автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Повышение работоспособности оборудования химических производств искусственных волокон

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Объект исследования

1.2 Эксплутационные показатели машин и агрегатов установок химического производства искусственных волокон.

1.2.1 Влияние конструкторско-технологических параметров точности на эксплутационные показатели компрессорных машин.

1.2.2 Конструкторско-технологические особенности агрегатов, применяемых для улавливания или фильтрации материалов

1.2.3 Конструкторско-технологические особенности установок химических производств, применяемых для смешения продуктов

1.3 Методические основы исследования работоспособности оборудования химического производства искусственных волокон

1.3.1 Комплексность и системность исследований

1.3.2 Эффективность использования продукции

1.3.3 Оценка работоспособного состояния

1.4Оценка технического уровня машин и агрегатов

1.4.1 Показатели повышения работоспособности машин и агрегатов, создающих рабочую среду и потребляющих сжатый воздух

1.4.2 Повышение эффективности смешения гетерогенных сред

1.4.3 Повышение показателей технологичности фильтровальных установок, обеспечивающих эффективность улавливания вторичных продуктов

1.5 Компрессорные машины

1.6 Компоновка технической системы доминирующей конструкции поршневого компрессора

1.6.1 Компоновка конструкции по функциональным свойствам

1.6.2 Компоновка компрессора по конструкторским свойствам

1.6.3 Компоновка конструкции по технологическим свойствам

1.6.4 Планирование пассивного эксперимента на основе методов ранговой корреляции

1.7 Выводы

1.8 Постановка задачи

2. Исследование влияния точности геометрических параметров деталей и сборочных единиц на работоспособность компрессорного агрегата

2.1 Анализ априорной информации для описания целевой функции

2.1.1 Определение формализованного вида переменных экс-плутационных показателей и функциональных параметров

2.1.2 Идентификационный анализ точности функциональных параметров и эксплутационных показателей.

2.1.3 Разработка исходной математическом модели функционирования

2.2 Результаты экспериментальных исследований по определению функциональных характеристик установок потребителей сжатого воздуха

2.3 Разработка методики теоретических исследований влияния зазора в сопряжении втулка-поршень на потерю производительности

2.3.1 Теоретическая оценка существующих прикладных решений влияния точности геометрических параметров на герметичность клапанов в поршневых компрессорах

2.3.2 Аналитические методы исследований и оптимизация работы оппозитных поршневых компрессоров в зависимости от угла поворота коленчатого вала, средней скорости движения поршня, срабатывания клапанов и величины протечки

2.3.3 Прогнозирование расчетной точности положения поршня в различные периоды времени

§

2.4 Получение формализованного расчетного уравнения взаимосвязи функциональных параметров с производительностью g

3. Исследование фактической точности деталей и узлов компрессоров получаемой при обработке и сборке gg

3.1 Методика исследования точности геометрических параметров деталей компрессора

§g

3.2 Исследование погрешностей, определяющих пространственную форму цилиндрических деталей д \

3.3 Влияние отклонений формы поверхностей на величину зазора в сопряжении втулка поршень

3.3.1 Применение методов математической статистики при обработке фактических данных по изогнутости оси цилиндра

3.4 Определение величины зазора при его идентифицировании в качестве характеристики поршневого уплотнения jQ

3.4.1 Статистическая обработка результатов измерения для аппроксимации полигона распределения размеров в сопряжении втулка-поршень

3.5 Методика экспериментальных исследований по определению фактической точности изготовления деталей поршневого уплотнения

3.6 Планирование эксперимента по исследованию величины утечки в процессе приработки поршневых колец

4. Исследование динамической точности деталей и сборочных единиц

4.1 Исследование температурных деформаций и их влияния на работу поршневых уплотнений

4.1.1 Выбор методики измерения температуры деталей при эксплуатации

4.1.2 Экспериментальные исследования по термометрированию деталей в условиях натурных испытаний

4.2 Определение величины зазора в сопряжении втулка-поршень при эксплуатации компрессора

4.3 Исследование силовых деформаций ответственных деталей компрессора

4.3.1 Методика исследования силовых деформаций деталей компрессора

4.3.2 Определение величины деформации в шпильках цилиндров

4.3.3 Тензометрические измерения втулки

4.4 Исследование износа поршневых колец при эксплуатации компрессора

4.5 Влияние работы клапанов на работоспособность компрессора при наработке на отказ

5. Разработка обобщенной математической модели функционирования оборудования для расчета оптимальных геометрических параметров. Внедрение результатов исследования.

5.1 Аналитический подход к расчету точности геометрических параметров при анализе крейцкопфного механизма движения поршневого компрессора

5.2 Моделирование нестандартных режимов исследуемых объектов с распределенными параметрами \

5.2.1 Анализ устойчивости работы смесителя при управлении производительностью компрессорной установки

5.2.2 Условие оптимальности функционирования фильтровальной установки, имеющей ограничения по степени загрязнения и минимизации требований к качеству фильтрования

5.2.3 Обеспечение работоспособности исполнительных элементов, использующих сжатый воздух при получении химических волокон по непрерывному способу производству

5.3 Повышение экологических показателей работы установок при совершенствовании методов управления технологическим процессом

В Указах Президента РФ и постановлениях Правительства указывается на необходимость повышения работоспособности машин и агрегатов в различных отраслях промышленного производства.

Это отражено в Постановлении по созданию Федеральной целевой программы «Энергосбережение России» (Постановление от 24 января 1998 г. №80)

Указ Президента «Об основных направлениях энергетической политике и структурной перестройке ТЭК на период до 2001 г.» (Указ № 472 от 7.05.95) ставит задачу снижения энергетических затрат. Это в полной мере относится к оборудованию химического производства искусственных волокон, которое включает в себя машины, агрегаты и аппараты, имеющие большое энергопотребление.

В рамках программы, которая была разработана на основании распоряжения Министерством образования Российской Федерации № 2227 от 03.11.97. «Об утверждении основных направлений научно-технической деятельности высшей школы» в объеме исследуемых направлений в области «Производственных технологий» и «Энерго- и рациональное природопользования» указывается на необходимость повышения работоспособности установок химических производств, как важнейшего фактора конкурентоспособности отечественного оборудования при выходе продукции на мировые рынки. Химическое и нефтехимические производства являются крупным потребителем энергии. Сокращение расходов и потерь энергетических ресурсов при эксплуатации установок достигается на ряду с другими мероприятиями разработкой и принятием оптимальных технических решений, связанных с назначением и обеспечением точности на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации.

В программе Министерства образования Российской Федерации № 1788 от 16.06.2000 г. «Научные исследования высшей школы в области производственных технологий в объеме подпрограмм по приоритетным направлениям науки и техники» указывается, что «с целью совершенствования управления научных исследований по приоритетным направления науки и техники, учитывая заключенное соглашение по научно-техническому сотрудничеству Минобразования России по отраслям реального сектора экономики страны» и в соответствии с решением Научно-технического совета Минобразования России от 26-28 января 2000 г. необходимо проводить целенаправленный и комплексный подход к решению вопросов развития и освоения научных разработок в производственной сфере.

Большинство промышленных линий имеет в своем составе оборудование, работающее на сжатом воздухе для улучшения динамических характеристик и интенсификации химико-технологических процессов. Затраты первичных ресурсов, в достаточной степени, можно сократить в достаточной степени при применении прогрессивных малоотходных технологий и совершенствования конструк-торско-технологических решений.

В данной работе поставлена задача повышения работоспособности оборудования химических производств искусственных волокон на основе комплексного рассмотрения взаимосвязанных вопросов по отработке требований к точности взаимозаменяемости и контролю при производстве оборудования.

5.9 Основные результаты и выводы.

1. Установлено, что эффективность работы линии химического производства искусственного волокна в значительной степени зависит от работоспособности оборудования, производящего и потребляющего сжатый воздух: компрессоров, фильтров, смесителей транспортирующих устройств и др. Повышение работоспособности оборудования может быть достигнуто назначением и обеспечением оптимальной точности деталей компрессора, а также совершенствованием конструкции устройств, работающих в системе сжатого воздуха установки.

2. Исследование фактической точности производства выявили возможность повышения точности ответственных деталей и узлов без ожидаемого изменения затрат на изготовление, что позволяет повысить вероятностные показатели работоспособности оборудования.

3. Установлено, что размеры, формы и взаимное расположение поверхностей деталей компрессора, полученные в результате механической обработки, изменяются под воздействием силовых и температурных деформаций при сборке и работе компрессора. Экспериментальные исследования показали, что отклонения геометрических параметров от действия указанных факторов, а также износа при эксплуатации превышает в 1,5-2 раза допуски на обработку.

4. В результате теоретических исследований получены уравнения, позволяющие установить математическую модель взаимосвязи производительности с зазором в поршневых уплотнениях, геометрическими параметрами механизма движения, а также термодинамическими параметрами процесса сжатия.

5. Разработана методика проведения экспериментальных исследований по установлению влияния основных геометрических параметров деталей компрессора на его эксплуатационные показатели в широком диапазоне режимов эксплуатации,- Анализ результатов экспериментальных исследований позволил определить граничные условия для решения уравнений описывающих математическую модель взаимосвязи эксплуатационных показателей с функциональными геометрическими параметрами компрессора.

6. Разработана методика расчета оптимальной точности деталей и узлов поршневых оппозитных компрессоров исходя из обеспечения заданных эксплуатационных показателей. Методика может быть рекомендована для расчетов деталей и узлов поршневых компрессоров других типов.

7. Разработаны новые конструкторско-технологические решения позволившие повысить эффективность работы оборудования: фильтров, смесителей и др. Новизна подтверждена авторскими свидетельствами.

8. Проведенные комплексные исследования позволили повысить работоспособность оборудования в среднем на 7%, показатели технологичности на 10-15%. Снижен уровень загрязнения. Экономический эффект составил 600 тысяч рублей. Использование результатов работы позволит повысить конкурентоспособность отечественного оборудования.

1. Аиурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя, т. 1.- М.: Машиностроение, 1976.

2. Борисов В.В, Плютто В.П. Практикум по теории автоматического управления химико-технологическими процессами. М.: Химия, 1987

3. Браверман П.Ф. и др. Оборудование для производства химических волокон. М.: Машиностроение, 1967.

4. Брагинский Л.Н. и др. Перемешивание в жидких средах. Ленинград: Химия, 1984.

5. Волков Е.А. и др. Экономическая эффективность автоматизированного производственного управления. М.: Мысль, 1987.

6. Воронцов Н.И., Гельфгат Д.Б., Лунев И.С. Тензометрирование деталей автомобиля.М.: Машгиз, 1962.

7. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1964.

8. Голынский А.В. Теория и расчет судовых паровых машин. М.: Морской транспорт, 1951.

9. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции.

10. ГОСТ 18.101-82. Количественные методы оптимизации параметров объектов стандартизации. Основные положения по составлению по составлению математических моделей.

11. ГОСТ 27.302-86. Надежность в технике Методы управления допускаемого отклонения технических параметров технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса составных частей агрегатов машин.

12. Данилов Н.И. Энергосбережение. Екатеринбург: 1999.

13. Дубровин М.Г. Исследование влияния микро и макрогеометрии гильзы цилиндров 4-х тактного дизеля на ее долговечность. Автомобильная промышленность, №11, 1967.

14. М.Жужиков В.А. Фильтрование, теория и практика разделения суспензии. М.: Химия, 1980.

15. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования. М.: Наука, 1976.

16. Ингликов М.А. Экспериментальное исследование эффективности уплотнений цилиндро-поршневых групп компрессоров с лабиринтными поршнями. Энергомашиностроение №1 1967.

17. Калитенко В.Г. Точностные расчеты при проектировании поршневых компрессоров. М.: Машиностроение, 1965.

18. Карпухин В.Н., Николаенко В.А. Измерение температуры с помощью облученного алмаза. М.: Атомиздат, 1971.

19. Каталоги фирм «Борзиг», «Иточу мицуи», «Сумитомо», «Мицубиси»

20. Кафаров В.В. методы кибернетики в химии и химической технологии. М.: Химия, 1971.

21. Кацнельсон М.У. и др. Тензометрия машин пищевых производств. М.: Машиностроение, 1968.

22. Ким В. С-Х. Диспергирование и смещение в процессах производства и переработки пластмасс. М.: Химия, 1988.

23. Ким В. С-Х. (соавтор Басов Н.И.) Оборудование для производства объемных изделий из термопластов. М.: 1972.

24. Кириллин В.А: и др. Техническая термодинамика. М.: Энергия, 1975.

25. Кодиров И.Б. и др. К вопросу о влиянии числа поршневых колец на процесс утечек газа через неплотности в компрессорных машинах. Азербайджанское нефтеное хозяйство №6,43-45, 1960.

26. Колчков В.И. и др. Определение зазора в поршневом уплотнении компрессора с использованием индикатора из облученного алмаза. М.: Машиностроение, 1987.

27. Колчков В.И. (соавтор Скворцов А.В.) Точностные метрические модели на основе графов. Изд. АН СССР Машиноведение №3 1987.

28. Комиссаров Ю.А., Гордеев А.А., Вент Д.П. Основы конструирование проектирования промышленных аппаратов. М.: Химия, 1998.

29. Комодзима и др. Характеристики утечек в компрессорах с лабиринтными уплотнениями. Перевод из «Нихон кикай гакайси», т.64 №509, 1961. ГПНТБ Пер. 64/1443 М„ 1963.

30. Кравцов В.Э., Колчков В.И. Конвенциональные способы компоновки поршневых компрессоров и перспективы внедрения новых материалов в поршневых уплотнениях. М.: Деп. ВИНИТИ 11.10.99, №3033 В 99

31. Кравцов В.Э. Методика и содержание работ по практическому исследованию состояния поршневых уплотнений поршневых компрессоров на оппозитной базе ВМ-40. М.: Деп. ВИНИТИ 11.10.99 №3034 В-99

32. Кравцов В.Э., Колчков В.И. О проблемах, возникающих в проектировании и работе поршневых крейцкопфных оппозитных компрессоров. М.: Деп. ВИНИТИ'11.10.99 №3032 В-99

33. Кравцов В.Э., соавтор Колчков В.И. Повышение эффективности нового оборудования в химической промышленности на основе комплексного подхода к работе компрессорных установок. М.: Деп. ВИНИТИ 041.07.00 №1871 В-00

34. Кравцов В.Э., соавтор Колчков В.И. Применение метода статистических испытаний (метод Монте-Карло) для повышения эффективности работы поршневых компрессоров. М.: Деп. ВИНИТИ 11.10.99 №3035 В-99

35. Кравцов В.Э. Применение методов теоретической оптимизации для анализа стабильности функционирования изделий машиностроения. М.: Деп. ВИНИТИ 04.07.00 №1870 В-00

36. Кравцов В.Э. и др. Смеситель а.с,- 1636226; (51)5В28С5/16; ВО 1F7/18;(21) 4490215/33; (22)10.10.88; (53)621.929.9 Бюллетень №11 23.03.91

37. Кравцов В.Э. и др. Устройство для непрерывного перемещения нитей к машине для получения химических нитей, а.с. 1509427 Бюллетень №35 от 23.09.89 (21)4319669/40-12; (51)00ЮБ/16;(22)12.10.87

38. Кравцов В.Э. и др. Устройство для регистрации подмотов. а.с. №1612005. (51)5D01 D13/02; D01H13/14;(21)4633116/40-12; (22) 05.01.89; (72)677.46 Бюллетень №45 от 7.12.1990.

39. Кравцов В.Э. и др. Фильтр для очистки жидкостей, а.с. № 1636022. (51)5B01D35/22;(21)4678349/26;(22). 14.04.89; (53)66.067.324 Бюллетень №11 23.03.91.

40. Краюхин Г.Л., Суслов В.Н. Задачи и конкретные ситуации. Методическое пособие по курсу «Экономические проблемы научно-технического прогресса». М.: Экономика, 1994.

41. Кремлевский П.П. Расходомеры, и счетчики количества. Ленинград: Машиностроение, 1975.

42. Кутепов A.M. и др. Вероятностный анализ процессов просеивания частиц в произвольной формы. Теоретические основы химической технологии, 1983. т.27 №4 стр. 510-51-5

43. Луганцев Л.Д. Операционные системы. Учебное пособие. М.: 1999.

44. Макаров Ю.И. Новые типы машин и аппаратов для переработки сыпучих материалов. Уч. пос. МИХМ, М.: 1982.

45. Макаров Ю.И. Технологическое оборудование химических и нефтегазоперерабатывающих заводов. М.: Машиностроение, 1976.

46. Мамонтов М.А. Некоторые случай течения газов. М.: Оборонгиз, 1951.

47. Методика определения остаточного ресурса воздушных компрессоров с учетом конкретных условий эксплуатации. М.: МИХМ, 1990. Заславский Б.Г. Полуэктов Р.А.

48. Милованов В.И. Повышение долговечности малых холодильных компрессоров. М.: Пищевая промышленность, 1980.

49. Мищенко А. А. Повреждение цилиндровых втулок судовых и тепловозных двигателей внутреннего сгорания и причины их возникновения. Сб. трудов ВИНИТИ №2 1967.

50. Никифоров А.Д. Взаимозаменяемость стандартизации и технические измерения. М.: Высшая школа, 2000.

51. Никифоров А.Д., Колчков В.И. и др. Комплексная оптимизация качества элементов оборудования. Стандарты и качества №8 1981.

52. Никифоров А.Д., Колчков В.И. и др. Обеспечение качества нефтехимического оборудования. М.: Машиностроение 1984.

53. Никифоров А.Д. и др. Инженерные методы обеспечения качества машиностроения. М.: Издательство стандартов, 1987.

54. Никифоров А.Д. и др. Процессы управления объектами машиностроения. М.: Высшая школа,-2001.

55. Новиков И.И., Захаренко В.П. Анализ работы поршневых колей крупных компрессоров для аммиачного производства. В кн. «Компрессорные и вакуумные машины» ЦИНТИХИМНЕФТЕМАП1, сер. ХМ-5 вып. 1. М.: 1968.

56. Новиков ИИ, Захаренко В.П. и др. Бессмазочные поршневые уплотнения в компрессорах. Ленинград: Машиностроение, 1981.

57. ОН 26-01-55-67 Компрессоры поршневые, клапаны самодействующие прямоточные.

58. Палей М.А. Отклонение формы расположения поверхностей. Изд. Стандарты, 1965.

59. Пластинин П.И. Расчеты и исследования поршневых компрессоров с использованием ЭВМ. М„ ВИНИТИ, 1981.

60. Пластинин П.И. Теория и расчет поршневых компрессоров. М.: Агропромиздат, 1987.

61. Половинкин А.И. Автоматизация поискового моделирования. М.: Радио и связь, 1981.

62. Продан В.Д. Расчет и конструирование устройств для предварительной затяжки крепежных изделий прочно-плотных соединений сосудов и трубопроводов высокого давления. М.: МИХМ, 1976.

63. Проников А.С. Основа надежности и долговечности машин. М.: Изд. Комитета стандартов, 1969.

64. Прошков А.В. Машины для производства химических волокон. М.: Машиностроение, 1974.

65. Пучкин Б.И. Приклеиваемые тензодатчики сопротивления. M-JT: Энергия, 1966.

66. РД50-635-87 Методические указания. Цепиразмерные основные понятия. Методы расчета линейных угловых цепей. М.: Изд. Стандартов, 1987.

67. РД50-650-87 Надежность в технике. Методические указания, М.: 1988.

68. Риттр У. Поршневые компрессоры с лабиринтным уплотнением поршня без смазки. Пер. ГПНТБ, №60/2646

69. РТМ 44-62 Методика статистической обработки эмпирических данных. М.: 1966.

70. Сакато Сиро Практическое руководство управления качеством. М., Машиностроение, 1980. .

71. Соболь И.М. Метод Монте-Карло. М.: Наука, 1972.

72. Сода Н. Нокада Т. Механизм смазки молекулами окружающего газа при адгезионном износе. «Проблемы трения и смазки» №4, 1978.

73. Сытник В. Компьютеризация информационных процессов на промышленных предприятиях. Киев, Техника, 1991.

74. Танака К. Трение и износ термопластических полимеров, накопленных углеродным и стеклянным волокном. «Проблемы трения и смазки» №4, 1977.

75. Тарасов JI.B. Мир, построенный на вероятности. М., Просвещение, 1984.

76. Трухин А.Х. Повышение надежности и долговечности поршневых компрессорных машин. М, Машиностроение, 1972.

77. Уваров А.В. и др. Вспомогательные производства; интенсификация и эффективность. Ленинград, 1991.

78. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М., Наука, 1986.

79. Френкель М.И. Поршневые компрессоры. Ленинград: Машиностроение, 1961.

80. Холпанов Л.П. Гидродинамика и теплообмен с поверхностью раздела. М.: Наука, 1990.

81. Хорн Г. К оценке лабиринтных поршневых уплотнений в воздушном компрессоре. Пер. ГПНТБ №68/81973', 1965.

82. Шубин B.C. Надежность оборудования химических производств. Учебное пособие. М.: МИХМ, 1989.

83. Чернобыльский И.И. Машины и аппараты химических производств. М.: Машиностроение, 1975.

84. Энгли А. Лабиринтный поршневой- компрессор для сухого сжатия газа. ГПНТБ пер. №66/59845, 1964.

85. Якушев А.И. Направления развития взаимозаменяемости в машиностроении. «Вестник машиностроения» №12 1971.

86. Якушев А.И. Основы взаимозаменяемости и технические измерения. М.: Машиностроение, 1968.

87. Якушев А.И. Справочник контролера машиностроительного завода. М.: Машиностроение, 1980.

88. Якушев А.И. Функциональная 'взаимозаменяемость и ее связь с надежностью и долговечностью изделий. В кн. «Основные вопросы надежности и долговечности машин». М.: 1969,

89. Englisch С. Kolbenringe. Theorie, Herstellung und Bemessimg, in zwei Banden. Wien, Springen-Verlag, 1958.

90. В ходе работы над диссертацией автором были переведены с японского языка и отредактированы следующие статьи по исследуемой тематике:1. 1992 г. Хим. машиностроение. УДК 678.057.3. Экструдеры для пластмасс.

91. Автоматизированная система сбора данных в процессе экструзии. 7.47.330 1991 г. - 8 №5 с. 37-43 "3. 1992 г. Система автоматического контроля качества изделий полученных экструзией. 1991 г. 8 - №5 - с. 9-13

92. РФ №8 1992 г. УДК 66.067.3+621.928+66.066.7 Оборудование для фильтрации сепарации и обогащения 8.44.101. Высокоэффектный разделитель 1991 г. - 31№3 - с. 2-5 - Яп

93. РФ №1 1993г. Пресс для горячего прессования 1.47.336П Заявка 31228195 В30В7/02 В29С/43/20 11.10.89 Опубликовано 31.05.91 912 -28 -с. 589 - 599 - Яп1. Утверждаю»1. Генеральный директор1.КУЗЬМИН M.D.1 ' %/^тз г.

94. НПО « экотэн » I ^Кузьмин А.В.справкао реализации научно-технических разработок по повышению работоспособности поршневых компрессорных машин, выполненных Кравцовым В.Э

95. Внедрение указанных предложений позволило получитьэкономический эффект 600 тыс.руб. (шестьсот тыс.руб.) Работы будут продолжены, что в дальнейшем позволит увеличить экономический эффект. .

96. Руководитель инженерно-зконо1. Гаранина Т.О.