Введение к работе
Актуальность темы. Тенденцией приоритетного направления в развитии технического прогресса на современном этапе материального производства является всесторонняя интенсификация технологических процессов. Практическая реализация данного положения на химических и целлюлозно-бумажных предприятиях предполагает достижение максимальной производительности технологического оборудования с минимально возможными энергозатратами при условии обеспечения стабильности выпуска качественной продукции посредством использования технологических процессов, позволяющих с достаточной степенью надежности получение заданных показателей.
Среди различных видов продукции, получаемых из волокнистых суспензий разнообразного композиционного состава, особое место занимают изделия, производимые путем принудительного формования посредством фильтрации суспензий с образованием осадка на формующей сетке. Изделия, получаемые путем принудительного формования, имеют различную объёмно-пространственную форму, которая зависит от их функционального назначения. Высокое качество производимых, формованием изделий посредством принудительной фильтрации волокнистых и волокнисто-порошковых суспензий определяется наряду с физико-механическими показателями ординарного значения еще целым рядом дополнительных характеристик. К ним относятся такие, как заданное распределение масс в корпусе изделия, особенности его макро- и микроструктуры, требуемое распределение толщин в формообразующих элементах и др.
Стабильное обеспечение соответствия качественных показателей каждого изделия требуемым возможно тогда, и только тогда, когда технологический режим исключает возможность возникновения нештатных ситуаций во всех операциях производственного цикла. Попытки получения положительных результатов конкретно в данной области промышленного производства классическим методом проб и ошибок в подавляющем большинстве случаев закончились получением отрицательных результатов. Закономерным следствием подобного положения вещей является чрезвычайно низкий уровень качества производимой отечественной звуковоспроизводящей аппаратуры, по сравнению с ведущими мировыми фирмами, а основным звуковоспроизводящим элементом в данной аппаратуре является, получаемое путем формования из волокнистой суспензии изделие, - диффузор. Подобная аналогия имеет место и в случае производства специальных крупногабаритных изделий, сгорающих гильз, которые также получают формованием из волокнисто-порошковых суспензий.
И наконец, комплексный подход к повышению качества изделий, получаемых путем формования, предполагает наличие соответствующих требований к,: основному технологическому оборудованию и технологическим режимам, связанных с подготовкой и транспортировкой рабочих волокнистых и волокнисто-порошковых суспензий к узлам формования. Существенные конструктивные недоработки аппаратов, комплектующих линии подготовки и
тракты подачи рабочих суспензий вызваны также отсутствием необходимых научно-обоснованных методов расчетов и проектирования оборудования требуемого функционального назначения.
В этой связи, создание теоретических основ и путей совершенствования процессов массоподготовки и принудительного формования изделий из суспензий различного композиционного состава является крупной научной проблемой, актуальность решения которой имеет определенную техническую целесообразность и существешгую экономическую эффективность.
Цель и задача работы. Целью настоящей работы является разработка теоретических положений и практических рекомендаций по гидродинамической оценке трактов подготовки и подачи для переработки волокнистых суспензий различного композиционного состава, а также научно-обоснованных методов расчетов и проектирования технологического оборудования, обеспечивающего при оптимальных условиях эксплуатации требуемое качество получаемых формованием изделий.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: разработка физической и реологической моделей, характеризующих структурные превращения в волокнисто-порошковых суспензиях на различных этапах изменения характера движения в трактах подачи и в проточных полостях гидравлических аппаратов; создание теории оценки состояния волокнисто-порошковой суспензии в реальном масштабе времени во всех элементах гидродинамической цепи тракта подачи; разработка теоретических основ профилирования поверхности рабочих полостей гидравлических аппаратов с учетом минимальных потерь на сопротивление движению волокнистой суспензии при условии поэлементного соединения их в замкнутую рабочую гидравлическую цепь; установление закономерности процесса фракционирования волокнистых суспензий в гидродинамическом центробежном поле с получением фракций различных по длине волокон; разработка теоретических основ процесса формования изделий из волокнисто-порошковых суспензий посредством фильтрации через формующую сетку непрерывно подаваемого порционного количества рабочей суспензии; определение закономерностей процессов формования диффузоров электродинамических громкоговорителей из волокнистых суспензий со структурой и перемешюй толщиной корпусов, обеспечивающих получение заданных значений электроакустических характеристик; разработка методик гидродинамических расчетов узла формования крупногабаритных изделий, аппарата для гидродинамического фракционирования волокнистых суспензий и установок вакуумного формования диффузоров с секционной формующей головкой и с гидрозакруткой суспензии при формовании.
Научная новизна.
Разработана физическая и реологическая модели, характеризующие структурные превращения в волокнисто-порошковых суспензиях на различных этапах изменения характера движения в трактах подачи и в проточных полостях гидравлических аппаратов
Создана теория оценки состояния волокнисто-порошковой суспензии в реальном масштабе времени во всех элементах гидродинамической цепи тракта подачи.
Разработаны теоретические основы профилирования поверхности рабочих полостей гидравлических аппаратов с учетом минимальных потерь на сопротивление движению волокнистой суспензии при условии поэлементного соединения их в замкнутую рабочую гидравлическую цепь.
Установлены закономерности процесса фракционирования волокнистых суспензий в гидродинамическом центробежном поле с получением фракций различных по длине волокон.
Разработаны теоретические основы процесса формования изделий из волокнисто-порошковых суспензий посредством фильтрации через формующую сетку непрерывно подаваемого порционного количества рабочей суспензии.
Определены закономерности процессов формования диффузоров электродинамических громкоговорителей из волокнистых суспензий со структурой и переменной толщиной корпусов, обеспечивающих получение заданных значений электроакустических характеристик.
Разработаны методики гидродинамических расчетов: узла формования крупногабаритных изделий, аппарата для гидродинамического фракционирования волокнистых суспензий и установок вакуумного формования диффузоров с секционной формующей головкой и с гидрозакруткой суспензии при формовании.
Основные методологические положения работы. Методологической
основой выполненных исследований, результаты которых представлены в
настоящей работе, являются основополагающие законы реологии и
гидродинамики неньютоновских жидкостей, фильтрации волокнистых
суспензий различного композиционного состава с образованием сжимаемых и
несжимаемых осадков, акустики средних частот, а также научно-
исследовательские работы отечественных и иностранных ученых, касающиеся данной области знаний.
Экспериментальная проверка основных теоретических положений, полученных в результате исследований, проводилась на гидродинамическом стенде и лабораторных установках СибГТУ, ротационном вискозиметре С-ПбТУ РП, пилотных установках ВНИИРПА им.А.С.Попова, а также на предприятиях: радиозаводах Бердском и "Динамик", химкомбинате "Енисей" и экспериментальной базе КНИИХП.
Математико-статистическая обработка экспериментальных данных проводилась с использованием соответствующего программного обеспечения на ЭВМ.
Практическая ценность работы. В результате анализа выполненных теоретических и практических исследований были разработаны методики расчета рабочих полостей гидродинамического фракционатора и профилирования объемных элементов многоцелевого емкостного аппарата, предназначенных для подготовки волокнистых и волокнисто-порошковых суспензий для последующей переработки путем формования изделий.
Разработан метод гидродинамической диагностики линии формования крупногабаритных изделий.
Новизна ряда технических разработок способов и устройств по фракционированию, гашению пульсаций давления, формованию крупногабаритных изделий и диффузоров подтверждена выдачей авторских свидетельств.
Реализация работы в промышленности. Теоретические разработки в виде методик расчетов используются в практике конструкторско-технологических разработок ВНИИРПА им.А.С.Попова, КНИИХП, а также нашли применение в реконструкции промышленных технологических линий химкомбината "Енисей", КНИИХП, радиозаводах.
Результаты научных исследований используются в учебном процессе подготовки инженерных кадров при выполнении курсового и дипломного проектирования.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных работников ЛТИ ЦБП - 1973-1976г.г. ., на отраслевых совещаниях КНИИХП -1984-1986г.г., СибГТУ - 1975-2000г.г., на всесоюзных(1975,1981,1991гг.), российских (1994,1995гг.) и международной(2000г.) конференциях, посвященных вопросам совершенствования технологий ЦБП.
Публикации. По результатам выполненных теоретических и
экспериментальных исследований опубликовано 54 печатных работы, из них 20 авторские свидетельства и 1 учебное пособие.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы - 243 наименования, 92 рисунка, 33 таблиц. Объем диссертации изложен на 336 страницах.