автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Повышение технического уровня оборудования для сахарной промышленности

г ъ и»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ УКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Р Г Б ОД

■ -.н .-пр/ НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

• • 5 • УДК 664.12.002.5.004.15

ВЕЛИК Владимир Григорьевич

ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ САХАРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.18.12- ПРОЦЕССЫ; МАШИНЫ

И АГРЕГАТЫ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК В ФОРМЕ НАУЧНОГО ДОКЛАДА

КИЕВ - 1994

Диссертацией является научный доклад

Работа выполнена в государственном Украинском научно-исследовательском и конструкторском институте продовольственного машиностроения

Официальные оппоненты: доктор технических наук, щюфессор

Н.А.Прядко,академик АИН Украины; доктор технических наук.профессор Н.В.Остапчук;

доктор технических наук,ст.научный сотрудник В.А.Князев

Ведущая организация - ПО "Смелянский машиностроительный

завод" Минмашпрома Украины, г.Смела

Защита диссертации состоится " ^с)"1995г. в /'/часов на заседании специализированного ученого совета Д.068.17.04 Украинского государственного университета пищевых технологий по адресу1252017, г.Киев, ул.Владимирская,68, аудитория А-311.

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Украинского государственного университета пищевых технологий.

Диссертация разослана "<Т 994г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета, кандидат технических наук,

доцент Н.И.Сороколит

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Научно-технический прогресс в сахарной промышленности базируется на разработке и внедрении совершенных технологий и высокоэффективного оборудования.

Технико-экономические показатели работы отрасли во многом определяются техническим уровнем применяемого оборудования,так как от этого зависят капитальные затраты на строительство и реконструкцию сахарных заводов, а также текущие затраты на производство сахара.

Вместе с тем, отечественное оборудование по ряду показателей, таких как производительность, масса, потребление сырья и энергии, надежность уступает зарубежному.

Поэтому проблема повышения технического уровня оборудования является актуальной и особенно в настоящее время ввиду резкого роста стоимости энергоносителей и как следствия этого - увеличения стоимости капитальных и эксплуатационных затрат на приобретение и эксплуатацию оборудования.

Известные работы в области повышения технического уровня оборудования для сахарной промышленности не носят комплексный характер и не обладают системным подходом к решении проблемы. В результате этого предлагаемые методы повышения технического уровня зачастую взаимно исключают друг друга. Например, снижение массы изделия приводит к ухудшению показателей его надекности,применение методов интенсификации процесса - к увеличению потребления энергии и т.д.

Решение проблемы может быть обеспечено за счет разработки научно-технических основ комплексного повышения технического уровня оборудования,базирующихся на исследовании процессов, протекающих в машинах и аппаратах. При атом успешно используется накопленная в результате работ многих поколения ученых и инженеров обширная информация об основных процессах сахарного производства.

В связи- с этим в настоящее время актуальное значение приобретают научные работы, направленные на комплексное решение проблемы повышения технического уровня оборудования для сахарной промышленности.

Работа выполнена в соответствии с планами научло-исследова-тельских и опытно-конструкторских работ государственного

- и -

Украинского научно-исследовательского и конструкторского института продовольственного машиностроения. (Укрниипродмаша) в период 1976-1993 г.г., которые формировались на основе постановлений директивных органов,Соглашения о многостороннем сотрудничестве по совершенствованию технологии и техники производства сахара из свеклы стран - членов СЭВ от 08.02.1980 г., а также в рамках Национальной программы производства технологических комплексов машин и ооорудования для сельского хозяйства, пищевой и перерабатывающей промышленности, утвержденной Постановлением Кабинета Министров Украины N536 от 16 сентября 1992 года.

Работа является обобщением результатов исследований, разработок и внедрения нового высокоэффективного ооорудования, выполненных лично автором, при его непосредственном участии и под руководством автора. Личный вклад автора определен в предисловиях к работам [1-71, а также протоколами долевого участия к работам 175-1021. Основные положения и результаты работы автором получены самостоятельно.

Автор выражает признательность работникам Укрниипродмаша и машиностроительных заводов, которые принимали участие в разработке конструкторской документации, изготовлению! и испытании ооорудования, а также в организации его серийного производства.

Цель работы состоит в разработке и внедрении научно-технических основ повышения технического уровня оборудования, что позволяет увеличить в оптимальных пределах его производительность, снизить трудоемкость, расход металла и энергии на создание и эксплуатацию ооорудования, уменьшить его стоимость, улучшить технологические показатели.

Для достижения указанной цели необходимо провести комплекс научных работ, обеспечивающих повышение единичной производительности оборудования, интенсификацию в нем технологических процессов, оптимизацию конструкции и параметров процессов. В качестве методологического используется комплексный подход к проблеме на основе моделирования.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые решены следующие научные задачи:

разработаны теоретические основы комплексного подхода к повышению технического уровня оборудования при его разработке на основе интенсивного и экстенсивного увеличения единичной

производительности, методов математического моделирования, оптимизации и интенсификации технологических процессов;

сформулированы и исследованы условия перехода от экстенсивного к интенсивному пути развития оборудования на основе технико-экономических критериев;

разработаны иерархические математические модели процессов и аппаратов с распределенными и с сосредоточенными параметрами, с помощью которых исследованы взаимные связи конструкции и рабочего процесса в оборудовании в установившемся и переходном режиме работы, что позволило по заданным параметрам технического уровня оборудования определять его конструкцию,реношы работы и наоборот;

предложены методы и критерии оптимизации элементов конструкции и параметров процесса, определены оптимальные их значения для ряда видов оборудования;

предложена и теоретически обоснована классификация оборудования по его способности к интенсификации технологических процессов, исходя из динамических свойств оборудования;

исследованы динамические характеристики аппаратов и определены условия, при которых возможна интенсификация процессов тепло- и массообмена.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Основы повышения технического уровня и базирующиеся на них методы расчета, математического моделирования и оптимизации нашли широкое применение при конструировании оборудования в Укрниипродмаше.

Разработаны новые конструкции машин, аппаратов и устройств, способы организации в них рабочих процессов и автоматизации, которые защищены 27 авторскими свидетельствами.

На основе результатов исследований в Укрниипродмаше разработаны, приняты межведомственными комиссиями и поставлены на серийное производство машиностроительными заводами 72 единицы нового высокоэффективного оборудования.

С периода постановки на производство Смелянский, Калиновский и Болоховский машиностроительные заводы выпустили более 6 тыс.шт. такого оборудования на сумму около 60 млн.руб. в действующих на тот период ценах. Кроме того,Калиновский машиностроительный завод выпустил около 30 тыс.шт. нокей новой конструкции для резки свеклы.

Выпускаемое оборудование имеет против аналогов пониженную металлоемкость в среднем на 20-30%, пониженную энергоемкость на 15-

-20%, повышенную единичную производительность в 2-4 раза. У отдельных видов оборудования удельная масса в 2-5 раз ниже, чем у зарубежных. Это дало экономию народному хозяйству около 1?тыс.тонн металлопроката.

Созданное оборудование демонстрировалось на меадународных выставках "Инпродторгмаш-78" (г.Москва), "Инпродторгмаш-86"(г.Москва), "Продмаш-ЭЗ" (г.Киев) и удостоено дипломов и медалей выставок.

Результаты работы используются автором в учебном процессе. На основе результатов работы издано три справочника и один каталог.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Всесоюзной научно-практической конференции по повышению технического уровня и качества оборудования для. продовольственных отраслей промышленности ( г.Одесса, 1982г. ), на VII Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах" (г Ленинград,1985г.). на Всесоюзной научно-методической конференции "Опыт и проблемы перестройки учебного процесса,в вузе на основе взаимодействия вуз- предприятие"(г.Суш,1991г.), на III Республиканской конференции "Повышение эффективности и совершенствование процессов и аппаратов химических производств" (г.Львов, 1973г.), на Республиканской научно-технической конференции "Интенсификация технологии и совершенствование оборудования перерабатывающих отраслей АПК" (г.Киев,1989г.),на семинаре "Вибрационные процессы в народном хозяйстве" (г.Киев, 1979г.), на 37-й (1971Г.), 38-Й (1972г.), 46-Й (1980г.), 47-й (1981г.) научных конференциях Киевского технологического института пищевой промышленности, а также на Научно-технических советах Минлегпищемаша, НПО"Пицемаш" и Укрниипродмаша. Кроме того, отдельные результаты работы, доложены на меадународных совещаниях Уполномоченных договаривающихся сторон Соглашения о многостороннем сотрудничестве по совершенствованию технологии и техники производства сахара из свеклы в период 1981-1989 г.г. (Болгария, Венгрия, Германия, Чехия, Польша).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 книг, в том числе три - в форме монографии; 10 брошюр; 27 авторских свидетельств на изобретения; всего - 102 работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе проведен анализ факторов, влияющих на технический уровень оборудования на всех стадиях его жизненного цикла от разработки до снятия с производства [1].

Установлено, что технический уровень оборудования предопределяется в основном на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. При этом наибольшее влияние на рост технического уровня оборудования оказывает повышение его единичной производительности, интенсификация, моделирование и оптимизация технологических процессов. Указанные факторы могут быть использованы раздельно или в комплексе. Наибольший эффект достигается при одновременном использовании факторов.-

Технический уровень оборудования определялся расчетным путем по обобщенному показателю, выражаемому зависимостью

п

Кту= ( 1/п ) I , (1)

1=1

где п - количество показателей (технико-экономических параметров), применяемых для оценки технического уровня изделия; qi - относи -тельное значение показателя к аналогу.

Для оценки технического уровня использовалось преимущественно до десяти показателей, таких как: единичная производительность (площадь поверхности теплообмена или другой главный параметр), установленная или потребляемая мощной, масса, занимаемая площадь, показатели надежности, качество продукта, удельные показатели массы и потребляемой энергии.

При количестве показателей более десяти обобщенный показатель технического уровня оборудования рассчитывался по зависимости

N

Кту = I А±Ко± ' 1=1

где N - количество групп показателей, по которым оценивался технический уровень; - коэффициент весомости 1-й группы показателей; численное значение относительного показателя 1-й группы к аналогу.

Численное значение относительного показателя 1-й группы оп -ределялось по выражению п

К01 =1 • 1=1

где т - количество единичных показателей в груше; а^- коэффициент весомости 1-го единичного показателя технического уровня.

Для дальнейших исследований Еыделены следующие основные факторы, влияющие на технико-экономические показатели оборудования: единичная производительность машин и аппаратов, интенсификация, моделирование и оптимизация протекающих в них процессов.

1 .Увеличение единичной производительности машин и аппаратов.

1.1. Влияние единичной производительности на показатели технического уровня оборудования.

В работе исследовано влияние единичной производительности оборудования на его основные технико-экономические показатели, определяющие технический уровень.

Установлено, что при увеличении единичной производительности снижаются удельные капитальные затраты на создание и производство оборудования, а также текущие затраты на его эксплуатацию. Капитальные затраты уменьшаются за счет снижения массы, энергоемкости и трудоемкости изготовления оборудования. Это в конечном итоге выражается в уменьшении стоимости единицы производительности или мощности (основного параметра) оборудования, т.е. в уменьшении его удельной стоимости, так как цена оборудования определяется в основном стоимостью металла, комплектующих изделий и трудоемкостью изготовления.

■»

Анализ весовых характеристик основной номенклатуры оборудования показывает, что увеличение единичной производительности,например, от 1 тыс.тонн переработки свеклы в сутки в два раза приводит к снижению удельной массы оборудования в среднем на 15-25%. В том числе у подогревателей кожухотрубных - на 15%, у вакуумаппара-тов - на 20%, у наклонных и колонных диффузионных аппаратов - на 25Ж, у выпарных аппаратов - на 30%,у свеклонасосов - почти на 40%. Дальнейший двойной рост производительности оборудования дает дополнительное снижение массы, но не более чем на 10-15%. В последующем темп снижения удельной массы оборудования при росте его единичной производительности падает. Закономерность уменьшения удельной массы машин и аппаратов от роста их единичной производительности носит экспоненциальный характер. Как показыза-ет анализ,этой закономерности следует все технологическое оборудование для сахарной промышленности.

Характер установленной зависимости удельной массы оборудова-

ния от его производительности, мощности, площади поверхности теплообмена или другого основного параметра объясняется следующими причинами. Увеличение основного параметра для аппаратов влечет за сооой ^непропорциональный рост массы отдельных его узлов. Анализ доказывает, что при увеличении площади поверхности теплообмена пропорционально ей возрастает масса поверхности теплообмена аппарата. При этом удельная масса поверхности теплообмена остается постоянной. В то же время удельная масса корпуса аппарата снижается,что приводит к снижению удельной массы аппарата в целом. Так, при увеличении площади поверхности теплообмена в выпарных аппаратах типа А2-ПВВ с 1 тыс. до 2.36 тыс.кв.м. удельная масса аппарата уменьшается на 30%, в том числе удельная масса корпуса аппарата - на 60%, что является основой снижения материалоемкости аппарата в целом.

Это характерно для всех аппаратов емкостного типа, так как у них с увеличением производительности рост площади поверхности корпуса отстает от роста объема аппарата.

Для машин при увеличении единичной мощности характерно некоторое отставание в росте удельной массы станин, фундаментов и других узлов, что также приводит к уменьшению удельной массы машин в целом.

В работе установлено, что повышение единичной производительности оборудования одновременно со снижением материалоемкости приводит к снижению его энергоемкости при изготовлении и эксплуатации.

В качестве примера исследовалось влияние единичной производительности свекломоек и наклонных диффузионных аппаратов на их потребляемую электрическую мощность. Выяснено, что увеличение производительности оборудования в 2 раза уменьшает удельные затраты энергии на его эксплуатацию в среднем на 15-20%. Энергетические затраты у машин с ростом их единичной мощности имеют ту же тенденцию снижения,- что и материалоемкость.

При эксплуатации машин и аппаратов большой единичной мощности , кроме снижения энергетических затрат, происходит также снижение и трудоемкости их обслуживания, так как одна машина или один аппарат заменяет обычно две, три или более единицы аналогичного оборудования малой. единичной мощности.

Уменьшение материалоемкости оборудования приводит к уменьше-

нию трудоемкости его изготовления, так как она в основном зависит от массы изделия. При снижении массы детали на 10% трудоемкость ее изготовления уменьшается на 7%, а при снижении массы в 2 раза -почти на 40%.

Результаты исследования влияния единичной производительности оборудования на его основные технико-экономические показатели позволили выбрать в качестве обобщающего показателя эффективности оборудования его стоимость, так как она определяется стоимостью материалов, энергии и труда на изготовление оборудования.

В работе обобщены полученные зависимости удельной стоимости Cq от единичной производительности Üq в безразмерных координатах для основных видов оборудования (рис.1).

Безразмерная величина удельной стоимости

С0 - <С - - cmax>- <3)

где: С - удельная стоимость, соответствующая текущему значению показателя единичной производительности; Cmín,Cmax " УДельная стоимость, соответствущая минимальному и максимальному значениям показателя единичной производительности.

Безразмерная величина единичной мощности

По - (П - IWAII^ - (4)

где: П - текущее значение показателя единичной мощности

<nmln<n«IW:

nmin'^шах ~ минимальное и максимальное значение показателя единичной мощности. Установлено, что машины и аппараты независимо от их назначения подчиняются единой закономерности снижения удельной стоимости от роста их единичной производительности. Эта закономерность выражается зависимостью

С0 = а^ехр{ - Üq/C^ ), (5)

где а.| .cig -постоянные коэффициенты для данного вида оборудования.

При изменении, номенклатуры анализируемого оборудования разброс точек в координатах CQ - Пд будет расширяться или сужаться

- у -

(заштрихованная зона на рис.1), но характер кривых, ограничивающих эту зону, оудет соответствовать зависимости (5).

С,

о

0,9 0,6 0,7 0,6 0,5 ОА 0,3 0,2. 0,1 О

2-з- 56 -7-<5-1 © □ X д йГ о а М

л • 1

г у /!

V* к ^

У/

у/, /У >9

/ У у УУ

ОЛ 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 о,а 0,9 П0

Рис.1. Зависимость удельной стоимости С0 от единичной производительности П0 в безразмерных координатах для : 1-подогревателей секционных; '¿-выпарных аппаратов; 3-вакуум-аппа-ратов; 4-свеклонасосов; Ь-подогревателея кожухотрубных; 6-свекло-моек; 7 -свеклорезок; 8 -колонных диффузионных аппаратов

1 .'¿. Повышение единичной производительности экстенсивным и интенсивным путем.

Экстенсивный путь развития оборудования основан на увеличении его единичной производительности без изменения конструктивной основы, т.е. на увеличении геометрических размеров оборудования.

Исследование в этом случае характера изменения показателей технического уровня оборудования показывает, что они повышаются только до определенного значения единичной мощности. Причем, темп этого повышения падает пропорционально кратности увеличения единичной производительности.

В ряде случаев многократное увеличение единичной производи-

тельности оборудования приводило к ухудшению его основных параметров, таких как удельные масса, потребление энергии, трудоемкость изготовления, капитальные затраты.

Анализ указанных явлений показывает следующее. При увеличении производительности оборудования сверх целесообразных пределов происходит опережающий рост удельной массы его корпуса, станины или фундамента. Это вызвано необходимостью повышения прочности, жесткости и других механических характеристик конструкции машины или аппарата. С этой целью, например, в емкостной аппаратуре увеличивают толщину стенок корпуса, устанавливают дополнительные ребра жесткости, что утяжеляет конструкцию.

На рис.2 приведены зависимости удельной массы га (кривая 1) и удельного объема V(кривая 2) от производительности П барометрических конденсаторов типа РЗ - ПКО. Из рисунка следует, что до производительности 2.5 тыс.тонн переработки свеклы в сутки повышение единичной производительности конденсаторов этого типа было эффективно. Дальнейшее увеличение мощности конденсаторов привело к росту их удельной массы.Из анализа габаритных размеров конденсаторов следует, что рост удельной массы при большой производительности обусловлен не только требованиями ужесточения конструкции, но и некоторым ухудшением использования рабочего объема (кривая 2),то есть ухудшением эффективности рабочего процесса.

Таким образом, величину единичной производительности, при которой показатели его технического уровня достигают максимального значения, можно считать оптимальной. Однако такой технический критерий оптимизации не всегда оправдывается экономически. Затраты на очередное повышение единичной производительности оборудования экстенсивным путем могут оказаться выше получаемой при этом экономии от снижения металлоемкости, энергоемкости, трудоемкости изготовления и других показателей технического уровня.

Поэтому в качестве критерия оптимизации был принят экономический критерий - величина годового экономического эффекта Э , определяемого выражением

Эт » Эе - <Эр + ЕаКЬ где: Эе - экономия средств от повышения технического уровня; - эксплуатационные расходы;

Ен - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений;

К - капитальные затраты на оборудование.

рис.2. Зависимости удельной массы т (кривая 1) и удельного объема V (кривая 2) от производительности П барометрических конденсаторов

Я

80

60 Ю 20

О 2 4 б в а,раз

и

2 /

/

ч

ч' N

Рис.3. Зависимости показателей годового экономического увеличения единичной производительности оборудования в

эффекта от п раз

На рис.3 показаны зависимости параметров, входящих в формулу 16), от увеличения в п раз единичной мощности условного вида оборудования. Кривая 1 отражает изменение суммы эксплуатационных расходов и капитальных затрат на оборудование (Эр + Е^). Кривая 2 - изменение параметра Зт. Кривая 3 - изменение параметра эв.

Как видно из рисунка, параметр Э8 растет пропорционально кратности увеличения единичной мощности. Растет также сумма капитальных и эксплуатационных расходов. Кривая 2 показывает, что годовой экономический аффект имеет максимум при п = 5. Это соответствует оптимальной кратности увеличения единичной мощности данного вида оборудования.

Увеличение единичной мощности при п>5 экономически не целесообразно, так как годовой эффект при этом не увеличивается. При иных соотношениях величин кривых 1 и 3 (более высокий темп роста кривой 1 или меньший темп роста кривой 3 ) кривая 2 будет иметь вид функции с экстремальным значением, соответствующим оптимальной величине единичной мощности оборудования (показано пунктиром).

Приведенные исследования показывают, что после достижения оптимальной величины единичной производительности при существующей конструктивной основе оборудования дальнейшее повышение его технического уровня не может быть достигнуто экстенсивным путем.

На основе зависимости (6) в работе установлено, что экономически нецелесообразно повышение единичной производительности диффузионных аппаратов наклонного типа выше 6 тыс.тонн переработки свеклы в сутки, поверхности теплообмена выпарных аппаратов типа А2-ПВВ - выше 3 тыс.кв.м., вакуумаппаратов периодического действия - выше 90 тонн утфеля, подогревателей кожухотрубных - поверхностью нагрева - выше 300 кв.м., сульфитаторов оросительного типа -выше 4.5 тыс.тонн переработки свеклы в сутки.

Дальнейшее повышение единичной производительности такого оборудования целесообразно только интенсивным путем.

Путь интенсивного развития оборудования заключается в переходе от традиционной конструкции к принципиально новой.

В работе исследовалось влияние новой конструктивной основы на показатели технического уровня оборудования. Установлено, что переход на новую конструктивную основу при равной производитель-

ности дает резкое (в виде скачка) увеличение показателей технического уровня.

Например, у свеклорезных машин удельная масса снижается на 30-40%, а удельное потребление электрической энергии - до 40%. У теплоооменных аппаратов металлоемкость понижается на 50%, у суль-фитаторов струйного типа - в 2-5 раз. Ножи для резки свеклы, изготовленные методом горячей прокатки, имеют удельную массу почти в Ш раз ниже, чем изготовленные по традиционной технологии.

Кроме того, переход на новую конструктивную основу повышает надежность оборудования, улучшает его технологические, эргономические и другие показатели, определяющие технический уровень.

Описание конструкции и основные показатели технического уровня оборудования, разработанного на новой конструктивной основе под руководством и с участием автора и серийно выпускаемого машиностроительными заводами, приведено в работах С 1-3, 7, 12, 15, 64, 75, 78-83, 92, 98 ].

2. Математическое моделирование процессов и аппаратов.

2.1. Требования, предъявляемые к математическим моделям.

При решении задачи повышения технического уровня оборудования необходимы специальные математические модели, которые' описывают связи технико-экономических парамеров оборудования с его конструкцией и режимами работы. Обязательным является учет в модели взаимного влияния друг на друга параметров процесса и конструкции аппарата. Кроме того, в модели конструктивные параметры аппарата должны быть величинами переменными, чтобы при моделировании и оптимизации ' оыла возможность изменять их в требуемых пределах. Модели должны быть совместимы по форме представления с целевыми функциями, которые выражают связь критерия оптимизации с параметрами процесса и аппарата.

В зависимости от круга решаемых задач математические модели должны описывать установившиеся и(или) переходные (нестационарные) процессы в аппаратах.

Математические модели должны иметь требуемую точность в заданном диапазоне моделирования, то есть быть адекватными объекту моделирования.

Если моделируется несколько однотипных элементов, например аппаратов в выпарной станции или теплообменных труб в аппарате, то структуру математической модели целесообразно представлять в виде

иерархических блоков, в каждом из которых моделируется только один однотипный элемент независимо от их количества. В этом случае детализация математического описания в каждом блоке может быть разная.

Такие модели могут быть получены аналитическим методом на основе детального описания процессов, происходящих в оборудовании.

2.2. Разработка и применение математических моделей.

В диссертационной работе выполнена разработка математических моделей ряда машин и аппаратов сахарного производства на основе описания процессов, относящихся к основным группам, а именно: механических, гидромеханических, тепловых и массообменных.

В соответствии с требованиями решаемых задач. представлены математические модели с распределенными и с сосредоточенными параметрами, динамики и статики, линейные и нелинейные.

Математические модели получены аналитическим методом на основе балансовых уравнений вещества и энергии, а также получены и исследованы впервые с использованием методов теории графов С33,36] и теории нелинейных электрических цепей [1].

Структура разработанных математических моделей соответствует иерархическому принципу построения; отдельные блоки модели объединены между собой в большую систему прямыми и обратными связями, используемыми для передачи минимально необходимого количества информации [1,53. Это позволило снизить трудоемкость построения модели и сделать ее универсальной. При оптимизации для всей системы принимался один общий критерий оптимизации, достижение которого в каждом иерархическом блоке модели осуществлялось изменением своего параметра.

В диссертационной работе предложен метод определения адекватности иерархических математических моделей (на примере выпарной станции сахарного 'завода), который позволяет установить •адекватность модели в целом путем проверки адекватности отдельных ее блоков с учетом связи между ними С4,5].

Разработаны методы моделирования: численные для решения на ЭВМ систем нелинейных дифференциальных уравнений с помощью специальных алгоритмов (совместно с И.И.Костанжи), аналитические на основе теории нелинейных электрических цепей и теории графов И,4, 5, 33, 34].

Ниже приведены краткие сведения о результатах, полученных

при математическом моделировании процессов и аппаратов сахарного производства.

¿¡.2.1.Математическая модель свеклорезки центробежного типа получена на основе уравнения энергетического баланса и в общем виде представлена системой уравнений (7):

__1_7

Ne= V*» f Nl'7 ;

Q = G

где т} , т]м - электрический и механический КПД свеклорезки; N1 -мощность, затрачиваемая на резание свеклы N^; трение свеклы по барабану N2; преодоление сопротивления в горловине резки N^; разгон свеклы до скорости резания N^; преодоление сопротивления воздуха вращающимся ротором N^; преодоление сопротивления от уступов (впадин) между ножевыми рамами и барабаном Ng; преодоление сопротивления при переходе свеклы с ножа на барабан Q,G - расход соответственно стружки и свеклы.

В математической модели система уравнения (7) представлена в развернутом виде. Всего в модели содержится 54 Уравнения [53-55].

Полученная таким образом впервые математическая модель представляет в настоящее время наиболее полное математическое описание.процессов резания и трения свеклы в свеклорезке с учетом распределенности их основных параметров по длине барабана и ротора.

Математическая модель описывает взаимные связи параметров процесса и конструкции. Это позволило в процессе моделирования выорать эффективные режимы работы резки, а также получить расчетные зависимости для определения оптимальных значений параметров конструкции резки (расстояния между ножевыми рамками, угла заклинивания свеклы, количества лопастей ротора и др.).

Моделирование с помощью описанной модели выпускаемых Сме-лянским машиностроительным заводом 12-и и 16-и рамных резок показало, что процесс резания у них протекает неэффективно. Более 50% потребляемой электрической мощности затрачивается на трение. Это объясняется несовершенством конструкции ротора машины С56].

Полученные результаты моделирования использованы при разработке 24-х рамной свеклорезки типа А2-ПРБ-24, у которой

удельные показатели энерго- и металлоемкости соответственно в 1,5 и 2 раза ниже, чем у аналогов.

2.2.2. Математическая модель теплооомена и гидродинамики в кипятильной трубе.

В диссертационной работе впервые получена нелинейная математическая модель кипятильной трубы с распределенными параметрами и разработан алгоритм исследования и расчета протекающих в трубе процессов теплообмена и гидродинамики [5, 34, 47].

Кипятильная труба представлена в модели разделенной на четыре участка: экономайзерный, поверхностного кипения, развитого кипения и уменьшения интенсивности теплоотдачи.

Схема деления трубы на участки и расчетные зависимости для определения локальных значений коэффициента теплоотдачи с^ и длин участков взяты из работ И.М.Федогкина и А.С.Дыченко. Структура разработанной модели позволяет применить любые другие зависимости для этих целей.

Математическая модель получена на основе уравнений теплового баланса для стенки грубы, жидкости и пара на 1-ом участке, а также уравнений. изменения массы в элементе, количества движения и условий на подвижных границах участков. Обозначения в приведенных ниже уравнениях даны в работе С53.

Уравнение теплового баланса стенки кипятильной трубы на 1-ом участке при допущении, что тепловой поток вдоль оси трубы отсутствует имеет вид:

ötQi xdH1i C°iinoi бт~ = 1/аи + ö0/2\0 ltni ~ tci) "

(tcf V * -тг^ ' <8)

где ^ • • - подвод (отвод) энергии за счет перемещения границ участков.

Уравнение теплового баланса для смеси пара и жидкости на 1-ом участке:

т |>1'с1/е1 - т/Ч" + Ч'Ч'Ъл] +

^нЧ Г 1 0(1

___ьп а_________+ а I ^ ____

1/а21 + бо/2Хо + 3нАн

" ^ -з^ ' <9>

где : у^^ - доля жидкости в полном объеме смеси на 1-ом участке; г^ - доля жидкости в потока на 1-ом участке. Уравнение изменения массы в элементе с учетом полученное на основе закона сохранения массы:

б г, . бй,

йТ [[ 71' " 7^1 ♦ V] - - (1°)

Уравнение количества движения с учетом у. и полученное на основе второго закона Ньютона:

<3 , С.г, , д

Ъ'У± - ( —+ Ъ" (1-У*) - -

1 1 д% ^ 71'у1 > 1 1 д-х

г С, ( 1 - 2. <3 ( о.г. , »| —- [ -- И + С.з, — | -Ь-1. 1 +

I Т // I , _ у Л 01 I у 'у >

+ (1-2 ) Г-А. г_1л£п] =

1 1 <31, I- 7/ 1 1 - И

бР1 1

Условия на границах участков, выражающие неразрывность функция:

«И1+1(т)];

«21 ~ + - °2(1+1) ~

11<х<1;0<т<со,

•(12)

Необходимым'также является условие при принятой схеме деления трубы на участки

4

ИЗ)

1

На основе приведенных зависимостей (8)-(13) с учетом изменения величин У^.г^ на участках в соответствии с выражением (14), а также при допущении линейной зависимости роста температуры жидкости на участках трубы, получены уравнения теплового баланса для стенки трубы и жидкости на каждом участке

I участок

II участок

III участок

IV участок

У, - 1;

у2 « 1;

1 > У3 > 0; 1 > 0.

21 = 1;

гг » 1;

1 > г3 > 0;

1 > г4 > О

. (14)

►

Например, для I участка уравнение теплового баланса стенки трубы имеет вид:

ОХ , 1СсЦД1

с.1га.1 —— = --10- (V, - х„л -

01 01 ,дх 1/а11 + вс1/2Яс1 п1 01

__ ^ВН 1_ ^ __ д ^ +

1/а21 + а01/2А01 + бН1АН1 01 1

где сс1Тс1^с1 гс2 " ЭН0РГИЯ' образующаяся в результате перемещения границы между первым и вторым участками ТС1 = тС1)-Уравнение теплового баланса жидкости для I участка имеет

вид:

- гс^ч ат 1/02, + во1/2А.с1 + ан1Ан1

"ТТ = --7—Г <*е1 - V +

+ С01 ^01 ®01 - °15181 1 е2 • (1б)

61.

В выражениях (15),(16) при -— > 0 теплота подводится к

участку, а при -— < 0 - отводится.

Зт

Для получения математической модели кипятильной трубы уравнения теплового баланса (15),(16) дополнены уравнениями материального баланса жидкости, сухих веществ и вторичного пара по участкам. Полученная математическая модель состоит из 55 уравнений (с учетом представления в развернутом виде балансовых уравнений) и является в настоящее время наиболее полной. Математическая модель позволяет моделировать переходные процессы теплообмена и гидродинамики в кипятильной трубе с учетом распределенности ее основных параметров.

Для моделирования установившихся процессов в трубе с распределенными параметрами ( д/дъ = 0 ) получена нелинейная система уравнений:

~а11г0 + а12Хп + а1381 = 0;

-а21е1 + а22гс + а23 = о; t

~а31гс + а32Хп + a33ö2 = 0;

"а4182 + а42Хс + а43 = 0; г

'а51го + а52^п + а53б3 = 0;

"аб1б3 + аЬ2гс - a63G3 + a64

-а71гс + ^V + = о;

-авЛ + а82*с - a83G4 + а84

= о;

= о

(17)

В системе уравнений (17) коэффициенты ai;j. переменные и зависят как от параметров конструкции трубы, так и от параметров процесса.

Полученная • математическая, модель позволила исследовать зависимость локальных и средних значений коэффициента теплоотдачи Og и скорости циркуляции продукта от уровня раствора в трубе и определить его оптимальные значения при различных параметрах процесса. Установлено,что по мере увеличения видимого уровня жидкости в трубе протяженность первых двух.участков с низким значением а^ значительно возрастает. В результате этого падает среднее значение cig. Оптимальному уровню соответствует максимальное значение с^.При уменьшении уровня ниже оптимального происходит снижение скорости циркуляции жидкости, что приводит к удлинению участков с большим значением коэффициента теплоотдачи ctg, однако максимальные локальные значения а21 ниже, что приводит к снижению интенсивности теплоотдачи в целом в трубе.

На основе результатов моделирования получены значения величин оптимального уровня в процентах от длины трубы для корпусов выпарной станции сахарного завода: I - 25-30%; II - 30-40%; III - 40-55%; IV - 65-70%; концентратор - 70-80%.

2.2.3. Математическая модель выпарного аппарата.

При математическом описании выпарной аппарат условно разделен на греющую камеру, подтрубное и надтрубное пространство. Греющая камера представлена состоящей из ш кипятильных труб, ограниченных термоизолированным корпусом.

При допущении, что пар в гремцея камере неподвижен и все труоы воспринимают одинаковое количество теплоты, для выпарного аппарата получены следующие уравнения теплового оаланса и материального продукта и сухих веществ:

91

си

5 = "а92гп + а93гс + а94С + а95;

"ах" = "С2Хо + СЭгп + с49;

ае

^ "аг = -Й2Э + <Ьго ' аАщ +

(18)

Эд - Б - V;

йЬ

102

-Ж- = Ь030 - Ь<30 - ») - Пр

где Пр - потери сахара от термического разложения. Уравнения связи математической модели выпарного аппарата с моделью кипятильной трубы имеют вид:

»-1*3,4 5

1 ш

Босо9о = I 3о1со1ео1:

ш 1

= I 3Огп; 1

0 = е4;

Пр = IV

.(19)

На полученной математической модели исследовалось влияние на величину оптимального уровня температуры греющего пара, расхода вторичного пара, производительности аппарата, степени накипеобразования и др.

При увеличении пароотбора на 50-100% от номинального значения величина оптимального уровня уменьшается на 5-10%. При уменьшении пароотоора ниже номинального значения величина оптимального уровня повышается. Это объясняется по данным модели изменением паросодержания и плотности смеси жидкости и пара. Повышение температуры греющего пара на г 2°С вызывает смещение величины оптимального уровня на •+ 2%. Изменение расхода сока и содержания в нем сухих веществ на 30% смещает точку оптимального уровня на 1-5%. Получены другие сведения о взаимном влиянии параметров процесса, которые использованы при оптимизации.

2.2.4. Математическая модель выпарной станции.

Математическая модель выпарной станции . представлена

состоящей из моделей четырех выпарных аппаратов с концентратором, соединенных между собой трубо- и паропроводами.

Уравнения связи между аппаратами:

вп +1 = \ - ^ ; <20>

гп(п+1Геа-Д ' <21)

Уравнение (20) описывает расход пара на п + 1 аппарат, уравнение (21) - температуру греющего пара п + 1 аппарата. Потеря температурного напора А складывается из общей температурной депрессии и потери в паропроводе между аппаратами (вычисляются в модели).

Путем поэтапного упрощения в диссертации получены нелинейные с сосредоточенными параметрами и линейные математические модели выпарного аппарата и выпарной станции. Для каждого вида модели приведены таблицы погрешности моделирования. Они использовались для определения диапазона моделирования, в котором модель адекватна оборудованию.

При моделировании выпарной станции с помощью специального алгоритма [5] изучались зависимости влияния параметров корпусов станции друг на друга при передаче возмущений как в прямом направлении, так и в обратном. Изучено влияние пароотборов на характер локального теплообмена в кипятильных трубах.

2.2.5. Математическая модель кожухотрубного подогревателя.

Для описания теплообменных процессов в подогревателе применен метод электрических аналогий, а для моделирования процессов впервые - теория нелинейных электрических цепей [1].

- -¿а -

На рис.4,а показана структурная схема подогревателя, а на рис.4,о - схема его электрического аналога (эквивалентная электрическая схема). Порядок построения эквивалентной электричэсной схемы приведен в работе [13.

.1 .г .з

Рис.4. Структурная схема подогревателя (а) и его эквивалентная электрическая схема (О)

Полученная эквивалентная электрическая схема дает наглядное представление о взаимных связях происходящих в аппарате процессов, а также позволяет произвести их анализ. К этой схеме применимы законы, действующие в аналогичных электрических цепях. На основании первого закона Кирхгофа о равенстве нулю суммы токов в узлах электрической схемы и по аналогии для тепловой схемы из равенства нулю суммы тепловых потоков в ее узлах определены температуры в узлах. Например, для узла Ъ справедливо выражение -- и0 - 5с1 = 0. После подстановки значений тепловых потоков и решения выражения относительно 1; получено дифференциальное уравнение для поверхности нагрева.

йг,

(22)

где

С1 = 1 0 0

' йл

Ь = Ра1

= - с2% + СЭгп + С40'

с4 = Ра2

С2 = с3 + С4

Аналогичным образом , получены дифференциальные уравне-ия для паровой камеры и жидкости.

Совокупность этих уравнений представляет собой систему диф-

ференциальных уравнений (23),являющуюся математической моделью динамики теплообмена в подогревателе: ■

я _П

dl б~

dtc

С1 сгг-йб

-a0t_ + a-,t„ + a,D - ar-2 п 3 о 4 ?>

-Vo + сЗгп + с48 ;

М- = ~d2e + Vo + й4

(23)

Значения коэффициентов уравнений системы (23) приведены в работе [1).

Эквивалентная электрическая схема содержит нелинейные резис-торныа элементы • R1 - R5, сопротивления которых не являются постоянными величинами, а зависят от величин напряжений электрической схемы. Аналогично для тепловой системы термические сопротивления R1 - R5 или коэффициенты теплоотдачи а, - а^ зависят от температур пара, поверхности нагрева, жидкости и окружающей среды.

Из теории электрических цепей известно, что длительность переходных процессов в электрических схемах с элементами сопротивления R и емкости С определяются постоянной времени Т = RC. Для тепловой схемы, у которой R = 1/Fa, а С = cm, постоянная времени Т = cm/Fa. Так как а не является величиной постоянной, то параметр Т также не является постоянной величиной. Следовательно, у теплообменных аппаратов параметр Т изменяется во времени и лишь условно может быть назван постоянной времени. Чем шире диапазон моделирования, тем в больших пределах изменяется параметр Т.

После деления членов уравнений системы (23) на коэффициенты при температурах пара, стенки и жидкости получаем систему уравнения (24),в которой параметры Т2, Т3 будут определять инерционность процесса или скорость изменения температур соответственно пара, стенки поверхности нагрева и жидкости

^тт

T1 zr- + ^ = азгс+ a? - аз; T2 cor-+ «о = сэ*п+ ;

cLQ

T3 W- + 0 = Wo + ^

Если рассмотреть структуру параметра Т, например Т2, то так как Т2 = 0.,/cg, а с1 = С1 и с2 » 1/(R1 + R2), получим Т2 = C1(R1 + + В2). Значит, скорость изменения температуры стенки будет тем вы-пе, чем меньше масса и теплоемкость металла поверхности нагрева и чем меньше термические сопротивления теплоотдачи от пара к поверхности теплообмена и от поверхности теплообмена к жидкости. Следовательно, изменяя конструкцию и режимы работы аппарата, можно управлять его динамическими свойствами. Полученная математическая' модель позволяет также решать и обратную задачу: задавая требуемые по техническому уровню динамические свойства аппарата, определить величины параметров его конструкции и режимов работы.

2.2.6. Математическое моделирование процессов массо- и теплообмена выполнено на основе математических моделей вакуум-аппаратов [9], известегасильного аппарата [37], печи для распыла и сжигания жидкой серы [48].

В основу математического описания процессов, протекающих в вакуум-аппаратах, положены работы В.Д.Попова, И.С.Гулого, М.Л.Вайсмана, В.Н.Гороха, С.М.Гребенюка. По результатам исследований процессов тепло, - массооОмэна и кинетики кристаллизации сахара разработан совместно с Украинским 'государственным университетом пищевых технологий экспериментальный образец вакуум-аппарата непрерывного действия [901, а также предложены специальные средства измерения и регулирования параметров в вакуум- аппаратах, таких как вязкость и плотность утфеля, гидродинамическая и физико-химическая температурная депрессия и ряд других [11, 38, 40, 41, 44, 60, 68, 85,.99, 100].

При моделировании процессов массо- и теплообмена в переходном режиме работы известегасильного аппарата получен алгоритм управления процессом гашения извести исходя из условия

получения стабильной плотности известкового молока. Установлено, что воду на гашение в переходном рекиме работы аппарата следует подавать не по количеству загружаемой извести, а по количеству извести, находящейся в аппарате в стадии гашения.

Для процессов распыла, испарения и горения получены зависимости плотности орошения, постоянной времени горения одиночной капли и ансамбля капель расплавленной серы, диаметра и длины камеры горения сернистой печи. Эти данные использованы на заводе "Сахавтомат" при создании сернистой печи [923 и форсунок для сернистой печи и вакуум-фильтров [943.

На основе моделирования получен ряд других новых сведений о процессах,которые легли в основу конструирования оборудования [19, 22, 24-28, 30, 35, 51, 52, 633.

3. оптимизация процессов и аппаратов.

3.1. Постановка задачи оптимизации.

При решении проблемы повышения технического уровня машин и аппаратов часто ставится условие одновременного определения оптимальных значений параметров конструкции и процесса. В этом случае задача оптимизации формулируется как многопараметрическая. Для ряда видов оборудования, например выпарной станции, математические модели которых представляются сложной иерархической структурой, решение задачи оптимизации ищется как для большой системы.Так как в этом случае число параметров п>1,то целевая функция (зависимость критерия оптимизации от параметров конструкции и процесса) образует поверхность отклика в (п+1)-мерном пространстве этих параметров.оптимум функции определяется путем выбора векторов входных параметров. Для этого применим метод случайного поиска. Начальный шаг выбирается произвольно [49,503.

В частном случае, когда требуется определить оптимальное значение одного параметра процесса или конструкции оборудования задача оптимизации сводится к однопараметрической.

Для решения задачи оптимизации параметров процесса б установившемся и переходном режиме работы аппарата используются методы соответственно статической и динамической оптимизации.

Динамическая оптимизация позволяет также конструировать оборудование под заданные динамические характеристики, однако эта задача достаточно сложная и пока не нашла разработки и практического применения. В работах 11,43 сделаны первые попытки

постановки таких задач на примере однопараметрическоя оптимизации теплообменного оборудования сахарного завода, которые требуют дальнейшего развития.

Для постановки и решения задачи оптимизации наиболее представительным является критерия приведенных расчетных затрат 3 на единицу производительности оборудования П, так как он учитывает капитальные К и эксплуатационные С затраты, отражающие параметры конструкции и процесса

3 = (С + ЕцЮ/П. (25)

В частном случае, когда параметры процесса и конструкции не влияют на капитальные затраты, применим критерий удельной стоимости процесса С:

С = (№ + Ь)/П , (26)

где М,Ь - стоимость энергетических и трудовых затрат при работе аппарата (эксплуатационные затраты).

■ Если необходимо учесть затраты на проведение работ по повышению технического уровня оборудования, корректным является применение критерия годового экономического эффекта, выраженного зависимостью (6).

Для определения оптимального времени циклических процессов, например периода работы теплоооменных аппаратов между очисткой поверхности нагрева^ предпочтительны интегральные критерии средней производительности П и себестоимости С:

Тр

П - (Тр + ТЧГ1 / ПСеХП, . (27)

. О

где 'Гр,'Гч - время соответственно периодов работы и очистки;

Тр Тч Тр

О = [ ; Ср(т)йт + X сч(т)йт ] / / П(т)<1т, (28)

0 0 о

ср,сч - эксплуатационные расходы соответственно в период работы и остановки на очистку. Зависимости (б),(25)-(28) используются при наличии одного параметра оптимизации. При наличии нескольких параметров оптимизации и сведения решения задачи к однопараметрической применимы комплексные показатели, например функция желательности 0:

В = V ^(^...й , 4 (29)

- га -

где q - число параметров оптимизации;

й - желательный уровень q-ro параметра оптимизации.

Степень оптимизируемое™ машин и аппаратов по представленным критериям определяется показателем качества при однопара-метрической оптимизации и показателем крутизны поверхности отклика £ при многопараметрической оптимизации:

qy = У / (У* ~ У), (30)

где у - среднее значение параметра у, полученное на сахарном заводе за ряд лет; у* - оптимальное значение параметра у, полученное расчетным путем.

min

£у = 100 [ у* - у»3* ] / у*, (31)

min

где ушах - наименьшее для вогнутых и наибольшее для выпуклых поверхностей отклика значение параметра оптимизации у. Учитывая, что в сахарной промышленности ряд процессов протекает в условиях близких к оптимальным, дальнейшая их оптимизация имеет смысл при:,

(У* - у) » 0 ; min

(у* - у®^) » О

(32)

3.2. Результаты оптимизации.

В диссертационной работе обобщены результаты многопараметрической -и однопараметрической оптимизации ряда видов оборудования и технологических процессов, выполненной на основе их математических моделей динамики и статики. Получены новые сведения для проектирования аппаратов, а в ряде случаев разработаны методы инженерных расчетов оптимальных параметров процессов и аппаратов [1 ,2,4,5,22,25,26,28,32,49,50,55,56,63,95).

3.2.1. Оптимизация выпарной станции.

Задача оптимизации решалась как многопараметрическая для большой системы на основе критерия приведенных расчетных затрат, который для выпарной станции выражается через целевую функцию [33].

3 = (а^О1 + С2В0 + с3Бк + С4Ы + Е^ш / , (33)

где : а1 - определяется нормой амортизационных отчислений и эксплуатационных расходов; с1 - стоимость 1 кв.м. поверхности теплообмена; с2,с3,с4 - стоимость соответственно 1 кг пара, воды на кон-

- '¿У -

центратор и 1 кВт.ч электроэнергии; F - площадь поверхности теплообмена аппарата; DQ - расход греющего пара; DK - расход воды на концентратор; N - расход электроэнергии; W - производительность аппарата по выпаренной воде; % - время работы.

Величины параметров, входящих в уравнение (33), определяются из математической модели выпарной станции.

В качестве внешних оптимизируемых параметров выбраны температуры греющего пара, вторичного пара на концентратор и поступающего сока. В качестве внутренних - температура кипения продукта в каждом корпусе ( в пределах ограничений ).

Решение задачи оптимизации сводилось к определению экстремума сложной нелинейной функции, описываемой системой, состоящей из более чем двухсот уравнений. Оптимальный вариант должен обеспечить условие 3 —» min.

При разработке алгоритма оптимизации на основе метода случайного поиска принято, что выпарная станция имеет п входных параметров и (т+1) выходных, включая критерий оптимизации. Все входные параметры являются управляемыми и определяются векторами. Алгоритм позволяет оптимизировать функцию (33) при числе параметров га = 40.

После вычисления оптимальной величины приведенных расчетных затрат на 1 кг выпаренной вода для заданной производительности и количества корпусов выпарной станции на печать выводятся оптимальные параметры работы выпарной станции, в том числе - каждого корпуса.

Исследовалось влияние параметров конструкции и процесса на условие 3 —► min. Получены зависимости расхода греющего пара от количества аппаратов в выпарной станции - для различной его стоимости. При увеличении количества ступеней выпаривания расход греющего пара вначале резко уменьшается, а затем вновь возрастает. Это связано с проявлением эффекта многократного выпаривания. Однако при большом количестве ступеней выпаривания сказываются суммарные потери температурного напора на температурные депрессии, в паропроводах между аппаратами и в окружающую среду. Расход воды на конденсатор уменьшается с увеличением количества аппаратов в выпарной станции, однако не является определяющим. Определяющими являются затраты на греющий пар и поверхность нагрева. С увеличением числа ступеней выпаривания увеличивается суммарная площадь поверхности нагрева, так как уменьшается полезный температурный напор. Для различных значений стоимости единицы по-

- зи -

верхности нагрева и расхода греющего пара получено оптимальное количество корпусов в выпарной станции в пределах 5-7. При увеличении стоимости 1 кв.м поверхности теплооОмена количество корпусов уменьшается [4,49].

На основе математической модели выпарной станции определялись оптимальные значения полезной разности температур в каждом аппарате [28], уровней, времени работы до остановки на очистку поверхности теплооомена, расхода пара в отоор с учетом накипеооразования и др. [4]. Установлено, что среднецикловая производительность выпарной станции V, расчитанная по выражению (27), имеет максимальное значение при времени ее работы до очистки равном 100 суток. Величина И зависит от расхода пара в отбор преимущественного первого и второго корпуса. Эта зависимость имеет экстремальный характер и объясняется тем, что с увеличением расхода пара в отбор возрастает производительность станции, что приводит к интенсивному накипеооразованию.

Оптимизация процесса теплооомена в выпарном аппарате проведена в работе 132].

3.2.2. Оптимизация секционных подогревателей.

При разработке секционных подогревателей возникает задача определения оптимальной скорости нагреваемого продукта, а также компоновки секций, при которых суммарные затраты на единицу тепловой производительности подогревателя (приведенные расчетные затраты) будут минимальными.

Целевая функция критерия оптимизации:

3 = Г(С,т,С,С,Ы,А,К), (34)

где: 0 - тепловая производительность; т - продолжительность работы; А,С - затраты за сезон на амортизацию и текущий ремонт; -затраты за сезон на пар и электроэнергию; К - капитальные затраты.

Параметры, входящие в выражение (34), определяются из математической модели подогревателя.

Ко&ффициент теплоотдачи в диапазоне скорости продукта V = = 1-4 м/с рассчитывается по данным, приведенным в работе [26].

Расчеты показывают, что капитальные затраты на подогреватель находятся в обратной зависимости от скорости нагреваемого продукта. При увеличении скорости уменьшается площадь поверхности теплооомена и капитальные затраты. Затраты электроэнергии при этом возрастают в связи с увеличением гидравлического сопротивления по-

.огревателя. Оптимальная скорость продукта при условии 3 —» min 'авна для подогревателей: диффузионного сока - 3 м/с; I сатурации : перед выпарной станцией - 3,5-4 м/с.

Исследовано влияние конструкции подогревателя на величину 3 гри постоянной скорости продукта. Установлено, что приведенные юсчетные затраты минимальны в диапазоне площади поверхности 'еплоосмена 100-300 кв.м. Предпочтительным является юследовательноэ соединение секций.

3.2.3. оптимизация параметров теплооОменных труО с кольце-iыш турбулизагорами.

Применение труо с кольцевыми туроулизаторами для штенсификации теплообмена в подогревателях сахарного, производства 'реоует определения оптимальных величин глубины туроулизаторов и iara их расположения.

Интенсивность теплооомена и одновременно стоимость трубы 'величивается с ростом глубины и уменьшением 'шага туроулизаторов. )дновременно с этим растет гидравлическое сопротивление ^плообменной трубы.

Оптимальная величина глубины и шага гурбулизаторов будет со->тветствовать минимальному значении 3 по выражению (34), в котором : параметрами глубины d/D и шага t/D туроулизаторов связаны величины Q,N,K, определяемые из математической модели подогревателя.

Для определения теплоЕои производительности аппарата юпользованы зависимости, предложенные Г.А-.Дрейцером.

а1 = И ■+ (1.4 - 1.601 t/D) Ii 1 - expi -18.203(1 - d/D)])a1r, (35)

\де а1р - коэффициент теплоотдачи о^ для гладкой труоы.

i2 =11 + 1.35(1 - 0.371 t/D)(1 - d/D)°-418(1 - 0.104а0/аш)]а2г, (36)

\це а2г - коэффициент теплоотдачи а^ для гладкой трубы.

Капитальные затраты на оборудование определяются путем ап-грокскмации данных заводов-изготовителей в виде многочлена

К = а1 + (a2d/D):n + (t/D)n, (37)

\де а1, а2, m, п - постоянные коэффициенты.

Для теплооОменных труб диаметром 33 мм оптимальный шаг раз-ющения турбулизаторов составляет около 10 мм (t/D = 0,3), а оптимальная их глубина равна d/D = 0,91 И,221.

- Ой -

3.2.4. Оптимизация гидравлических систем.

Капитальные затрата на системы, состоящие из трубопроводов регулирующих органов и насосов составляют в сахарноя промышлен ности более 25% затрат на основное оборудование.

основным параметром трубопровода, как известно, является ег диаметр, ин определяет массу и стоимость трубопровода (капитальны затраты), а также потерю в нем давления на преодоление гидравли ческого сопротивления, т.е. расход и стоимость электроэнергии (эк сплуатационные расходы).

Известные зависимости для определения диаметра трубопровод не учитывают его длину, число колен, наличие регулирующей арматур и ряд других факторов, от которых зависит оптимальный диаметр.

Для определения оптимальной величины диаметра трубопровод йгр использован критерий приведенных расчетных затрат, целева функция которого имеет вид:

3 = [Ц (Кд + Ктр) + с^т + Е^Кц + Ктр)3 / От , (38

где - определяется нормой амортизационных и эксплуатационны расходов; е., - стоимость 1 кБт.ч электроэнергии; Кд, Ктр капитальные затраты на насос и трубопровод; N - мощность, потреб ляемая насосом; и - расход продукта; ч - время работы.

Параметры и, N. К^, Ктр - определяются из математической мо

дели.

Математическая модель включает уравнения характеристики тру бопровода (39), насоса (40) и уравнения для расчета капитальны затрат, на трубопровод.

Характеристика трубопровода представлена в модели через рас ход продукта и параметры трубопровода:

нтр = + п + [ 4+ 7 • (з9

Характеристика насоса получена путем аппроксимации каталож ных данных насосов:

Н = а - Ь(0 - с)2 . (40

(1

Капитальные затраты на трубопровод и насос получены такж путем аппроксимации каталожных данных.

В работах [1,25] приведена методика инженерного расчета он тимальной величины Бтр. Данные расчета по методике сопоставлены данными расчета общепринятым методом без учета параметров трубо

провода. Показано, что предложенная - методика позволяет уменьшить приведенные расчетные затраты на 20-40%.

3.2.5. Оптимизация паропроводов.

Предложена методика оптимизации параметров паропроводов, которая исходит из следующего. В случае занижения расчетного значения диаметра паропровода по сравнению с оптимальным уменьшается его стоимость, но увеличиваются потери в нем температурного напора. Для их компенсации требуется дополнительная поверхность теплообмена ( при постоянной температуре греющего пара и производительности аппарата), что приводит к увеличению суммарной стоимости теплообменного оборудования с паропроводами.

Оптимальное значение диаметра паропровода определяется на основе минимизации целевой функции. (41) приведенных расчетных затрат

3 = [ь, [Кд + с^) + Ъ2В0Т + Е^Кд + С12Р]] / №г, (41 )

где: 2Р - суммарная площадь поверхности теплообмена; № - тепловая производительность аппарата; В0 - расход греющего пара.

Математическая модель для определения дополнительной поверхности теплообмена ДР и потери температурного напора в паропроводе до:

= Р + АР ;

де = [81)2(ЛтрЬтр/(111+2г)а]/1С2с^т'в - ю4 ; I (42)

= + а2^ + + а4<ФЬтрА

В работе [1] приведены данные расчета оптимального значения с^ для различных паропроводов.

3.2.6. Оптимизация электрохимического реактора.

При создании электрохимического реактора для очистки жомо-трессовой воды возникла необходимость определения оптимального расстояния между электродами.

С увеличением расстояния между электродами уменьшаются зат-эаты электрической энергии на прокачивание кидкости через реактор, ю увеличиваются энергетические затраты на проведение процесса (электрокоагуляционной очистки).

Задача решена на основе критерия приведенных расчетных зат-зат и математической модели процесса (633.

- 34 -

3.2.7. Оптимизация технологических соорников.

Соорники применяются на сахарном заводе для повышения равномерности технологического потока. Сглаживающая способность соорника зависит от вида возмущения потока, объема сборника, компоновки его с трубопроводами.

. В работах [4,30] приведена инженерная методика расчета сглаживающей способности сборников заданного объема при колебаниях потока в виде пиковых и периодических колебаний.

Решена и обратная задача - расчет объема сборника исходя из требуемой его сглаживающей способности.

В качестве критерия оптимизации принят годовой экономический эффект.В расчетах учтены потери сахара от термического разложения.

4. Интенсификация технологических процессов.

4.1. Влияние интенсификации процессов на показатели технического уровня оборудования.

Интенсификация технологических процессов позволяет снизить металлоемкость оборудования в среднем в 1,5-2 раза, а в ряде случаев - до Ю раз. При этом уменьшаются его габаритные размеры, занимаемая площадь, стоимость.

В институте Укрнжшродмаш в период 1975-1990 годов под руководством и при непосредственном участии автора проведен цикл работ по более глубокому изучению существующих, разработке новых и практическому применению различных методов интенсификации процессов при конструировании технологического и теплотехнического оборудования для сахарной промышленности [1-3, 7, 10, 17, 19, 21, 51, 52, ИЛ, 78, 80, 83, 86-89, 102]. Отдельные работы выполнялись совместно с Украинским научно-исследовательским институтом сахарной промышленности, Украинским государственным университетом пищевых технологий, объединением' "Укрсахтеплоэнергоремонт", Смелянс-ким, Калиновским, Красиловским и Болоховским машиностроительными заводами.

Разработанное в Укрниипродмаше оборудование с интенсификацией технологических процессов принято межведомственными комиссиями и серийно выпускается машиностроительными заводами Украины.

4.2. Интенсификация процессов в нестационарном режиме.

Интенсификация процессов в нестационарном режиме является

одним из перспективным и в то же время недостаточно изученным направлением.

В последние года для интенсификации процессов тепло- и мас-сооомена предпринимались попытки применить пульсации, виорации и другие внешние воздействия. Однако, получаемые при этом результаты оказывались часто противоречивыми. В одних случаях интенсивность , например теплообмена, увеличивалась в 2-5 раз, в других^ интенсификация не наблюдалась вообще. В некоторых случаях наблюдалось даже снижение интенсивности теплообмена при наложении пульсационных воздействий.

Вследствие этого возникает задача определения условий, при которых возможно применение пульсаций для интенсификации процессов при конструировании оборудования.

Для этого автором проведена обработка своих и опубликованных в литературе экспериментальных данных по применению пульсация в сахарной промышленности'. Данные для подогревателей обобщены в координатах Ми/Рг°'4с! - Ке для различных значений критерия Рейнольдса основного потока Не0 (где Ми - критерий Нус-сельта, Ргж - критерий Лрандтля для жидкости, Неп - критерия Рей-нольдса пульсирующего потока) - рис.Ь.

Рис.5. Зависимость параметра Ми/Нг^-43 от критерия Яеп пульсирующего потока при критерии Ке0• 10 основного потока: 1-5; 2-Ю; 3-20; 4-30; 5-54

Рис.6. Зависимость (№уМи0) = /(Неп/Яе0) при Не0• 103: 1-1.4; 2-2.6; 3-3.3; 4-5; 5-7; 6-10; 7-20; 8-30

Из рис.5 видно, что наклон линии 1 при Не0 = 5-10у больше, чем наклон линии 4 при Кеп = 30-10^, что свидетельствует о боль-

- ЗЬ -

шем уровне интенсификации теплообмена в первом случае, т.е., когда скорость основного потока ниже. При Ие0 = 54•1(прямая 5) пульсации не влияют на интенсивность теплообмена.

Следовательно, уровень интенсификации конвентивного теплообмена не определяется раздельно ни скоростью потока, ни ее пуль-сационной составляющей, а, предположительно .зависит от величины соотношения этих скоростей.

Для проверки этой гипотезы те же экспериментальные данные обработаны автором в координатах Ш^/Ш,-, - Йеп/Йе0, где: Шф, Шд-,критерия Нуссельта для пульсирующего и основного потока, Ие^, Ие0-критерия Рейнольдса для пульсирующего и основного потока (рис.6). Из рис.ь видно, что интенсивность теплообмена прямо пропорциональна отношению Ке^/йе,-,.

Таким образом, чтобы интенсифицировать теплообмен, необходимо поддерживать скорость пульсирующего потока выше скорости основного потока. Причем, как следует из рис.6, при малом соотношении скоростей пульсирующего и основного потоков интенсификация теплообмена практически отсутствует. При отношении критериев Рейнольдса пульсирующего и основного потоков (в нашем случае больше двух) имеет место интенсификация процесса теплообмена и уровень ее возрастает пропорционально росту указанного отношения.

Исходя из установленной закономерности можно объяснить отсутствие интенсификации при Не0 = 54-103(рис.5, линия 5) тем, чтс в данном случае НеГ1/Не0 < 2. Этим можно объяснить разный угол наклона линий 1-4 (чем больше отношение йед/йе,^, тем больше угол наклона), а также яено выраженный излом линий 1 и 2 и менее выраженный излом линий 3,4. Место излома линий 1-4 соответствует условию йе /йеп « 2. п о

Минимальное значение соотношения Ие^Нед, при кoтopoN возможна интенсификация теплообмена, зависит от закона изменения скорости пульсации во времени, формы импульса и составляет 1-4.

Для выяснения механизма интенсификации теплообмена с помощьк пульсаций автором сопоставлены данные величин коэффициентов теплоотдачи к жидкости с пульсацией, полученных экспериментально и вычисленных по формуле с^ = А^8 для различных скоростей основного потока. Здесь: А - постоянный коэффициент, определяющий физические свойства жидкости, № - расчетная средняя скорость потока при пульсациях.

Средняя скорость потока V? вычислялась путем интегрирования

площади под кривой, ограниченной максимальной скоростью, в пределах периода колеоаний .

Обработка данных показала, что независимо от частоты амплитуды колеоаний и скорости основного потока расчетные значения величины коэффициента теплоотдачи совпадают с погрешностью не более 10% с экспериментальными данными.

На основании этого можно предположить, что интенсификация теплообмена при пульсациях происходит вследствие увеличения средней скорости потока под действием пульсационного эф$екта.

Следовательно, этот способ интенсификации целесообразно применять в том случае, когда энергетические затраты на достижение заданной величины средней скорости потока при пульсациях будут ниже, чем затраты на достижение той же скорости потока обычным путем. Для принятия решения о целесообразности использования пульсаций как интенсифицирующего фактора в теплообменных аппаратах принимают во внимание также влияние пульсаций на накипеобразова-ние.

По методике, описанной выше, автором проведена обработка опубликованных в литературе экспериментальных данных по применению вибрации для интенсификации процессов тепло- и массообмена.

Анализ полученных результатов показывает, что интенсификация процессов возрастает пропорционально скорости вибрации или произведению частоты / и амплитуды А независимо от частоты и амплитуды вибрации, т.е. наблюдается та же закономерность, что и при пульсациях.

Проведенный анализ показывает, что интенсификация технологического процесса в аппарате с помощью пульсаций, вибраций или других колеоаний возможна при условии, если жидкость в аппарате будет разгоняться до определенной скорости.

Реакция жидкости на приложенное к ней воздействие в виде пульсационного импульса может быть различна в зависимости от частоты, формы и амплитуды импульса, а также от динамических свойств самого аппарата.

Динамические свойства аппарата выражаются постоянной Бремени Т0 или частотой собственных колеоаний ш0 = '¿%/Т0.

Еели импульсы подаются часто, а аппарат имеет большую инерционность (большую Т0), то он не будет успевать реагировать на них, что не приведет к увеличению скорости основного потока и к интенсификации процесса. При малых ускорениях пульсационного

потока с низкой частотой скорость основного потока будет увеличиваться монотонно, не превышая своего нового установившегося значения. При больших ускорениях, пульсационного потока скорость основного потока оудет расти Оыстро и иметь экстремум выше своего ноеого установившегося значения. В последующем случае средняя скорость потока будет выше, а эффект интенсификации - больше.

Таким образом, вид кривой переходного процесса параметра в нестационарном режиме работы аппарата характеризует способность аппарата к интенсификации процесса по данному параметру.

Отсутствие учета одновременно таких факторов, как динамические характеристики-аппарата, частота, величина и вид приложенного возмущения объясняют противоречивые сведения о возможности интенсификации с помощью пульсаций, вибраций и других периодических колебаний.

Динамические характеристики аппарата оказывают существенное влияние на характер протекающих в нем переходных процессов и характеризуют его способность к интенсификации по тому или иному параметру.

В связи с этим в раооте исследованы динамические характеристики теплообмеккых аппаратов сахарной промышленности и определены условия, при которых возможна интенсификация в них теплообмена.

Автором предложена классификация теплообменных аппаратов по их динамическим свойствам, что позволило сформулировать требования к их конструкции при разработке.

На рис.7 показаны переходные характеристики теплообменных аппаратов с различными динамическими свойствами. Кривые выражают зависимости изменения в относительных единицах температур х парг (кривая 1), стенки поверхности теплообмена (кривая 2) и жидкости I аппарате (кривая 3) время переходного процесса длительностью х щи единичном положительном возмущении ходом р-^улирумцего органг подачи пара в греющую камеру аппарата. При отрицательног возмущении зависимости имеют зеркальное отображение огносительж вертикальной оси. Параметры Т^Т^Тд выражают постоянные времеи соответственно греющей камеры, поверхности теплообмена и жидкост] в аппарате. Для аппарата, у которого Т1 = Т2 = Т3 (рис.7,а), т.е скорости изменения температур пара, стенки и жидкости равны, уве^ личение тепловой производительности за положительную часть импуль са возмущения компенсируется его уменьшением за отрицательно часть импульса. То есть, за период возмущения х = 0 - 200% средне

а - = Т2 = Т3;0 - Т.,<(Т2 = Т3); 6 - Т^г^з"' г - П^'г^З

интегральная производительность не изменяется и остается равной тому значению, которое оыло до нанесения возмущения. Интенсификация процесса теплообмена в данном случае отсутствует.

Для аппарата (рис.7,б) с параметрами Т^СГ^ = Т3) за положительную часть импульса возмущения среднеинтегральная тепловая производительность не превышает ее снижения за отрицательную часть импульса, т.е. не только отсутствует интенсификация, но даже происходит уменьшение тепловой производительности аппарата.

У аппарата с параметрами Т^Т^^д (рис.7,6) за положительную часть импульса возмущения среднеинтегральное значение тепловой производительности выше, чем его снижение за отрицательную часть импульса. В результате этого процесс теплообмена интенсифицируется.

У аппарата с параметрами Т2) < Т3 (рис.7,г), как и в предыдущем случае по той же причине наблюдается интенсификация процесса.

Механизм интенсификации твплооОмвна в переходном режиме работы аппаратов виден из рис.8.

- 4U -

¿t;c <t,0

it'c

7,5

3,5

■ 3,0

3,0

w^/v ima

о too zoo x,%

0 100 ZOO V/.

Ш09

tissa

.¡1Ш

eisa

ssbb

о too 200 7,*/. о а

100

5

zoo т,у.

Рис.8. Зависимости полезной разности температур Д1; и производительности И во время переходного процесса длительностью г при : а - без интенсификации; о - с интенсификацией

На рис.8 приведены зависимости полезной разности температур АХ (кривая 1 ) и количества выпаренной воды № (кривая 2) во время переходного процесса ч для аппаратов с интенсификацией (а) и Оез нее (б). Данные приЕедеш для первого корпуса выпарной станции.

Для аппаратов, у которых отсутствует интенсификация теплообмена, полезная разность температур монотонно увеличивается при положительной части импульса (т = 0-100%) и также уменьшается при отрицательной части импульса Еозмущения (т « 100-200%). В результате этого аналогичный характер переходного процесса имеют коэффициент теплопередачи и количество выпаренной воды. Ввиду симметричности изменения параметра УУ, его среднеинтегралыюе значение

У1 равно величине выпаренной воды без нанесения возмущения (кривая 3).

Для аппаратов с интенсификацией теплообмена полезная разность температур в положительную часть импульса п = 0-100%) переходит от одного установившегося значения (З^С) к другому (4°С) через экстремум (7.5°0). Это происходит вследствие разных скорое-

тей изменения температур греющего пара и жидкости, так как Т.,<Тд. Аналогичный характер изменения во времени носит коэффициент теплопередачи и количество выпаренной еоды. Снижение количества выпаренной воды за отрицательную часть импульса меньше, чем его повышение в период положительного возмущения, что свидетельствует об интенсификации теплообмена.

В результате исследований установлено, что максимальный уровень интенсификации теплообмена можно получить на объекте с параметрами (Т.,= если в положительную часть импульса резко

открывать клапан подачи пара в греющую камеру, а в отрицательную -плавно закрывать до прежнего уровня.

Заданные величины Г1,Т2,Т3 могут быть получены при конструировании аппаратов путем варьирования геометрическими размерами элементов конструкции и выбором материалов с требуемыми теплотехническими параметрами с использованием методов математического моделирования.

5. Использование результатов исследований.

На основе результатов исследований и базирующихся на них методах расчета в Укрниипродмаше разработана конструкторская документация на 72 единицы 15-и наименований оборудования, технический уровень которого выше, чем у аналогов. Это: площадка продольного опрокидывания буртоукладочных машин 181], свеклорезки типа А2-ПР5 [75], свеклорезный нож А2-ПШ1 [79], пять типоразмеров диффузионных аппаратов [84], четыре типоразмера струйных сульфита-торов А2-ПСК и А2-ПСМ [981, два типоразмера отстойников А2-П0Ф [80], тридцать пять типоразмеров секционных подогревателей и теплообменников на гладких и профилированных трубах т;пта А2-ППС, А2-ПСС, А2-ПТС, А2-ПСП, А2-ПСТ [78], семь типоразмеров еы-парных аппаратов-[76], шесть типоразмеров вакуум-аппаратов [85, 90, 99], барометрические конденсаторы А2-ПКБ, установка для растворения сахара А2-ПКВ [83, 86, 88,102] и др.

Указанное оборудование принято межведомственными комиссиями и серийно выпускается Смэлянским, Калиновским, Красиловским и Бо-лоховским машиностроительными заводами.

По данным указанных заводов с периода постановки на производство выпушено 6029 шт. названного оборудования, что дало экономию народному хозяйству около 17 тыс. тонн металлопроката.

У Оолеэ чем 50 единиц оборудования увеличена единичная производительность с одновременной интенсификацией технологических процессов или оптимизацией параметров конструкции и режимов работы. Это позволило снизить удельную массу оборудования до 2-х раз, а в ряде случаев - и более. Обобщенный показатель технического уровня такого оборудования к аналогу приближается .к величине 2-3.

Параметры созданного оборудования, технический уровень которого значительно выше, чем у аналогов, приведены в табл.1-6.

1. Технические параметры свеклорезок

Параметр А2-ПРБ-24 Т2М-СЦ2Б-1 6

(аналог)

Производительность, т/сут. Установленная электрическая мощность, кВт Габаритные размеры, мм: длина ширина высота

Масса с приводом, кг Удельная установленная мощность, кВт/(т/сут) Удельная масса, кг/(т/сут) Удельная занимаемая площадь, м"/(т/сут) Обобщенный показатель технического уровня к аналогу

3100 133.5

5300 36С0 3100 11500 0.04

3.71 0.004

1 .55

1650 100

5705 2660 3555 11680 0.06

7.08 0.009

Как видно из табл.1 свеклорезка А2-ПРБ-24 выше по техническому уровню свеклорезки Т2М-СЦ2Б-16 • (Кту>1) и превосходит ее по единичной производительности в 1.9 раза. У нее ниже удельная масса почти в 2 раза, удельная установленная электрическая мощность - в 1.5 раза, удельная занимаемая площадь - в 2 раза.

Смелянский машиностроительный зэеод выпустил 108 шт. таких свеклорезок, начиная с 1982 года.

2. Технические параметры отстойников сока

Параметр А2-П0Ф-1.5 А2-П0Ф-3 РЗ-ПОС-1.5

(аналог)

Производительность,т/сут 1500 3000

Площадь отстаивания, м^ 32 64 Габаритные размеры, мм:

диаметр 6300 6300

высота 7750 17750

Масса, кг 21500 39000

Удельная масса, кг/(т/сут) 14.3 13.0

Удельная площадь отста- 0.021 0.042 ивания, м2/(т/суг)

Обобщенный показатель 2.01 1.32

технического уровня к

аналогу

1500 118

5580 7840 22300 14.9 0.078

Смелянский машиностроительный зэеод выпустил 14 отстойников типа А2-П0Ф.

3. Технические параметры сульфитагоров

Параметр А2-ПСМ-3 СО-1.5 (аналог) А2-ПСМ-6 | СО-1.8 !(аналог)

Производительность по 125 125 250 208

продукту, т/ч

Коэффициент использо- 0.91 0.6 0.92 0.6

вания сернистого ан -

гидрида

Габаритные размеры, мм

длина 1660 2080 2300 2600

ширина 742 1770 1070 1950

высота 1750 3990 2580 6340

Масса,кг 820 4630 2310 10100

Удельная масса, кг/(т/ч) 6.56 37.04 9.24 48.56

Обобщенный показатель 3.4 2.39

технического уровня к аналогу

Анализ таол. 3 показывает, что сульфитаторы жидкоструйньк типа А2-ПСМ имеют удельную массу в 5 раз ниже, чем у аналога. ; них полезная вместимость почти в 7 раз меньше, а коэффициент использования Б02 в 1.5 раза выше, чем у аппаратов типа СО.

Омелянский машиностроительный завод выпустил начиная < 1980 г. 1142 сульфитатора жидкостно-струйного типа. На основ« сульфитаторов этого типа созданы установки для сульфитации сока сиропа и барометрической воды.

4. Технические параметры секционных подогревателей с гладкими трубами

Параметр А2-ППС-60 А2-ППС-120 ПДС-10-60

(аналог)

Площадь поверхности таплооомена, м2 Производительно с ть по продукту, м3/ч Габаритные размеры,мм диаметр длина ширина высота

Масса, кг Удельная масса, кг/(м3/ч)

Обобщенный показателе технического уровня к аналогу

60 150

2790 . 125 О 6300 3808 25.4

1 .49

120 300

4300 1900 6700 7730 25.8

2.

60

75

1040

4360 3690 49.2

Омелянский машиностроительный завод с 1978 года выпусти! 1252 шт. таких подогревателей 23 типоразмеров.

С 1991 г завод освоил выпуск подогревателей и теплообменнико! типа А2-ПСП и А2-ПСТ (12 типоразмероЕ) с профилированными трубами, Секционные теплообменные аппараты типа А2-ППС, А2-ПСС, А2-ПТС имеют удельную массу вдвое ниже, чем у аналогов. На изготовлении одного секционного аппарата экономится около 4000 кг металлопроката, включая теплообменные трубы.

- 45 -

5. Технические параметры барометрических конденсаторов

Параметр

А2-ПКБ-6

РЗ-ПКО-6

Нагрузка по пару, т/ч

Гидравлическое сопротивление

по пару, кПа

Габаритные размеры, мм длина ширина высота

Масса, кг

Удельная масса, кг/(т/ч)

р

Занимаемая площадь, м Производительность на единицу занимаемой площади,

(т/ч)/м2

Обобщенный показатель технического уровня к аналогу

70 0.001

5830 3016 7900

15782

225.5

17.6

3.98

2.42

50 4.6

10400 9000 19070

34270

489.6

48.2

1.45

Конденсаторов типа А2-ПКБ-3 и А2-ПКБ-6 выпущено на Смелян-ском машиностроительном заводе в количестве 49 штук для сахарных заводов мощностью 3 и 6 тыс.тонн переработки свеклы в сутки.

Конденсаторы имеют низкое гидравлическое сопротивление, что позволяет увеличить разрежение в системе, уменьшенные габаритные размеры, пониженный расход воды. Удельный расход металла на их производство почти вдвое меньше, чем у аналогов.

6. Технические параметры установок для растворения сахара

Параметр А2-ПКВ КЛР-1 .4

(аналог)

Производительность по 20 5

продукту, т/ч

Габаритные размеры, мм: длина ширина высота 3600 2500 3500 1565 1530 2585

Масса, кг 3150 1110

Удельная масса, кг/(т/ч) 157.5 220

Обобщенный коэффициент тех- 1.9

нического уровня к аналогу

Из табл.6 следует, что установка А2-ПКВ имеет единичную производительность в 4 раза выше, а удельную массу на 40% ниже, чем у аналога. В результате исключения вращающихся частей повышена надежность установки, Улучшены технологические показатели.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

На основе выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технические решения, направленные на повышение технического уровня оборудования для сахарной промышленности, реализа-зация которых вносит существенный вклад в научно-технический прогресс в отрасли, з том числе :

- разработаны научно-технические основы повышения технического уровня оборудования путем увеличения его единичной производительности, моделирования, интенсификации и оптимизации технологических процессов;

- разработано з Укрниипродмаше и поставлено на серийное производство на машиностроительных заводах при участии и под руководством автора 72 единицы 15-и наименований оборудования, технический уровень которого выше, чем у аналогов;

- за период с начала постановки на производство выпущено более 6 тыс.штук указанного оборудования на сумму около 60 млн.руб. в действующих на тот период ценах; получена при этом экономия около 17 тыс. тонн металлопроката;

- созданное оборудование защищено 27 авторскими свидетельствами на изобретения.

На основе выполненных исследований получены приведенные ниже основные результаты и сделаны следующие основные выводы.

1. Увеличение единичной производительности оборудования до оптимального значения приводит к снижению его удельных значений массы, энергоемкости, трудоемкости изготовления и стоимости, то есть, - к повышению показателей технического уровня.

2. Установлено, что машины и аппараты независимо от назначения подчиняются единой закономерности повышения показателей технического уровня от роста их единичной производительности, которая описывается экспоненциальной зависимостью.

3. Предложен и теоретически обоснован технико-экономический критерий определения оптимальной кратности увеличения единичной

производительности оборудования при существующей конструктивной основе.

Определены предельные значения единичной производительности для диффузионных, аппаратов, выпарных аппаратов, вакуум-аппаратов, подогревателей кожухотрубкых, сульфитаторов и зекоторых других видов оборудования.

4. Сфэрмулированы и научно обоснованы условия перехода от экстенсивного к интенсивному пути конструирования оборудования ( пути перехода на новую конструктивную основу ).

Выявлены основные закономерности влияния новой конструктивной основы на показатели технического уровня оборудования.

5. Установлено, что для решения задачи повышения технического уровня оборудования с использованием методоз математического моделирования требуется разработка специальных математических моделей, которые описывают связи технологических процессов с конструкцией и технико-экономическими параметрами оборудования, определяющими его технический уровень.

6. Сформулированы требования и разработана методология получения, проверки адекватности на основе планирования и проведения эксперимента, а также применения специальных математических моделей.

С использованием балансовых уравнений, методов аналогий и теории графов получены линейные и нелинейные математические описания установившихся и переходных процессов в оборудовании с учетом теплофизических свойств продуктов.

С помощью полученных математических моделей исследовано влияние параметров конструкции и процессов на показатели технического уровня свеклорезок, подогревателей, вакуум-аппаратов, выпарных аппаратов, выпарных станций, электрохимических реакторов, технологических сборников и других видов оборудования.

Получены новые сведения об установившихся и переходных процессах в машинах и аппаратах.

Математические модели использованы также для оптимизации конструкции и режимов работы оборудования.

7. Установлено, что оптимизация процессов и конструкции ап -паратов позволяет снизить его металлоемкость, энергоемкость, а также улучшить технологические показатели.

Сформулированы и решены задачи оптимизации конструкции и

режимов работы выпарных станции, выпарных аппаратов, секционных подогревателей, свеклорезок, трубопроводов, паропроводов, теплообменник труб, технологических сборников и другого оборудования, что позволило повысить их технический уровень.

8. Интенсификация технологических процессов в значительной мере позволяет снизить металлоемкость и стоимость оборудования и повысить таким образом его технический уровень.

Перспективным и в то же время недостаточно изученным является метод интенсификации процессов в нестационарном режиме путем пульсаций, вибраций и других периодических воздействий.

9. Установлено, что уровень интенсификации тепло- и массооб-мена путем пульсаций не определяется раздельно скоростями основного потока и его пульсационной составляющей, а зависит от соотношения этих скоростей.

Получена критериальная зависимость для определения уровня интенсификации конвективного теплообмена с помощью пульсаций.

Ю. Выяснен механизм интенсификации теплообмена с помощью пульсаций, который объясняется увеличением средней скорости основного потока под действием пульсационного эффекта.

Дано объяснение противоречивым сведениям о возможности интенсификации тепло- и массообменников с помощью пульсаций и вибраций, а также определены условия, при которых возможно применение указанных нестационарных воздействий для интенсификации процессов при конструировании оборудования.

11. Разработана классификация теплообменных аппаратов по их динамическим свойствам, что позволяет сформулировать требования к их конструкции при разработке, исходя из условия интенсификации рабочих процессов.

12. Вычислен обобщенный показатель технического уровня созданного оборудования, который подтверждает, что его технический уровень выше, чем у аналогов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЗЛОЖЕНЫ :

- в книгах :

1. Велик Е Г. Технический уровень машин и аппаратов: пути его повышения. Монография.- К.: Техника, 1991. - 200с.

2. Велик В. Г. , Щербаков А. М. , Романченко Е Л. Резервы снижения материалоёмкости машин. - К: Техниса, 1985. - 152с.

3. Велик В. Г. , Янчук Б. М., Цюкало ¡0. Ф. Оборудование для сахарорафинадного производства. Справочник,- К.: Урожай, 1989. - 224с.

4. Велик Е Г. , Костанжи И. И. Справочник по моделированию и оптимизации теплообменного оборудования сахарной промышленности.

М.: Агропромиздат, 1986. - 271с.

5. Велик В. Г. , <1едогкин И. М. Моделирование и оптимизация выпарных установок с пароотбором. - К. : Техшка, 1974. - 132с.

6. Монтаж и наладка средств автоматизации в сахарной промышленности. / Е Г. Велик, С.Ф.Геращенко, Э. А. Коваль чук и др.; Под ред. В. Г. Велика. - М.: Пищевая промышленность, 1976. - 208с.

7. Справочник по технологическому оборудованию сахарных заБО-дов /В. Г. Велик,С. А. Зозуля,В. Н Жарик и др. ; Под ред. В. Г. Велика. -К.: TexHiKa, 1982. - 304с.

- в брошюрах :

8. Велик В. Г. , Усатый Ю. Б. , Эберзина К. Е. Основные направления в создании высокопроизводительного оборудования для сахарной промышленности. - М.: ЩШГЭИлегпищемаш, 1981. - 73с.

9. Велик Е Г. , Мирошник В. А. Применение экономике, - математических моделей для проектирования вакуум - аппаратов и их автоматизации в сахарной промышленности. - М.: ЦНШТЭИпищепром, 1979. - 21с.

10. Способы интенсификации процесса прессования свекловичного жома. /Велик Е Г. , Щербаков А. М. , Гоманюк Д. Г. и др. - М.: ЦНИИТЭИпи-щепром, 1985. - 23с.

11. Специальные датчики и устройства средств автоматизации сахарного производства. / Велик В. Г. , Ковальчук Э. А. , Волошин 3. С. и др. - М.: ЦНШТЭИпищепром, 1971. - 64с.

12. Автоматизированная печь для получения сернистого ангидрида. /Велик Е Г. , Волошин 3. С., Недяк Е А. и др. - Е : ЦНИИТЭИлгацеп-ром, 1971. - 41с.

13. Каневский М. Я. , Белик Е Г. , Волошин 3. С. Автоматизация счета готовой продукции на сахарных заводах. - М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1972. - 44с.

14. Белик В. Г. , Волошин 3. С. Управление работой выпарной станции сахарного завода. - М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1972. - 22с.

15. Белик В. Г. , Соколенко Т. Г. Оборудование для сахарной промышленности. Отраслевой каталог.- М.: ЦНИИТЭИлегпищемаш,1980. - 84с.

16. Белик Е Г. Механизация и автоматизация процессов сахарной промышленности. Инф. бюллетень выставки " Инпродторгмаш - 78 ". -М.: ЦНШТЭИлегпищемаш, 1978. - 6с.

17. Белик В.Г. Работы Укрниипродмаша по снижению металло- и энергоемкости оборудования для сахарной промышленности. - М. : ЦНИИТЭИлегпищемаш, 1985, вып. 10, 8с.

- статьях и тезисах выступлений :

18. Белик В.Г. К определению оптимальной длительности производственного сезона переработки сырья на основе моделирования. // Пищеиая промышленность, 1982, N3, с. 43-45.

19. Белик В. Г. Интенсификация теплообмена в нестационарном режиме. //Энергетика и электрификация, 1983, N2, с.44-46.

20. Белик Е Г. Повысить технический уровень и качество выпускаемого оборудования. //Сахарная промышленность, 1984, N6, с. 2-4.

21. Белик В. Г. Пути и опыт снижения металло- и эергоемкости оборудования для сахарной промышленности. // Сахарная промышленность, 1985, N10, с.35-37.

22. Белик В. Г. Оптимизация параметров теплообменных труб с кольцевыми турбулизаторами. // Энергетика и электрификация, 1985,N4, с. 36-37.

23. Белик В. Р. Оборудование для сахарной промышленности уровень мировых стандартов. // Сахарная промышленность,1987, N2,0.4-6.

24. Белик В. Г. Расчет оптимальных параметров паропроводов.//Сахарная промышленность, 1979, N12, с. 23-25.

25. Белик В.Г. Расчет оптимальных параметров трубопроводов с применением ЭВМ. // Пищевая промышленность, 1980, N2, с.54-56.

26. Белик Е Г. Оптимизация конструкции и режимов работы секционных подогревателей. // Сахарная промышленность,1981, N3, с.44-47.

27. Федоткин И. М. , Белик В. Г. Экономия топлива выравниванием

энергонагрузки МВУ. // Энергетика и электрификация, 1971, N4, с. 13-15.

28. Федоткин И. М , Велик В. Г. , Дыченко А. С. Расчет минимальной стоимости выпаривания на МВУ. // Энергетика и электрификация, 1970, N4, с. 33-35.

29. Федоткин И. М. , Велик В. Г. , Дыченко А. С. Графоаналитический

метод расчета стоимости выпаривания на многокорпусных выпарных

установках. //Реф. инф. о законченных НИР в вузах УССР. Пищевая промышленность, 1971, вып. 5, с. 9-10.

30. Вир1внювання нер!вном1рносТ1 виробничого потоку на цукро-вих заводах /В. Г. Бел^к, З.С.Волошин, П. К Яцковський, А. С. Диченко // ХарчоЕа промислов:сть, 1971, N3, с. 37-38.

31. Бел!к В. Г. , Волошин 3. С. , Коппа Ю. В. Вим^рвдвання р!вня р:дини з урахуванням и густини. // Автоматика, 1971, N2, с.57-59.

32. Федоткин И. М. , Таубман Е. И. , Велик К Г. Оптимальное управление работой выпарной станции с пароотбором. // Энергетика и электрификация, 1972, N3, с. 33-35.

33. Бел:к В. Г., <1»дотк:н I. М. , Таубман Е. I. Визначення статич-них характеристик багатокорпусно"! випарно! установки (БВУ) топо-лопчними методами // Автоматика, 1972, N6, с. 66-68.

34. Костанжи И. И. , Велик В. Г. Математические модели процесса теплообмена. // Энергетика и электрификация, 1973, N1, с. 43-46.

35. Велик В. Г. , Федоткин И. М. Графоаналитическое определение оптимальных диаметров паропроводов МВУ. // Реф. инф. о законченных НИР в вузах УССР. Пищевая промышленность, 1973, вып. 7, с. 20-21.

36. Велик В. Г. , Федоткин И. М. Определение статических и динамических характеристик Еыпарных аппаратов методом теории графов. // Реф. инф. о законченных НИР в вузах УССР. Пищевая промышленность, 1973, вып. 7, с. 3-4.

37. Массо - теплообмен в переходном режиме работы технологических аппаратов / И. М. Седоткин, В. Г. Велик, 3. С. Волошин, П. В. Яц-ковский // Реф. инф. о законченных НИР в вузах УССР. Пищевая промышленность, 1973, вып. 7, с. 18-20.

38. Фэдоткин И. М. , Велик В. Г. , Костанжи И. И. Определение удельного веса кипящих растворов по величине гидродинамической депрессии. // Реф. инф. о законченных НИР в вузах УССР. Пищевая промышленность, 1973, еып. 7, с. 4-5.

39. Федоткин И. и. , Велик В. Г. , Костанжи И. И. Моделирование

процессов ЕыпариЕания на ЭВМ с учетом нелинейности и распределенности параметров. // Тезисы доклада на III республиканской конференции "Повышение эффективности и совершенствование процессов и аппаратов химических производств". - Л, 1973, с. 89-90.

40. Велик В. Г. , Волошин 3. С. , Яцковский П. В. Измерение температурной депрессии. // Сахарная промышленность, 1970, N12, с. 25-28.

41. Велик В. Г., Волошин 3. С. , Яцковский П. В. Уровнемер паро-жидкостной смеси для сосудов под давлением. // Энергетика и электрификация, 1971, N1, с.30-32.

42. Еелик В. Г. , Амлинский JL 3. Расчет разностных автоматических мостов. // Измерительная техника, 1S69, N7, с.63-65.

43. Волошин 3. С. , Велик В. Г. Прибор для определения скорости фильтрации соков. // Сахарная промышленность, 1969, N9, с. 39-40.

44. Бел:к В. Г. , Волошин 3. С. , Нестеренко В. I. Автоматичний анализатор в'язкост: утфелю : сиропу // Харчова промислов:сть, 1970, N4, с. 20-23.

45. Про нов: конструкт: форсунок для вакуум - фьтьтр:в цукро-во: промислоеост: / Паламарчук 3. М. , Бел:к В. Г. , Волошин 3. С. , По-номаренко В. А. // ХарчоЕа промислов:сть, 1970, N5, с. 51-53.

46. Рацюнальн1 конструкци розпилювальних форсунок с1рчистих печей / Недяк Е А. , Бел:к В. Г. , Федотк1Н I.M., 1ваноЕ B.C. , Павлищев М. I. // Харчова промисловють, 1972, N2, с. 52-53.

47. Велик В. Г. , Костанжи И. И. Изучение процесса теплообмена с помощью ЭВМ на нелинейных математических моделях с распределенными параметрами. // Энергетика и электрификация, 1974, N1, с. 24-27.

48. Федотклн I.M., 1ванов ЕС., Бел ¡к В. Г. Рацюнальн: конструкци технолопчних anapariB для процес:в випаровування i гор:ння // Харчова промислов1Сть, 1975, N1, с. 36-38.

49. Велик В. Г. , Шапран В. 3. Определение оптимального количества ступеней выпаривания. // Энергетика и электрификация,. 1976, N4, с. 37-39.

50. Бел:к В. Г., Костанж: I. I. Багатопараметрична оптим1защя велико: системи на приклад: Еипарно: установки. // Автоматика, 1977, N3, с. 50-54.

51. Велик В. Г. , Жарик Б. Е О создании оборудования для сахарной промышленности с интенсификацией технологических процессов на основе вибротурбулизации. // Пищевая промышленность, 1978, N3, с. 41-42.

52. Велик R Г. , Жарик Б. Н. к расчету теплоэнергетического оборудования с использованием виброколебаний. // Энергетика и электрификация, 1979, N1, с. 40-41.

53. Велик В. Г. , Щербаков А. М. О рациональной эксплуатации центробежных свеклорезок. // Сахарная промышленность, 1978, N2, с. 8-11.

54. Щербаков А. М. , Велик В. Г. Расчет и конструирование основных параметров центробежных свеклорезок.//Сахарная промышленность, 1979, N6, с. 28-31.

55. Велик В. Г. , Щербаков А. М. Оптимальные рабочие скорости свеклорезок. // Сахарная промышленность, 1980, N5, с. 34-36.

56. Велик В. Г. , Щербаков А. М. Оптимизация параметров свеклорезок на осноЕе моделирования. // Сахарная промышленность, 1980, N11, с. 25-27.

57. Велик В. Г. , Костанжи И. К Применение ЭВМ при проектировании теплоэнергетического оборудования. // Энергетика и электрификация, 1982, N1, с. 54-55.

58. Гребенюк С. М. , Велик В. Г., Щербаков А. М. Усилие на ноже при резании сахарной свеклы. // Изв. вузов. Пищевая технология, 1982, N6, с. 88-94.

59. Велик В. Г. , Костанжи И. К Микропроцессоры в системах оптимального управления выпарной установкой. // Сахарная промышленность, 1983, N12, с. 31-33.

60. Автоматизация вакуум - аппарата периодического действия /А. Ф. Кравчук, Б. А. Еременко, В. Г. Велик, ЕЕАвраменко, А. А. Заика //Сахарная промышленность, ЦНИИТЗИпищепром, 1984, вып. 5, серия 3, с. 1-6.

61. Демчук Г. С., Дыченко А. С. , Велик В. Г. О работе филиала кафедры технологического оборудования пищевых производств КТШША в Киевском НПО " Лищемаш " // Тезисы доклада на Всесоюзной научно - методической конференции "Опыт и проблемы перестройки учебного процесса в вузе" , Сумы: 1991,с.5.

62. Выборы конструктивного оформления подогревателей соков сахарных заводов и оптимизация их работы. / В. Г. Велик , Б. М. Янчук, А. А. Почечун, Ю. С. Разладин // Тезисы докладов VII Всесоюзной конференции " Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах ", том III АН СССР, Ленинград, 1985, с. 281-283.

63. Остапенков А. М. , Велик В. Г. , Жарик Б. Н. Оптимизация конструктивных параметров электрохимического реактора для очистки жомопрессовой воды. // Изв. вузов. Пищевая технология, 1986, N4, с. 64-66.

64. Секционные подогреватели / В. Г. Велик, Б. М. Янчук, А. А. Почечуи и др. // Сахарная промышленность, 1986, N6, с. 35-37.

65. Велик В. Г. , федоткин И. М., Таубман Е. И. Определение статических и динамических характеристик МВУ методом теории графов. // Тезисы доклада на XXXVIII научной конференции КТИППа, К: 1972, с. 127.

66. Размельчитель тканей свеклы РТС-СА / В. Г. Велик, 3. С. Волошин, Е. Е Зубок, М. Я. Каневский и др. // Сахарная промышленность, 1969, N9, 0.52-54.

67. Форсунка для вакуум - фильтров / В. Г. Велик, 3. С. Волошин, Е. Е Зубок, и др. // Реф. сб. Сахарная промышленность, ЦНШТЭИпище -пром, 1972, вып. 1, с. 6-9.

68. Велик Е Г. , Волошин 3. С., Нестеренко В. И. Сигнализатор уровня для вязких и загрязненных сред. // Сахарная промышленность, 1972, N4, с. 23-25.

69. Велик В. Г. , Волошин 3. С, , Ковальчук Э. И. Приборы для определения состава сатурационного и сернистого газа. // Реф. сб. Сахарная промышленность , ЦНШТЭИпищепром, 1972, вып. 8, с. 11-12.

70. Бел: к В. Г. , Волошин 3. С. , Каневський М. Я. Подр^бнювач тканин буряк1В. // Харчова промисловють, 1972, N1, с. 50-51.

71. Б£Л1К В. Г. , Волошин 3. С. , Прилепський В. Е HoBi прилади сер:: КС-3 в цукроВ)й промислоЕость // Харчова промислов^сть,1971, N1, с. 25-28.

72. Волошин 3. С. , Велик В. Г. Автоматизация дефекации на приборах системы "Старт". // Сахарная промышленность, 1968, N7, с. 36-40.

73. Велик В. Г. , Волошин 3. С. , Орлов Е. Г. Стендовая проверка и наладка пневматических приборов. // Сахарная промышленность, 1971, N12, с. 30-32.

74. Byelik V. Н. , Voloshin and Yu. V. Корра. Measuring the Level of a Liquid with Allowance for its Density // Soviet Automatic Control, 1971, N2 p. 44-57.

- 55 -

- авторских свидетельствах :

75. А. с. 717909 СССР. Центробежная свеклорезка . / В. Г. Велик,

A. М. Щербаков // Не публикуется.

76. Свид. СССР на пром. образец 24146. Печь сернистая. / В. Г. Велик, Э. И. Шелепенков, Т. А. Еевз-Беус, И. Н. Крутилин, С. А. Зозуля, Е И. Лиховой и др.

77. Свид. СССР на пром. образец. Подогреватель секционный для пищевой промышленности . / Э. И. Шелепенков, А. Д.'Пасечный,

B. И. Скворцова, В. Г. Велик и др.

78. A.c. 926501 СССР. Подогреватель. / Б. М. Янчук, A.A. Почечуи, В. Г. Велик и др. // БИ, 1982, N17.

79. А. с. 1387422 СССР. Свеклорезный нод . / Ю. В. Бурляй В. Г. Велик, A.M. Щербаков, и др. // БИ, 1987, N14.

80. A.c. 1443930 СССР. Отстойник для разделения суспензий. / В. Г. Велик, A.M. Щербаков , Б. R Жарик и др. // БИ, 1988, N46.

81. A.c. 1276602 СССР. Устройство для разгрузки транспортного средства. / Г. Е Приходъко, Е. Г. Голубенко, A. IL Парахин, В. Г. Велик и др. // БИ, 1986, N46.

82. А.с. 1208461 СССР. Распределительная камера теплообменника. / А. Ф. Немчин, В. Г. Велик, Б. А. Мелентьев и др. // БИ, 1986, N4.

83. А. с. 997644 СССР. Устройство для непрерывного приготовления сахарного сиропа / JL Я. Сандлер, Б. М. Янчук, В. Г. Велик и др. // БИ, 1983, N7.

84. A.c. 1479520 СССР. Диффузионный аппарат С В. К. Супрунчук, Е Е Каретников, В. Г. Велик и др. //БИ, 1989, N18.

85. A.c. 1017737 СССР. Устройство для автоматического управления процессом кристализации сахара в вакуум-аппарате периодического действия / А. Ф. Кравчук, Б. А. Еременко, В. Г. Велик и др. // БИ, 1983, N18.

86. А. с. 986386 СССР. Способ мойки корнеплодов и устройство для его осуществления /А. К Михно.Ю. В. Бурляй,В. С. Ямщиков,В. Г. Велик и др. //БИ, 1983, Ml.

87. А. с. 840109 СССР. Отстойник для свеклосахарного производства. /В. Г. Белик.Е Т.Рудь.В. И. Хохотва и др. //БИ, 1981, N23.

88. A.c. 971232 СССР. Устройство для мойки корнеклубнеплодов /А. К. Михно.Ю. Е Вурляй, Е Г. Велик и др. //БИ, 1982, N41.

89. A.c. 745950 СССР. Сульфитатор. /И. М. Федоткин, Е Б. Выскреб-цов.А. Ф. Немчин, В. Г. Велик и др. //БИ, 1980, N25.

90. А. с. 765351 СССР. Вакуум аппарат непрерывного действия д; кристаллизации веществ. / В. Д. Попов, И. С. Гулый.В. Т. Гаряжа.В. П. Tpoi но, В. 0. Шгангеев, Ю. Г. Артюхов, В. Р. Кулинченко, И. В. Бирюков, И. С. Шу бин, В. Г. Дидушко, В. Г. Велик и др. //БИ, 1980, N35.

91. A.c. 888342 СССР. Электроплазмодизатор для измельченног растительного сырья. /В. а Жарик.В. Г. Велик и др. //Не публикуется.

92. А. с. 305902 СССР. Установка для сжигания серы. /3. С. Воло шин, ЕА. Недяк, В. Г. Велик и др. // БИ, 1971, N19.

93. A.c. 338544 СССР. Способ автоматического регулирована процесса сульфитации. /В. Г. Велик, 3. С. Волошин, Н. А. Недяк и др. //БИ 1972, N16.

94. A.c. 339315 СССР. Устройство для промывки осадка на вакуум-фильтрах. / а А. Недяк, Е. Н. Зубок,В. Г. Велик и др. //БИ, 1972, N17.

95. А. с. 3407Q1 СССР. Способ автоматического регулирования i многокорпусных внларных установках. /П. В. Яцковский.В. Г. Бе-лик, 3. С. Волошин и др. //БИ, 1972, N18.

96. А. с. 387750 СССР. Устройство для рассева сахара. /В. Г. Ее-ЛИК. 3. С. Волошин, Б. С. Ко марь и др. //БИ, 1973, N28.

97. А. с. 590337 СССР. Режущее устройство к центробежным корнерезкам. / В. 3. Шапран, В. Г. Велик, А. М. Щербаков и др. //БИ, 1978, N4.

98. A.c. 610865 СССР. Сульфитатор. /С. А. Зозуля, В. Б. Еыскребцоз, И. М. Федоткин, В. Г. Велик и др. //БИ, 1978, N22.

99. A.c. 182073 СССР. Способ автоматического регулирования процесса уваривания сахарных сиропов. / М. Л. Вайсман, В. Н. Горох , Б. Ф. Ус, Л.Б. Куперберг, J1 3. Амлинский, В. Г. Велик. // БИ, 1966, N10.

100. А. с. 239598 СССР. Способ измерения уровня жидкости / В. Г. Велик, 3. С. Волошин // БИ, 1969, N11.

101. A.c. 276820 СССР. Способ автоматического регулирования процесса дефекосатурации. / В. Г. Велик, 3. С. Волошин, П. В. Яц-ковский и ДР. // БИ, 1970, N23.

102. А. с. 628877 СССР. Способ мойки корнеклубнеплодов . / В. Г. Велик, Д. Г. Гоманш, Е. В. Петровская и др. // БИ, 1978, N39.

Анотац1я

Ь'ел1к В.Г. Шдввдення техн1чного р1вня устаткування

для цукрово! промисловост!.

Дисертац1я на здооуття наукового ступеня доктора техн1чних наук у вигляд1 науково! допов1д1 по спец!альност1 05Л8.12 -процеси, машини 1 агрегата харчово! промисловост1, УкраХнський державний ун1верситет харчових технолог1й, Ки1в, 1994. •

Захищаються 74 науков! роооти та 28 авторських св!доцте, що м!стять результата теоретичних та експериментальних досл1джень по п1двищенню техн1чного р1вня устаткування за рахунок з01льшення лого одинично! продуктивное?!, оптим1зац11 та 1нтенсиф1кац11 технолог1чних процес1в.

Встановлено, що п1двещення одинично! продуктивное^ устаткування в оптимальних межах, оптш1зац1я його процес1в та конструкцН, !нтенсиф1кац1я процес1в зменшуть матер!алоемн1сть, енергоемн1сть, п1двицують 1нш1 показники техн1чного р1вня.

На основ! результат!в досл1джень створено та освоено у вирооництв1 72 оданиц! устаткування високого техн1чного р1вня. 3 початку сер1йного вирооництва виготовлено 01льш н!ж 6 тис.шт. такого устаткування на суму 01ля 60 млн. рос1йських карбованц1в у д1ючих цХнах, що дало економ1ю народному господарству понад 17 тис. т. металу.

Ключов! слова : техн1чний р1вень, одинична продуктивн1сть, моделювання, оптим1зац!я, 1нтенсиф1кац1я, металоемн1сть, енерго-емн1сть.

ABSTRACT

Belik V.G.

Raising of the technical level of the suger production equipment

Dissertation for obtaining Doctor's degree in Science and Enginiring shaped as a soientific report on the speciality 05.18.12 - Processes, machines and plants for food industry. Ukrainian state university for food technologies, - Kiev - 1994.

Dissertation offered for the defence of a Doctor's degree is based on 74 papers and 28 inventor's sertificates covering theoretical research work in the field of raising the technical level of equipment by inoreasing of the unit capacity, by applying mathematical modelling, optimization and intensification of technological processes.

It had been established that the increasing of unit capacity of equipment within an optimum range, optimization by modelling of design and process parameters, their intensification reduce specific material and power consumption, improve other parameters of technical level of equipment.

Basing on the results of researches it had been designed and began the production of 72 units of equipment satisfying the highest technioal level. Prom the beginning of mass production it had been manufactured more than 6 thousands units of such equipment which oosted more than 60 millions russian roubles in established prices, it gave the opportunity to econovize approximately 17 thousands tons of metal.

Key words : technical level, unit capaoity, modelling, optimization, intensification, metal consumption, power consumption.