Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса стабилизации вакуумного режима и регулирование производительности вакуумных установок 10
1.1 . Физиологическое обоснование стабильности вакуумметрического давления при машинном доении коров 10
1.2. Анализ способов стабилизации вакуумного режима доильных установок 15
1.3. Анализ составляющих суммарного расхода воздуха, используемых при расчете вакуумной системы 21
1.4. Анализ существующих конструкций вакуумных регуляторов 26
1.5 Классификация факторов, влияющих на эффективность работы регулятора в водокольцевых вакуумных установках
Выводы по главе 41
2. Закономерности взаимодействия элементов вакууумной системы доильных установок 43
2.1. Стенд для снятия рабочих характеристик вакуумного насоса и вакуум-регулятора 43
2.2. Вывод формулы регуляторной ветви обобщенной характеристики вакуумной системы 44
2.3. Методика построения обобщенной характеристики вакуумной системы 48
2.4. Анализ характера взаимодействия элементов системы «потребители вакуума - вакуумный насос - вакуумный регулятор» 49
Выводы по главе 55
3. Обоснование конструкции и режима работы комбинированного прибора для регулирования вакуумного режима доильных установок с водокольцевыми насосами 56
3.1. Обоснование необходимости регулирования производительности 56
3.2. Конструктивно технологическая схема прибора регулирования вакуума (КПРВ)
3.3. Расчет конструктивных параметров КПРВ 63
3.3.1. Силы действующие на подвижную часть пружинно-мембранного механизма 63
3.3.2.Определение динамических характеристик клапана 64
3.3.3. Проектирование витой пружины по заданной характеристике
2.3.4 Расчет прогиба мембраны вакуумного регулятора 74
Выводы по главе 79
4. Программа и методика экспериментальных исследовании .
4.1. Программа исследований. 81
4.2. Экспериментальные исследования зависимости производительности водокольцевого вакуумного насоса от расхода воды питающей водяное кольцо 84
4.3. Построение характеристики регуляторной ветви вакуумной системы 85
4.4. Расход воздуха потребителями вакуума 91
4.5. Оптимизация конструктивных - технологических параметров технической системы «комбинированный прибор регулирования вакуума - водокольцевой вакуумный насос» 93
4.5.1 Испытания вакуум-регулятора для водокольцевых доильных установок в лабораторных условиях 94
4.5.2. Описание лабораторной установки и методика измерений 94
4.5.3. Методика многофакторного планирования эксперимента 100
4.5.4 Методика предварительных лабораторных исследований 101
4.5.5 Определение оптимальных параметров работы КПРВ для водокольцевых установок 104
4.6 Результаты экспериментальных исследований 110
4.6.1 Результаты предварительных исследований 110
4.6.2 Определение оптимальных режимов КПРВ для водокольцевых вакуумных установок 117
4.7. Производственные испытания КПРВ 119
Выводы по главе 124
5. Обоснование экономической эффективности внедрения КПРВ 126
Выводы по главе 13 5
Общие выводы и рекомендации 13 6
6. Список используемой литературы 139
7 .Приложения 151
- Физиологическое обоснование стабильности вакуумметрического давления при машинном доении коров
- Вывод формулы регуляторной ветви обобщенной характеристики вакуумной системы
- Обоснование необходимости регулирования производительности
- Построение характеристики регуляторной ветви вакуумной системы
Введение к работе
Основными потребителями механической энергии, вырабатываемой вакуумными насосами, являются доильные аппараты. Особенность их работы заключается в том, что поток энергии, передаваемой в виде вакуумметрического давления, должен быть стабилен во времени. Известно, что необходимым, хотя и недостаточным, условием стабильности вакуума при работе доильной установки является баланс т.е. равенство производительности вакуумной установки (м3/ч) и суммарного расхода воздуха через потребители вакуума, неплотности вакуумной системы и через вакуум-регулятор при рабочей величине вакуума.
Расход воздуха через доильные аппараты описывается случайным процессом, показатели которого зависят от типа доильных аппаратов, их числа, технического состояния , характера работы операторов машинного доения, их входа в ритм в начале дойки и выхода из него в конце, квалификации. Кроме доильных аппаратов во время дойки работают другие потребители вакуума: счетчики индивидуального учета надоя, группового надоя, пневмоприводы автоматических отключателей доильных аппаратов, пневмоприводы ворот, дверей и т.д. Расход воздуха максимален. Но в режиме промывки пневмоприводы дверей, ворот, пульсаторы доильных аппаратов не работают, расход воздуха (механической энергии) в этот период уменьшается в 2,5...3 раза. И, наконец, вакуумные установки включают в работу за 15...20 минут до начала дойки для проведения контрольных операций ЕТО, когда к вакуумной системе не подключен ни один доильный аппарат. По этим причинам минимальный и максимальный расходы воздуха (энергии) потребителями вакуума за время одной дойки разнятся более, чем в два раза, а общая длительность работы вакуумной установки при
7 максимальном расходе воздуха потребителями вакуума составляет 35...40% от всего времени дойки.
Особенность функционирования вакуум-регуляторов доильных установок заключается в том, что они (регуляторы) при уменьшении или увеличении расхода воздуха через потребители вакуума соответственно увеличивают или уменьшают автоматически свой собственный расход на такую же величину, поддерживая упомянутый выше баланс расхода.
В последнее время на практике при эксплуатации доильных установок АДМ-8, УДА-8, УДА-16 и др. широко распространилась тенденция замены штатных вакуумных установок УВУ-60/45 на более производительные водокольцевые установки без каких - либо изменений конструкции вакуум-регуляторов. В результате часто возникает ситуация, при которой QH » q1^. Качество регулирования вакуума, стабильность вакуумного режима в этой ситуации резко ухудшаются, а энергозатраты возрастают. В связи с этим разработка комбинированного прибора регулирования вакуума (КПРВ) в условиях значительных изменений вакуумной нагрузки является актуальной проблемой машинного доения коров.
Цель работы. Снижение удельных затрат энергоресурсов на работу водокольцевых вакуумных насосов доильных установок.
Объект исследования. Технологический процесс машинного доения при работе водокольцевой вакуумной установки с комбинированным прибором регулирования вакуума
Научная новизна работы: -методика анализа эффективности функционирования трехзвенной технической системы «потребители вакуума - вакуумный насос - вакуумный регулятор»; -способ регулирования производительности водокольцевых вакуумных насосов;
8 -результаты теоретических и экспериментальных исследований; Практическая ценность: -конструкция комбинированного прибора регулирования вакуумного режима; -методика инженерного расчета комбинированного прибора регулирования вакуума (КПРВ); -блок-схема алгоритма программы функциональной диагностики вакуумной системы (ФДВС) доильных установок; Положения выносимые на защиту: - методика анализа эффективности функционирования двухзвенной технической системы «вакуумный насос — вакуумный регулятор»; -методический подход к разработке конструкции КПРВ; -результаты теоретических и экспериментальных исследований; Реализация результатов исследования.
Опытные образцы вакуумного регулятора для водокольцевых вакуумных насосов проходили проверку и были внедрены в ряде хозяйств Оренбургской области: К-з «Родина» Сакмарского района, ЗАО «Нива» Октябрьского района и ЗАО МТС «Орловка» Сакмарского района.
Экспериментальный образец вакуумного регулятора демонстрировался на областных выставках научно - технического творчества молодежи НТТМ 2004...2005. г.г.
Апробация: Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов Оренбуржья (2004 и 2005г.), научно практических конференциях ОГАУ (2003...2005г.г.), на семинарах кафедры «Механизация животноводства» ОГАУ (2002...2005г.г.). Публикации: По материалам диссертации опубликовано 7 работ.
9 Структура и объем диссертации:
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и положений, списка используемой литературы (126 наименований). Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков, 17 таблиц и 11 приложений.
Физиологическое обоснование стабильности вакуумметрического давления при машинном доении коров
Современная теория молокоотдачи, базирующаяся на фундаментальном учении И.М. Сеченова и И.П. Павлова об условных рефлексах, получила дальнейшее развитие в фундаментальных работах: Н.Е. Введенского, А.А. Ухтомского, Г.А. Азимова, И.А. Барышникова, Э.К. Вальдмана, И.И. Грачева, М.Г. Закса, Л.П. Карташова, Э.П. Кокориной, М.Л. Пейновича, Г.Б. Тверского, В. Петерсона, С. Фолли, У. Уиттлстоуна и других отечественных и зарубежных исследователей.
В настоящее время установлено, что до 97 % разового удоя молока переходит из альвеолярного отдела в цистерну вымени условно рефлекторно. «Вот почему, - отмечал И.А. Барышников, -очень важно соблюдать стереотип доения, так как нарушение его приводит к торможению условного рефлекса молокоотдачи» [1].
Стереотип в машинном доении определяется целым комплексом факторов. С технической точки зрения, в первую очередь, - рабочими режимами доильного аппарата, т.е. величиной подсоскового вакуума и межстенного, характера их изменения в доильных стаканах, частотой пульсации и соотношением тактов. Характерно, что по абсолютным величинам каждого из этих параметров в нашей стране и за рубежом до настоящего времени нет единого мнения [2], поэтому фирмы различных стран, разрабатывают доильные аппараты, режимы которых значительно отличаются друг от друга (прил. 1.1).
Вариации рекомендуемых величин вакуума находятся в пределах от 33,3 до 55,3 кПа, а частоты пульсаций - 0,7...2 Гц (40 ... 120) в минуту; соотношение тактов большинства двухтактных доильных аппаратов колеблется в пределах 50:50 (некоторые имеют более продолжительный такт сосания, равный 70...80% от общего времени цикла). Практика эксплуатации доильных аппаратов и исследования Е.И. Админа, И.Е. Волкова, Ю.А. Залевского, Л.П. Карташова, В.И. Комарова, В.Е. Козлова, Ю.А. Коса, СП. Лищинского, А.А. Тарасенко, А.И. Тольденфанга, А.В. Филиппова [46,3,4,6,7,45,124] и других ученых показали, что значительную часть рабочего цикла доильное оборудование действует в условиях нестабильного вакуумного режима. Практически все сходятся в одном мнении, что первостепенная роль не в абсолютном значении того или иного параметра, а в стабильности его на протяжении времени доения или изменения в соответствии с индивидуальными физиологическими особенностями коров при выделении молока [7,8,9]. Профессор В.Ф. Королев отмечает о постоянстве частоты пульсаций: «Нельзя допускать отступления от номинального числа пульсаций ... На изменения числа пульсаций коровы реагируют также, как на смену доярки, т.е. временно снижают удои, пока не привыкнут к новому режиму воздействия руки доярки с выменем». У.Г. Уиттлстоун: « Необходимо, чтобы число пульсаций и соотношение тактов были устойчивыми. Еще важнее поддержание на постоянном уровне величины заданного вакуума. Внезапное увеличение числа пульсаций, вызывающее падение вакуума в стаканах, корова сразу же замечает, это раздражает ее и она теряет способность правильно реагировать на действие машины [10]. По мнению Ю.И. Залевского колебание рабочего вакуума в системе, а именно в его подсосковой части не должно превышать ± 1,5кПа(3,25...3,5%)[11]. А.В. Аксенов, ссылаясь на данные В.П. Саврана, утверждает, что систематические колебания вакуумметрического давления снижают среднесуточные удои на 1,9...2,5%, уменьшая интенсивность молокоотдачи, на 0,1...0,15 кг/мин и являются одной из причин субклинических маститов [12]. Факты отрицательного влияния нестабильности рабочих режимов доильной машины на процесс доения, отмечены также многими другими учеными. Так, по данным Е.И. Админа и В.П. Саврана [4] колебания вакуума в подсосковом пространстве в пределах 9,7... 19,9 кПа (73...149мм.рт.ст.) снижают удои молока на 1,9 ...2,5 % , интенсивность молокоотдачи на 0,96 - 0,15 л./мин и вызывают субклинистические маститы. В статье Э.К. Вальдмана и Х.Х. Теетсонва, посвященной исследованию влияния нестабильности вакуума на процесс доения коров, отмечается, что колебания вакуума в молокопроводе с 50,7 до 29,3 кПа, вызывают уменьшение средней скорости доения на 24,5%, а максимальной скорости — на 35,8% [13]. О важности обеспечения стабильности рабочих режимов доения свидетельствует и тот факт, что во многих странах существуют и продолжают разрабатываться зоотехнические требования и стандарты на все важнейшие узлы, и агрегаты доильных установок [19,20,21,22]. Например, в нашей стране действуют правила машинного доения коров [23], согласно которым величины отклонений вакуума и частоты пульсаций от номинальных значений для серийных доильных аппаратов не должны превышать соответственно 2,67 кПа и 5 пульсов в минуту. Приняты также технические требования на доильные установки [24]. ГОСТом 11730 - 79 установлено, что время стабилизации вакуумметрического давления (после мгновенного изменения объемного расхода воздуха на 15 м7ч) недолжно превышать 3 с. Зоотехническими требованиями на доильные установки отечественного производства [25] специальным пунктом определяется необходимая производительность вакуумного насоса, равная двойному запасу по расходу воздуха номинального числа аппаратов. В Швеции и других странах Скандинавии разработаны новые требования к доильным установкам [19], регламентирующие ряд показателей, от которых зависит стабильность вакуумного режима. Подчеркивается, например, что вакуум-регулятор должен эффективно работать в широком диапазоне расхода воздуха (в пределах от 10... 100 % номинальной производительности насоса), а при внезапных впусках воздуха в систему он должен восстанавливать уровень вакуума за Зс.
Согласно существующих нормативных документов Великобритании [21] статическая ошибка регулятора не может превышать 2,5%, динамическая 10%, а время регулирования - более 5с. Аналогичные , а иногда и различающиеся по отдельным показателям, требования и стандарты действуют в Австралии, Новой Зеландии , США и других странах[20,10].
Следует отметить, что кроме этих утвержденных правил и рекомендаций, в литературных источниках имеется большое число регламентации величины колебания вакуума в системе, а также информация о дублировании наиболее ответственных исполнительных механизмов и агрегатов доильных установок [26,27], к которым относится и вакуумный регулятор.
Вывод формулы регуляторной ветви обобщенной характеристики вакуумной системы
Каждой точке оси абсцисс (оси Рд) обобщенной характеристики вакуумной системы соответствует только одна точка оси ординат (оси Он) , положение которой определяется видом безрегуляторной и регуляторной ветвей т.е. их уравнениями.
Получив рациональную или эмпирическую формулы характеристик конкретного насоса и конкретного вакуум-регулятора и введя их в компьютер при разработке соответствующей программы и используя в качестве исходных данных только показания вакуумметра доильной установки в процессе доения, можно получить следующую расчетную информацию: 1. Обобщенную характеристику системы, ее математическую модель; 2. По величине вакуума при нагрузке вакуумной системы только вакуум - проводом (молокопровод отключен) можно получить расход воздуха через неплотности вакуум -провода т.е. его герметичность; 3. При подключении к системе молокопровода (без доильных аппаратов) - расход воздуха через неплотности молокопровода и вакуумпровода - QHn (суммарная герметичность); 4. При подключении всех доильных аппаратов без доения - расход воздуха через доильные аппараты в статике; 5. Введя интервал колебания вакуума при работе всех операторов машинного доения, можно получить интервал расхода воздуха доильными аппаратами в динамике т.е. судить о качестве работы операторов; 6. Решать обратную задачу. Например, моделируя расход воздуха по какому угодно закону, получить прогноз «поведения» вакуума; 7. Введя кривую колебания вакуума, полученную самопишущим вакуумметром, получим кривую расхода воздуха потребителями вакуума во времени, по месту расположения которой можно видеть не вышел ли процесс функционирования системы на безрегуляторную ветвь обобщей характеристики. Например, вакуумметр при доении показывает размах колебаний (рис.2.2 «а») 41...51кПа. Компьютер покажет, что расход воздуха Qn = Qcnr + д попадает на безрегуляторную ветвь Аі - В і. Для перевода процесса функционирования на регуляторную ветвь необходимо либо уменьшить в два раза расход воздуха через неплотности Qim- (рис. 2.2 «а»), либо заменить вакуумный насос на более производительный, например, на водокольцевой (рис.2 «б»). Если новый насос будет иметь характеристику А2 - В2 - Е2, а вакуум-регулятор останется прежним, то его характеристика будет иметь вид Д - К -Е2 . На участке К - Е2 расход воздуха через регулятор будет постоянной величиной, так как проходное сечение вакуум-регулятора полностью открыто и имеет максимальную величину, а скорость течения воздуха через это сечение равна критической скорости VKp, т.е. местной скорости звука. Одной из особенностей движения газа в любых дроссельных устройствах (в т.ч. и в вакуум-регуляторах) является наличие критической скорости истечения, под которой понимается максимальная скорость Укр, равная местной скорости звука и достигаемая при критическом отношении давлений (Рост/Ратм) = vKp. Величина критического отношения давлений воздуха vKp, при котором устанавливается максимальный расход через регулятор qm,зависит от конструктивных особенностей проходного сечения регулятора и по данным различных авторов для серийных вакуум-регуляторов составляет 0,528. В связи с этим, для построения обобщенной характеристики системы надо иметь расходную характеристику вакуум-регулятора в докритической (v vKp) и надкритической (v vKp) областях истечения воздуха через регулятор. Желательно, чтобы характеристика вакуумного насоса и вакуум-регулятора прилагалась бы заводами-изготовителями к техническим паспортам этих узлов. При наличии характеристики водокольцевого насоса А2 - В2 - Е2 и характеристики регулятора Д - К - Е2 обобщенная характеристика системы будет иметь вид А2 - В2 - N2 - М. Особенностью обобщенной характеристики системы во втором случае является наличие двух безрегуляторных ветвей А2 - В2 и N2 - М. При уменьшении вакуумной нагрузки, связанной с выходом операторов машинного доения из работы и отключением доильных аппаратов, рабочий процесс оставшихся доильных аппаратов будет в этом случае осуществляться по правой безрегуляторной ветви. Обобщенная характеристика системы во 2-м случае показывает, что использование насоса с характеристикой А2 - В2 - Е2 и прежней характеристикой вакуум-регулятора нельзя считать удачным техническим решением, поскольку размах колебаний вакуума, хотя и уменьшался, но все равно остается больше допускаемых значений и сдвинется в сторону увеличения вакуума, что неминуемо вызовет повышение энергозатрат и отрицательные последствия работы доильных аппаратов на сверхвысоком вакууме. Функционирование вакуумной системы в данной ситуации можно перевести в пределы регуляторной ветви тремя способами: 1. Либо искусственно увеличить расход воздуха через неплотности в два раза (рис. 2.2 «б») например, один или несколько молочно - вакуумных кранов во время доения держать открытыми; 2. Либо установить параллельно первому вакуум - регулятору еще один регулятор с такой же расходной характеристикой. В этом случае суммарная расходная характеристика регуляторов будет иметь вид Д - С2 , а регуляторная ветвь системы В2 - N3 (рис.2.2 «б»). Оба приведенные способа позволяют стабилизировать вакуумный режим, но значительно увеличивают энергозатраты на работу водокольцевого вакуумного насоса. 3. Уменьшить или увеличить подачу воды в водокольцевой насос, что приведет к сдвигу всей характеристики А2 - В2 - Е2 вниз, т.е. в сторону оси абсцисс, что позволяет снизить потребляемую мощность на работу насоса и стабилизировать вакуумный режим.
Обоснование необходимости регулирования производительности
Как было отмечено ранее вакуумная нагрузка на насос во время доения является величиной переменной. Максимальный и минимальный расход воздуха потребителями вакуума разнится почти в два раза. Максимальная нагрузка по расходу воздуха устанавливается через 20...30 мин. после начала доения. В этот период все операторы машинного доения вошли в режим работы, функционируют индивидуальные и групповые счетчики молока, силовые цилиндры отключателей доильных аппаратов и т.д.
Через 1,5...1,7 часа по мере окончания доения операторы машинного доения выходят из ритма. Число работающих доильных аппаратов уменьшается. По окончании доения следует промывка молокопроводов, доильных аппаратов, длящаяся 0,8...1часа. В этот период пульсаторы доильных аппаратов отключены от вакуумной системы, не работают силовые цилиндры. В такие периоды нет необходимости эксплуатировать вакуумный насос с максимальной производительностью. Целесообразно для экономии материальных ресурсов переключить насос на меньшую производительность.
Регулировать производительность роторно-пластинчатых насосов можно единственным способом изменением числа оборотов ротора т.е. в данном случае уменьшаем. Однако регулировать число оборотов приводного вала электродвигателя, питающегося переменным током, крайне сложно, а значит, дорого. Производительность водокольцевых насосов можно регулировать, более простым и дешевым способом: изменением количества воды, подаваемой в насос для питания водяного кольца. Однако регулировать подачу воды вручную, закрывая или открывая водяной расходный кран, весьма трудоемкое дело, требующее кроме того специально обученного работника. Автоматическое регулирование подачи воды в водокольцевой насос в зависимости от величины вакуумной нагрузки позволит регулировать его производительность по воздуху, увеличивая или уменьшая ее в соответствии с вакуумной нагрузкой. Для этой цели нами был разработан комбинированный прибор регулирования вакуумного режима вакуумных систем доильных установок. Принцип действия прибора основан на том, что величина вакуума в системе зависит от производительности насоса. Регулируя производительность, можно изменять вакуумный режим. Прибор работает совместно с серийным вакуум - регулятором АДМ08.000 (рис.3.1.), в связи с чем он получил название «комбинированный прибор регулирования вакуума» при работе вакуумных водокольцевых насосов - КПРВ. КПРВ работает следующим образом. В период максимальной вакуумной нагрузки, т.е. при максимальном числе подключенных доильных аппаратов, манипуляторов, счетчиков молока и т.д. расход воздуха через серийный вакуум-регулятор составит Воздушный поток, проходя надмембранную камеру «В» и диффузор 9 (трубка Хупера), создает в подмембранной камере «А» вакуум, но при данном расходе, определяющим скорость потока воздуха через диффузор, этого вакуума недостаточно, для того чтобы преодолеть силу упругости пружины 5, удерживающей мембрану 2 в предельно верхнем положении. Конус 7 гидроблока находится в предельно верхнем положении. Вода в водокольцевой насос в этом случае попадает через максимально открытое отверстие в перегородке гидроблока. Расход воды для питания водяного кольца насоса максимален. Производительность насоса максимальна. По окончании дойки и отключения части доильных аппаратов от вакуумной системы, расход воздуха через серийный вакуум-регулятор возрастает. Возрастает скорость воздушного потока через диффузор 9. Возрастает величина вакуума в подмембранной камере «А». В момент, когда сила вакуумметрического давления, действующая на мембрану сверху вниз, превысит силу упругости пружины 5, мембрана 2 прогибается вниз и конусный клапан 7 прикрывает отверстие в перегородке гидроблока, уменьшая его проходное сечение. Питание водяного кольца насоса будет осуществляться через кольцевое отверстие меньшей площади. Расход воды для питания водяного кольца минимален, производительность насоса минимальна. Дальнейшее срабатывание происходит в обратной последовательности. Длительность откачки воздуха из подмембранной камеры «А» можно регулировать винтом 10. Такая регулировка необходима для того, чтобы прибор не реагировал на кратковременное изменение скорости воздушного потока в диффузоре 9. Уменьшение производительности водокольцевого вакуумного насоса в этом случае позволит сдвинуть процесс функционирования системы «потребители вакуума - вакуумный насос - вакуумный регулятор» в пределы регуляторной ветви обобщенной характеристики, что повысит качество регулирования вакуума и снизит энергопотребление двигателя вакуумного насоса. Для обеспечения возможности использования КПРВ с различными типоразмерами водокольцевых вакуумных насосов, потребляющих различное количество воды для питания водяного кольца, в нем предусмотрена регулировка предельного верхнего и нижнего положений конуса 7, осуществляемая винтами 3 и 8. Для обеспечения надежного функционирования КПРВ, обоснованию конструктивно-режимных параметров подлежат: диффузор 9, мембрана 2, пружина 5, конусный клапан 7. Движущая сила мембранно-пружинного механизма гидроблока КПРВ зависит, кроме геометрических параметров и механических свойств деталей, главным образом от величины вакуума в подмембранной камере «А» КПРВ и динамики его изменения. Упомянутая величина вакуума в свою очередь зависит от скорости воздуха в горловине диффузора, присоединенного к входному патрубку серийного вакуум-регулятора, т.е. от характера взаимодействия элементов системы «потребитель вакуума вакуумный регулятор - вакуумный насос» с переменным режимом питания водяного кольца. Структурная схема КПРВ, как системы автоматического регулирования производительности насоса, представлена на рисунке 3.2
Построение характеристики регуляторной ветви вакуумной системы
Исходя из рабочей гипотезы о возможности регулирования вакуумного режима изменяем производительность водокольцевого вакуумного насоса, в качестве критерия оптимизации была выбрана производительность водокольцевой вакуумной установки Y .
С целью изучения влияния различных факторов на производительность водокольцевого вакуумного насоса, сокращение времени исследования и исключения влияния некоторых, возмущающих факторов, нами был спроектирован лабораторный стенд (рис. 3.2), структурно функциональная схема, которой представлена на рис. 4.2 Длина имитатора вакуум - провода, в эксперименте составляла 3 м., а рабочий объем - 50л. Для снятия динамических характеристик регуляторов согласно ГОСТ 11730 - 79 стенд легко можно переоборудовать за счет коротких сменных труб. Измерение вакуума проводили с помощью ММД - 1 с кругом ценой измерения 0,01...80 кПа. Значения относительной влажности и температуры окружающего воздуха замеряли барометром - анероидом БАММ - 1 и психрометром аспирационным MB - 4М. Кроме того, для замера температуры воздуха и воды в водокольцевои вакуумной установки непосредственно в вакуум проводе использовали термометры лабораторные с ценой деления 0,1 С (ТКП-100 предел измерения 0-100 С). Производительность установки измерялась газовым счетчиком. Параметры выходных сигналов принимались на головку миллиамперметра. Запись аналоговых значений проводили на ЭВМ. Расход электроэнергии для различных режимов вакуумметрического давления водокольцевои установки измеряется прибором К - 50. Для имитации нагрузки на вакуумметрическую линию подключался имитатор расхода воздуха доильными аппаратами, заимствованный из ранее проведенных работ [125]. Устройство выполнено в виде пакета из дисков, и имеет базовые отверстия различных диаметров. Данное приспособление позволяет хорошо имитировать расход воздуха группой одновременно работающих доильных аппаратов. Для определения расхода воды на водокольцевых установках малой производительности нами использовался счетчик расхода воды ДУ - 25. Для водокольцевых насосов высокой производительности использовали счетчик ДУ-35. Так для регистрации и исследования быстро протекающих переходных процессов применен индуктивный датчик, устройство которого в сборе с микрометрическим тарировочным приспособлением показано на рис. 4.10. Катушка индуктивного датчика соединяется с обмотками выходного трансформатора усилителя УТ4-1. Приведенная схема размещения и включения датчиков обеспечивает высокую чувствительность измерительной системы и одновременно компенсацию влияния изменений температуры окружающей среды. Величина ЭДС, пропорциональна перемещению клапана (благодаря жесткой связи стержня с тарелкой). Подвод питания и съем полученных электрических сигналов осуществлялась по классической схеме: датчик, преобразователь и пишущий элемент. Сигналы от усилителя подавались на первую линию восьмиканального двенадцатибитного аналого-цифрового преобразователя Voltcraft AD-USB 1. От аналого-цифрового преобразователя сигнал через USB-порт подавался на персональный компьютер Authentic AMD Duron. Сигналы регистрировались при помощи программы Monitor AD-USB [ 105 ]. Запись регистрируемых сигналов проводили в программной среде Microsoft Excel, приложения пакета программ Microsoft Office ХР, в виде таблиц. В первом столбце данной таблицы были значения времени, а в последующих столбцах — значения снимаемых показаний по каналам аналого-цифрового преобразователя. Интенсивность приема сигналов (т. е. промежуток времени между значениями времени первого столбца) задается пользователем в зависимости от уровня экспериментальных исследований в частности от 0,05...0,5 Гц. по следующей схеме: 1. Определение расхода воздуха доильными аппаратами. Перед тем как приступить к началу проведения опытов, осуществляли общую подготовку стенда к работе, тарировали приборы и датчики, заполняли водой емкости искусственного вымени. Затем настраивали требуемую величину вакуума в трубопроводах, согласно технической характеристики доильного аппарата, включали в работу регистрирующие приборы и проводили технические операции в последовательности, указанной в таблице 4.4. Время проведения каждой операции контролировали по электронному секундомеру. Кратность повторения опытов составляла четыре раза, а затем определяли расход воздуха через полностью открытый доильный стакан и через весь доильный аппарат, и переходили к следующему доильному аппарату. 2. Этап исследования доильных установок включал в себя: проверку и устранение технических недостатков доильной установки. С пуском в работу первого доильного аппарата на линии отмечали время начала дойки и включали все приборы стенда; с прекращением работы последнего аппарата, приборы отключали и записывали время отключения дойки. 3. Непосредственно экспериментальные исследования вакуумных регуляторов на предмет работоспособности и надежности. При проведении опытов на стенд устанавливали вакуум-регулятор и его камеры, соединяли короткими резиновыми трубками с образцовыми вакуумметрами. Затем измерительным индикатором устанавливали клапан на высоту 1мм. Далее включали водокольцевой вакуумный насос и осуществляли продувку вакуум - регулятора стационарным потоком воздуха при различных значениях перепада давления, начиная от минимального (8...10кПа) до максимального 70...80кПа. После завершения продувки на максимальном перепаде давления клапан регулятора устанавливали на высоту 2,3,4,мм и т.д. и опыт повторяли. Показания приборов для каждого положения клапана заносили в журнал.
Опыт по выявлению влияния геометрических параметров экспериментального регулятора на величину статической погрешности выполняли по общей принятой методике снятия статических характеристик вакуумных регуляторов доильных установок. Величины настроечного вакуума и расхода воздуха через регулятор были во всех случаях одинаковыми и равными соответственно 53,3 кПаи 60 м /ч.
