анализ физических представлений о распространении и затухании пульсации давления в гидравлическом оборудовании. Динамические характеристики гидроприводов, жидкостей в каналах гидросистем исследованы в работах С.В. Чаломея, В.И. Климова, А.В. Бывшева, Н. Освальда, И.Г. Каме-ля. В работах данных авторов исследованы процессы выравнивания давлений, динамической устойчивости трубопроводов, сжимаемости жидкостей и суспензий. Вопросами вибрации, виброзащиты и технологической диагностики технологических машин, трубопроводов, гидравлических приводов занимались ученые: А.А. Самарин, А.А. Санников, Т.В. Башта. В научных трудах этих авторов разработаны нормы вибрации, изложен общий подход к вопросам технической диагностики и виброзащиты машин и трубопроводов.
Цель работы. Повышение эффективности работы оборудования загрузочной циркуляции котлов на основе разработки и исследования моделей образования и методов снижения динамических нагрузок и вибрации, разработки методов динамического расчета оборудования.
Объектом исследования является оборудование загрузочной циркуляции котлов непрерывной варки целлюлозы.
Предмет исследования динамические нагрузки и вибрационные характеристики оборудования.
Научной новизной обладают.
1.Метод определения коэффициента перекрытия каналов ротора по циклограмме ПВД.
2.Теоретическое обоснование зависимости размеров дроссельных проточек (каналов) ПВД от конструктивных и технологических параметров ПВД при изотермическом сжатии суспензии.
3.Методика обоснования модели процесса коммутации суспензии «щепа-щелок» между ПВД и трубопроводом загрузочной циркуляции ВК при определении собственных частот колебаний суспензии в дроссельных каналах (проточках).
4.Теоретическое и экспериментальное обоснование зависимости деформации суспензии «щепа-щелок» в экспериментальной установке при варьировании факторов технологического процесса (времени, давления и жидкостного модуля) в трехфакторном эксперименте.
5.Методика определения мощности привода насоса высокого давления расходуемой на деформацию суспензии «щепа-щелок».
6.Устройство «Питатель высокого давления» для снижения динамических сил и вибрации. Новизна устройства подтверждена патентом 55374 Российской Федерации.
7. Устройство диспергирования суспензии «щепа-щелок» «Питатель высокого давления». Новизна устройства подтверждена патентом 66747 Российской Федерации.
Теоретическая и практическая значимость исследования.
Теоретическая значимость представленной работы заключается в математическом описании следующих методов: определения размеров дроссельных проточек (каналов ПВД); обоснования процесса коммутации суспензии между ПВД и трубопроводом загрузочной циркуляции; обоснования деформации суспензии в трехфакторном эксперименте; определения мощности привода насоса, расходуемой на деформацию суспензии в загрузочной циркуляции.
Практическая значимость данной работы заключается: в разработке алгоритмов расчта определяемых характеристик по указанным выше методам; разработке уточненного метода определения мощности привода насоса высокого давления; разработке и внедрении вибродемпфирующих опор трубопроводов; применение в учебном процессе бакалавров и магистров направления 15.03.02 «Технологические машины и оборудование» методического указания «Динамические силы в трактах загрузочной циркуляции котлов целлюлозного производства и аналогичного оборудования», подготовленного по материалам данной работы; разработке устройств для снижения динамических сил и вибрации оборудования, обладающих патентной новизной.
Методы исследований. Теоретические исследования основаны на применении: прикладной теории механических колебаний; гидродинамики волокнистых суспензий и гидросмесей; механики трубопроводов; теории подобия; методов исследования гидравлического и коммутационного удара в гидротранспортных системах; прикладных методов расчета демпферов колебаний; методов математической статистики, методов измерения и обработки вибрационных характеристик оборудования. Проверка работоспособности предложенных методов динамического расчета тракта загрузки ВК выполнена на лабораторной установке и при исследовании динамических процессов и нагрузок оборудования.
Достоверность результатов. Результаты исследований основаны на фундаментальных положениях теории колебаний, теории подобия, вероятностно – статистических методах, методах оценки случайных погрешностей в измерениях, методах моделирования в научных исследованиях. Достоверность результатов исследований динамических нагрузок и вибрации оборудования загрузочной циркуляции котлов по расчетным моделям подтверждается применением методов математической статистики для обработки опытных данных, оценкой погрешностей и экспериментальной проверкой расчетных частот и периодов вибрации оборудования.
Научные положения, выносимые на защиту:
1.Метод и алгоритм определения размеров дроссельных проточек (каналов) ПВД с учетом конструктивных и технологических параметров питателя высокого давления при изометрическом сжатии суспензии.
2.Метод исследования и алгоритм расчета переходных процессов коммутации суспензии между ПВД и трубопроводом загрузочной циркуляции, позволяющие определять собственные частоты колебаний суспензии в дроссельных проточках (каналах).
3.Математическая зависимость деформации суспензии «щепа-щелок» в модели ПВД и загрузочной циркуляции ВК от варьирования факторов технологического процесса (давления, времени и жидкостного модуля).
4.Конструкция экспериментальной установки для исследования деформации суспензии «щепа-щелок» при сжатии.
5.Метод и алгоритм определения мощности привода насоса высокого давления, расходуемой на деформацию суспензии «щепа-щелок» ПВД и трубопроводе загрузочной циркуляции
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на следующих межгосударственных (региональных) конференциях: научно-технической конференции студентов и аспирантов УГЛТУ, г. Екатеринбург, 2002 г.; III Всероссийской научно- технической конференции студентов и аспирантов УГЛТУ, г. Екатеринбург, 2007 г.; Международной (региональной) научно – технической конференции «Вибрация и диагностика», г. Екатеринбург, 2003 г., Леса России в ХХI веке: Материалы 4- международной научно - практической Интернет-конференции, г. Санкт-Петербург, 2010 г.; Леса России в ХХI веке: Материалы 5- международной научно - практической Интернет-конференции, 2010 г.; Сборник материалов II Всероссийской отраслевой научно-практической конференции, г. Пермь: Пермский ЦНТИ, 2014; Научное творчество молодежи – лесному комплексу России: Материалы ХII Всероссийской научно- технической конференции, Екатеринбург, 2016 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 6 работ в изданиях рекомендованных ВАК, 3 патента РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов исследований, библиографического списка, включающего 116 наименований и приложе-