Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 14
1.1 Некоторые особенности развития аграрного сектора Казахстана в период после 1999г 14
1.1.1 Обзор структуры аграрного сектора 14
1.1.2 Особенности водоснабжения небольших сельскохозяйственных производителей 16
1.2 Обзор и анализ параметров средств механизации подъема воды 19
1.3 Обзор основных направлений проведения исследований по ленточным водоподъемникам 30
1.4 Ленточный водоподъемник как частный случай плоскоременной передачи 41
1.5 Особенности работы ленточного водоподъемника на различных скоростях и его основные параметры 45
1.6 Цель исследований 47
2. Теоретические обоснование работы ленточного водоподъемника на повышенных коростях 48
2.1 Производительность ленточного водоподъемника 48
2.2 Определения давления в слое воды между лентой и ведущим барабаном 51
2.3 Определение толщины слоя воды между лентой и ведущим барабаном 57
2.4 Распределение давления в слое воды между лентой и ведущим барабаном 59
2.5 Анализ результатов теоретических исследований 60
3. Методика экспериментальных исследований 62
3.1 Общие принципы научного эксперимента 62
3.2 Схема экспериментальной установки 65
3.3 Общая методика проведения экспериментальных исследований 72
3.4 Методика проведения исследований различных кинематических схем 73
3.5 Методика проведения исследований по определению зависимости выходных параметров водоподъемника от угла расположения прижимного ролика 74
3.6 Методика проведения исследований для определения диапазона величины усилия прижатия ролика 77
3.7 Методика определения зависимости выходных параметров водоподъемника от количества прижимных роликов 78
3.8 Методика проведения многофакторного эксперимента 79
3.8.1 Методика отсеивающего эксперимента 80
3.8.2 Построение линейной модели 83
3.8.3 Квадратичная модель, выбор плана 87
3.8.4 Поиск оптимума целевой функции, построение графических зависимостей 89
4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 91
4.1 Сравнение выходных параметров различных кинематических схем водоподъемников 91
4.2 Зависимость выходных параметров водоподъемника от угла расположения прижимного ролика 95
4.3 Влияние усилия прижатия ролика на выходные параметры водоподъемника 101
4.4 Отсеивающий эксперимент 106
4.5 Влияние количества роликов на выходные параметры водоподъемника 116
4.6 Полнофакторный эксперимент (ПФЭ) 120
4.6.1 Расчет линейной модели 120
4.6.2 Расчет квадратичной модели 123
4.7 Построение поверхностей отклика, оптимизация параметров водоподъемника 125
4.8 Производственные испытания 132
4.9 Анализ результатов экспериментальных исследований 135
5. Экономическая эффективность предлагаемого ленточного водоподъемника 136
Общие выводы и предложения 142
Литература 145
Приложения 154
- Некоторые особенности развития аграрного сектора Казахстана в период после 1999г
- Производительность ленточного водоподъемника
- Общие принципы научного эксперимента
- Сравнение выходных параметров различных кинематических схем водоподъемников
Введение к работе
Развитие животноводства, в частности мясного скотоводства и овцеводства, связано с использованием естественным пастбищ. Казахстан имеет большую площадь естественных пастбищ, из которой большая часть находится в сухостепной зоне с малым количеством осадков и поверхностных водоисточников, а для успешного развития пастбищного скотоводства поение животных должно осуществляться в соответствии с зоотехническими требованиями, т.е. должна выдерживаться кратность, продолжительность поения и др.[3,5]
Поэтому вопрос о пастбищном водоснабжении на сегодняшний день имеет большое экономическое значение. Важность развития сельского хозяйства, в частности пастбищного скотоводства, отражено Н.А. Назарбаевым в стратегии развития нашего государства "Казахстан 2030". "На первых порах, до 2010 года нам необходимо сосредоточиться на трудоемких отраслях, которые перспективны с позиции их возможностей и конкурентоспособности. Это, в порядке приоритетов, сельское хозяйство, лесная и лесоперерабатывающая промышленность, легкая и пищевая промышленность, туризм, жилищное строительство и создание инфраструктуры...» [1]
Пастбищное водоснабжение имеет свои специфические особенности, отличающие его от водоснабжения сельских населенных пунктов, а именно: территориальная разбросанность мелких водоисточников на значительных расстояниях при плохом качестве дорог, сезонность использования пастбищного участка и водопункта, непосредственный и кратный водопой у водопунктов, прямое воздействие природных факторов на сооружения и машины, применение местных маломощных энергетических установок, малый свободный напор над земной поверхностью, недостаток
квалифицированного обслуживающего персонала, отдаленность ремонтно-технической базы и др.
В общем виде пастбищное водоснабжение включает: строительство, ремонт и эксплуатацию водоподъемных агрегатов и вспомогательных сооружений, подъем воды, ее транспортирование и распределение, обеззараживание и улучшение качества воды, энергоснабжение. На пастбищах источниками водоснабжения могут быть: буровые скважины, шахтные колодцы, открытые водоемы и хозяйственные водопроводы. Общая схема водоснабжения на пастбищах состоит из водоисточника, водоподъемника, запасного резервуара, площадки с водопойными корытами.
Для водоснабжения водопойных пунктов в первую очередь необходимо использовать подземные воды, как более надежный и экономичный источник. Подземные воды не требуют очистки и тем самым упрощают эксплуатацию. На долю подземных вод приходится более 65%, а в некоторых районах круглогодового пастбищного содержания скота - около 90% объема потребляемой животными воды. Поэтому, роль средств механизации для подъема подземных вод трудно переоценить.
Гарантированное водоснабжение на пастбищах и в сельских населенных пунктах в значительной мере зависит от надежности конструкций и показателей водоподъемносиловых агрегатов. К основным природно-хозяйственным условиям, от которых зависит механизация пастбищного водоснабжения, относятся:
климатические: температура воздуха, снежный покров, промерзание грунта, ветер;
проходимость сезонных пастбищ транспортом (рельеф местности и грунтовые поверхности);
сезон, период использования и скотоемкость пастбищных массивов.
К выше перечисленным факторам, влияющим на выбор средств механизации водопойных пунктов, в условиях рыночной экономики добавляются и выходят на одно из первых мест по значимости факторы,
7 определяющие экономические показатели водопойных пунктов в целом, и
водоподъемных агрегатов в частности. В настоящее время происходит
постоянный рост цен на источники энергии, и это легко объяснимо, ведь
объем традиционных видов топлив, не смотря на их, казалось бы,
неисчерпаемые запасы постоянно сокращается. При этом потребность в их
количестве не снижается, а увеличивается с каждым годом. Не все мелкие
крестьянские хозяйства, которые в большом количестве образовались после
реорганизации совхозов и колхозов, могут позволить себе содержание на
своем балансе довольно дорогих в эксплуатации и обслуживании
водоподъемносиловых агрегатов, требующих квалифицированного
обслуживающего персонала, расхода, топлива и электроэнергии.
Поэтому целесообразно было бы использование нетрадиционных источников энергии, в частности энергии ветра, что благоприятно в Костанайской области с ее степным ландшафтом и устойчивой розой ветров. На сегодняшний день уже существует ряд ветровых установок, которые с успехом могут применяться для приведения в действие водоподъемных агрегатов. Предпосылкой для использования ветровых установок является наличие на большей части территории Казахстана ветров достаточной силы. Положительной стороной использования ветровых установок на водопойных пунктах является то, что не требуется подведение электроэнергии, подвоз горючесмазочных материалов, а затраты на содержание водопойных пунктов с ветровыми установками значительно упрощаются из-за отсутствия таких элементов, как двигатель внутреннего сгорания и электрооборудования.
Поэтому считаем целесообразным оснащение водопойных пунктов ветровыми установками и водоподъемников малой производительности.
Наиболее простыми по конструкции из всех типов водоподъемников, используемых на пастбищах, являются ленточные.
Ленточные водоподъемники относятся к капиллярным водоподъемным механизмам, принцип их работы основан на использовании сил молекулярного притяжения, возникающих в поднимаемой лентой слое воды.
8 Отличительные достоинства капиллярных водоподъемников - простота
конструкции и обслуживания, надежность, высокий (в среднем 0,55) по
сравнению с насосами к.п.д., а также возможность регулирования высоты
подъема и подачи воды в широких пределах. [2]
Кроме того, ленточные водоподъемники отличаются доступностью ремонта в условиях малых крестьянских хозяйств, высокой экономичностью агрегата, высокой ограниченностью по содержанию механических примесей (до 0,5%) и минерализацией воды (до 10 г/дм3), малым моментом трогания рабочего органа (ленты), что позволяет применять привод с использованием энергии ветра. [2]
Таким образом, считаем исследования в области создания и модернизации ленточных водоподъемников весьма перспективными и полезными для индустриализации аграрного производства нашей страны, снижения себестоимости отечественной сельскохозяйственной продукции в целом, повышения ее конкурентоспособности перед предстоящим вступлением Казахстана во Всемирную Торговую Организацию.
На защиту выносится конструктивная схема ленточного
водоподъемника и следующие научные положения:
а) аналитические выражения для определения основных параметров
предложенного ленточного водоподъемника, полученные в результате
теоретических изысканий;
б) результаты экспериментальных исследований и полученные на их основе
зависимости по проверке выдвинутой на основании теоретических
изысканий рабочей гипотезы и определению оптимальных параметров
водоподъемника;
в) результаты экономической оценки эффективности применения
предложенного водоподъемника.
9 Цель исследования - повышение производительности ленточного
водоподъемника.
Предмет исследования - аналитические и функциональные зависимости
процесса работы ленточного водоподъемника в режиме повышенных
скоростей.
Объект исследования - процесс подъема воды ленточным водоподъемником.
Задачи исследования:
Провести анализ и классификацию совершенствований и наметить пути повышения производительности ленточного водоподъемника.
Разработать кинематическую схему ленточного водоподъемника для работы на повышенных скоростях
Обосновать теоретически повышение производительности ленточного водоподъемника за счет изменения скоростного режима.
Установление слагаемых производительности скоростного ленточного водоподъемника
Обоснование конструктивных совершенствований, направленных на повышение производительности скоростного водоподъемника;
Распределение гидродинамического давления в слое воды между лентой и ведущим барабаном;
Определение толщины слоя жидкости между поверхностью ведущего барабана и лентой
4. Исследовать экспериментально конструктивно-режимные параметры
усовершенствованного скоростного ленточного водоподъемника
Сравнительные исследования кинематических схем ленточных водоподъемников с дополнительными роликами;
Обоснование угла расположения прижимного ролика;
Обоснование усилия прижатия ролика к ленте:
4.4 Исследования влияния комплекса параметров на выходные
10 характеристики ленточного водоподъемника; 4.5 Оптимизация конструктивно-режимных параметров.
Провести производственные испытания предлагаемого ленточного водоподъемника.
Дать технико-экономическую оценку предлагаемого ленточного водоподъемника.
Методика исследования.
Теоретические исследования проведены на основании известных законов механики и гидродинамики. Решение полученных уравнений осуществлялось с помощью математической системы MathCAD 2000 на ПЭВМ. Экспериментальные исследования проводились на основании действующих ГОСТов и ОСТов, обработка полученных результатов осуществлялась на ПЭВМ с использованием электронных таблиц Excel. На основе результатов математического моделирования были получены оптимальные значения конструктивных и технологических параметров ленточного водоподъемника для работы на повышенных скоростях.
Научная новизна работы.
обоснована возможность повышения производительности ленточного водоподъемника за счет уменьшения проскальзывания ленты на ведущем барабане водоподъемника путем компенсации силы гидродинамического давления возникающей в слое воды между лентой и ведущим барабаном;
теоретическими и экспериментальными исследованиями доказана возможность повышения производительности с помощью конструктивного совершенствования установкой прижимного ролика внутри водосборного корпуса:
получены аналитические зависимости для определения рациональных параметров ленточного водоподъемника для работы на повышенных скоростях;
на основе экспериментальных исследований получена математическая модель количественных показателей процесса подъема воды;
- обоснована технико-экономическая эффективность предлагаемого
ленточного водоподъемника.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций
подтверждается сходимостью результатов теоретических и
экспериментальных исследований с определением доверительных интервалов случайных величин.
Практическую ценность представляют:
конструкция ленточного водоподъемника для работы на повышенных скоростях;
методика расчета конструктивно-режимных параметров ленточного водоподъемника;
результаты проверки в лабораторных и производственных условиях
основных положений работы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
представлялись на научно-практических конференциях Костанайского
государственного университета (Костанай, 2003...2005г.), международной
научно-практической конференции Костанайского инженерно-
экономического университета (Костанай, март 2005г.); научно-практических конференциях Оренбургского государственного аграрного университета (Оренбург, 2004...2005 гг.); международной научно-практической конференции Рудненского индустриального института (Рудный, сентябрь 2005г.)
Внедрение. Опытный образец ленточного водоподъемника повышенной производительности прошел производственные испытания в крестьянском хозяйстве «Крысин В.И.», Алтынсаринского района, Костанайской области.
12 Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных
работ, подана заявка на изобретение № 2005/0657.1 от 10.05.2005г.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и предложений, списка использованной литературы (101 наименование) и приложений. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок, 20 таблиц, 6 приложений.
Некоторые особенности развития аграрного сектора Казахстана в период после 1999г
В последнее время в аграрном секторе экономики Казахстана произошли глубокие структурные изменения. Сельское хозяйство прочно стало на путь рыночных отношений. Большую роль в этом процессе сыграла политика государства на всемерную поддержку частных крестьянских фермерских хозяйств. Их доля в общем количестве сельхозпроизводителей неуклонно растет [73 ] (рис 1.1)
Рисунок 1.5 - Производство мяса и молока в фермерских хозяйствах в 1999-2003гг. 1.1.2 Особенности водоснабжения небольших сельскохозяйственных производителей.
Рентабельного высокопродуктивного животноводства не может быть без хорошо организованного, доброкачественного и своевременного поения сельскохозяйственных животных [3].
Установлено, что хорошо налаженный доброкачественный водопой при нормальной кормообеспеченности способствует повышению удоя у коров на 25 - 30%, приросту живой массы нагульных животных до 7 - 10%, настригу шерсти до 8 - 10%, а также снижению себестоимости продукции на 20 - 30% [ 5 ].
Вода - универсальный растворитель органических и неорганических веществ в организме животного. Все жизненные процессы в живом организме протекают при активном ее участии. Известно, что только при определенном соотношении воды в теле животного жизнедеятельность организма протекает нормально. Научными исследованиями [2] установлено, что на 1 кг. сухого вещества корма животные потребляют следующие количества воды: лошади - 2-3 л., крупный рогатый скот - 4-6 л., овцы - 2-3 л.
Как на недостаток, так и избыток воды организм животных реагирует очень остро. Так в работе [5] отмечается, что при дефиците воды в теле животного нарушается обмен веществ, увеличивается количество молочной кислоты, снижается интенсивность окислительных процессов, увеличивается вязкость крови, повышается температура тела, краснеет кожа, учащается дыхание, обедняются водой органы и ткани, нарушается секреция пищеварительных желез, пропадает аппетит, падает продуктивность. Потеря 20 -22% содержащейся в теле воды приводит к гибели животного [4]. Избыточное количество воды в организме животного и накопление ее в тканях и органах ослабляет работу почек и сердца, а также ухудшает пищеварение [3]. При повышении температуры окружающей среды животные становятся, более чувствительны к недостатку воды. По данным исследований [ 5 ] при температуре окружающего воздуха выше 30 С нормы потребления воды на поение животных увеличиваются на 25%.
Температура воды, потребляемой животными, имеет важное значение как физиологический фактор. Для взрослых животных она должна быть 15 ... 20 С, беременных маток- 12 ... 15 С, молодняка 15 ... 30 С в зависимости от возраста [2]. Это обусловлено тем, что слишком холодная вода вызывает увеличение затрат энергии для согревания ее внутри организма, приводит к снижению продуктивности и заболеваниям дыхательных путей животных.
Минерализованность воды также оказывает большое влияние на здоровье животных. Реакция животных на минеральный состав воды различна и зависит от их вида, возраста и физиологического состояния, а также от количества и состава солей в воде. Более требовательны к минеральному составу и жесткости воды лошади, далее идут крупный рогатый скот, овцы и козы [2].
Учитывая общий рост поголовья основных сельскохозяйственных животных в фермерских хозяйствах, из года в год растет потребность в воде для их водопоя, (рис 1.6)
Производительность ленточного водоподъемника
Сила трения между шкивом и ремнем передается в основном на дуге скольжения, которая располагается со стороны сбегания ремня со шкива. Со стороны набегания ремня находится дуга покоя, т.е. постоянного сцепления ремня со шкивом. Окружная скорость каждого шкива равна скорости набегающей ветви ремня. При холостом ходе упругое скольжение и дуга скольжения равны нулю. По мере роста нагрузки дуга скольжения растет и когда она будет равна дуге обхвата, наступит полное буксование передачи.
На практике для устранения буксования ременных передач необходимо чтобы: ремень был, натянут с соответствующим усилием; отсутствовала жидкость (смазка) на внутренней стороне ремня; угол обхвата ведущего шкива был не менее 150. Натяжение ремня обеспечивается одним из следующих способов: 1) перемещением одного из шкивов; 2) натяжным роликом, позволяющим периодическую перестановку или автоматически поддерживающим натяжение ремня, грузом или пружиной; 3) предварительным упругим растяжением ремня с перешивкой после вытягивания (наименее надежный способ, выходящий из употребления); 4) автоматическим устройством, обеспечивающим регулирование натяжения в зависимости от нагрузки.
Отсутствие жидкости (смазки) на внутренней стороне ремня добиваются герметизацией источников подобного загрязнения или удалением ременной передачи от этих мест.
Необходимый угол обхвата достигается конструктивным исполнением ременной передачи.
Ленточный водоподъемник можно рассматривать как частный случай плоскоременной передачи. Отличия заключаются в том, что, во-первых, функционально водоподъемник предназначен не для передачи вращения одного шкива другому посредством ленты, а для перемещения слоя жидкости на ней, и, во-вторых, шкивы водоподъемника должны располагаться вертикально.
Из всего вышесказанного применительно к ленточному водоподъемнику можно сделать следующие выводы: - полностью устранить эффект проскальзывания в плоскоременной передаче невозможно, это ее конструктивная особенность; - решение вопросов, связанных с повышением производительности ленточного водоподъемника неизбежно связано с решением задачи уменьшения проскальзывания рабочего органа - ленты, по поверхности ведущего барабана; - для уменьшения упругого скольжения требуемое натяжение ленты обеспечивается за счет массы ведомого барабана и прикрепленного к нему балласта; - увеличение угла охвата лентой ведущего барабана ограниченно, т.к при этом возрастают нагрузки на ленту, что снижает ее износостойкость; - технологический процесс работы водоподъемника сам по себе предполагает наличие слоя жидкости на ленте, поэтому задачу уменьшения проскальзывания ленты по поверхности ведущего барабана следует рассматривать исходя из законов гидродинамики. Основными параметрами любого водоподъемника и ленточного, в частности, являются производительность и удельная мощность, т.е. мощность затрачиваемая на подъем 1 м воды. [10]
Исследованиями P.M. Каплана [ 19 ], П.И. Кульпина [20 ] и И.А Каскарауовова [22] установлено, что увеличение производительности водоподъемника при постоянной ширине ленты прямопропорционально увеличению скорости ленты..
На первый взгляд, для повышения производительности достаточно просто увеличить скорость барабана, и как следствие, скорость ленты. Однако, эта закономерность действует до определенного предела.
Например, результаты исследований (И.А. Каскарауов, 1970г, Г. С. Гумаров, 1995г.). показывают, что уменьшение производительности серийного водоподъемника типа ВЛМ наступает при линейных скоростях барабана около 8 м/с (рис. 1.21). В частности, в исследованиях Г.С. Гумарова [23] при скорости ведущего барабана 7,95 м/с скорость ленты составляла 6,11 м/с, а при увеличении скорости барабана до 10,43 м/с скорость ленты уменьшилась до 2,83 м/с, т.е. происходило проскальзывание ленты. Таким образом, увеличение скорости ведущего барабана как один из способов увеличения производительности ленточного водоподъемника, приводит к необходимости решать задачу проскальзывания ленты.
Общие принципы научного эксперимента
Целью экспериментальных исследований является исследование конструктивно-режимных параметров усовершенствованного водоподъемника при работе на повышенных скоростях.
В качестве наиболее подходящей модели объекта исследований была принята модель так называемого «черного ящика».(рис 3.1) Входы, обозначенные стрелками, направленными к объекту, характеризуют все способы возможного воздействия на объект исследования. Это - входные параметры. Выходы, обозначенные стрелками направленными от объекта, являются выходными параметрами или критериями оптимизации. Входные параметры делятся на управляющие, контролируемые и возмущающие. Управляющие параметры (или факторы) - основные, на них можно воздействовать с целью изменения критериев оптимизации. Контролируемые параметры могут изменяться в процессе исследования, но их не изменяют целенаправлен. Возмущающие параметры - неконтролируемые, недоступны для измерения, их значения могут меняться во времени случайным образом План экспериментов предусматривает: - сравнительные исследования кинематических схем ленточных водоподъемников с дополнительными роликами; - исследования по обоснованию угла расположения прижимного ролика; - исследования по обоснованию оптимального усилия прижатия ролика к ленте; - исследования по обоснованию количества роликов; - проведение многофакторного эксперимента; - оптимизация конструктивно-режимных параметров. Таким образом, планируется выполнить 4 однофакторных, один многофакторный эксперименты, причем последний будет состоять из двух этапов: отсеивающий эксперимент и полнофакторный эксперимент.
К параметру оптимизации, предназначенному для исследования водоподъемных процессов, разработаны общие требования, согласно которым он должен обладать следующими свойствами [53,54 ]: - характеризовать эффективность процесса с позиции конечной цели; - выражаться количественно и однозначно оцениваться одним числом, в идеальном случае числовые значения параметра пропорциональны эффективности и равномерно распределены во всем интервале изменений параметра; - обладать определенной универсальностью для групп однородных процессов; - быть статически эффективным, то есть нечувствительным к небольшим случайным колебаниям; - быть простым и иметь ясный физический смысл.
При анализе на предмет выбора критерия оптимизации выходных параметров, таких как производительность Q, потребляемая мощность N, скорость ленты v, а также коэффициент проскальзывания є, было отмечено, что, в принципе, любой из них соответствует указанным выше общим требованиям. Однако, для проводимых исследований ни один из них в качестве критерия оптимизации выбран быть не может.
Выбор производительности Q в качестве критерия оптимизации, в данном случае, был бы неверен, т.к. увеличение производительности в некоторых случаях приводит к возрастанию таких отрицательных факторов как увеличение потребляемой мощности, увеличения износа отдельных узлов установки и т.п. Например, перфорация ленты повышает производительность водоподъемника, но при этом снижается износостойкость ленты. [23]
Выбор скорости ленты v как критерия оптимизации также не всегда оправдан, т.к. при этом возможны случаи нестабильной работы водоподъемника вследствие повышенной вибрации ленты и сброса части жидкости с нее обратно в водоисточник, вследствие чего при увеличении скорости ленты производительность увеличиваться не будет.
По указанной причине коэффициент скольжения, связанный со скоростями ленты и барабана, также мало пригоден для критерия оптимизации для данного случая.
Наиболее приемлемым, на наш взгляд, является вариант работы водоподъемника при котором достигается максимально возможная для данных условий производительность Q при одновременной минимизации потребляемой мощности N. Таким образом, в качестве критерия оптимизации предлагается использовать удельную потребляемую мощность Ny0= — [ кВт ч / м ].
Сравнение выходных параметров различных кинематических схем водоподъемников
Эксперименты проводились согласно методике изложенной в п 3.5, в ходе опытов замерялась производительность водоподъемника, скорость ленты и потребляемая мощность. Опыты проводились с 4-х кратной повторностью, полученные данные аппроксимировались методом наименьших квадратов. Рисунок 4.1 - Исследуемые кинематические схемы с прижимным роликом: 1-груз; 2-ведомый барабан; 3-лента; 4-ведущий барабан; 5-прижимной ролик.
При этом было отмечено следующее. 1-я схема на скоростях барабана до 500 об/мин имеет меньшую производительность и большую удельную потребляемую мощность, чем схема без прижимного ролика. В зоне скоростей 500 об/мин абсолютные значения указанных параметров несколько выше, чем у схемы без ролика, однако они не превышают максимальных значений этих параметров у схемы без ролика на более низких скоростях. Этот эффект объясняется, предполагаем, расположением ролика в начале зоны водоотделения на ленте, ролик фактически отсекает часть воды с внешней стороны ленты, и вода стекает по ленте обратно вниз в водоисточник, а также частично разбрызгивается.
Аналогичных характер имеют указанные зависимости у 2-ой кинематической схемы, однако по другой причине. На слой воды на ленте ролик оказывает слабое влияние, т.к. к моменту встречи с ним процесс водоотделения уже практически завершен. Лишь на повышенных скоростях можно говорить, что ролик отсекает оставшуюся на ленте часть воды, которая остается внутри водосборного корпуса и несколько повышает производительность.
При этом обе схемы из-за повышенной нагрузки связанной с наличием прижимных роликов имеют более высокую по сравнению со схемой без ролика потребляемую мощность.
Совершенно другие результаты показала 3-я кинематическая схема. В зоне малых скоростей ведущего барабана выходные параметры данной схемы мало отличались от схемы без ролика. Однако, при скоростях более 500 об/мин в то время как у водоподъемника без прижимного ролика вследствие развивающегося проскальзывания ленты по поверхности ведущего барабана производительность снижалась, у водоподъемника 3-ей кинематической схемы она продолжала увеличиваться. Этот эффект мы объясняем тем, что в данном случае установка прижимного ролика позволила частично скомпенсировать силой прижима силу гидродинамического давления которая возникает в слое между лентой и барабаном и тем самым воспрепятствовала в определенном диапазоне скоростей барабана подъему ленты, тем самым увеличив производительность водоподъемника.
Как видно из графика на рисунка 4.5, на малых (300-500 мин ) скоростях установка ролика существенно на производительность водоподъемника не влияет.
На больших (500-700 мин " ) скоростях наблюдается устойчивый прирост производительности, с максимальными значениями при установке ролика в сектор углов от 75 до 135
Установка ролика на малых углах малоэффективна, т.к. в этом случае ролик попадает в зону интенсивного водоотделения с внешней стороны ленты и отсекает часть воды, которая не попадает в водосборный корпус, понижая тем самым производительность (рис 4.6)
При установке ролика на большие углы он попадает в область на ленте, где процесс водоотделения практически завершен (рис 4.7)
Анализ зависимостей удельной потребляемой мощности от частоты вращения барабана свидетельствует (рис 4.8), что на малых скоростях существенного снижения удельной потребляемой мощности от применения прижимного ролика не наблюдается, в диапазоне скоростей от 400 до 500 мин " базовый водоподъемник даже экономичнее экспериментального.
