автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Снижение энергозатрат при пневмотранспортировании измельченной древесины

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Классификация пневмотранспортных установок (ПТУ) и области их применения.

1.2. Анализ удельной энергоемкости пневмотранспортных установок.

1.3. Виды и параметры реальных пневмотранспортных установок.

1.4. Обзор исследований по снижению энергоемкости пневмотранспортных установок.

1.4.1. Характеристики движения жидкостей и газов в трубопроводе.

1.4.2. « Классическая » теория расчета трубопроводов.

1.4.3. Недостатки общепринятой теории.

1.4.4. Методы уточненного расчета пневмотранспортных установок.

1.4.5. Пути снижения энергоемкости пневмотранспортных установок.

1.5. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДА.

2.1. Методы сборки трубопроводов.

2.2. Методы контроля состояния внутренней поверхности трубопровода.

2.3. Анализ дефектов сборки трубопровода.

2.4. Качество сооружения трубопровода как основная характеристика состояния линейной части ПТУ.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕЧЕНИЯ АЭРОСМЕСИ ПО "НЕ ГЛАДКОМУ" ТРУБОПРОВОДУ.

3.1 Объект исследования.

3.2 Характеристика транспортируемого груза.

3.3 Конструкция экспериментальной установки.

3.4 Контрольно-измерительные приборы.

3.5 Порядок проведения экспериментов.

3.6 Определение необходимого числа наблюдений.

3.7 Методическая сетка проведения экспериментов.

3.8 Методы обработки экспериментальных данных.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Обработка результатов эксперимента.

4.2. Оценка достоверности результатов экспериментальных исследований.

4.2.1. Достоверность результатов экспериментальных исследований.

4.2.2. Влияние скорости воздуха на потери давления в ПТУ.

4.2.3. Влияние качества сооружения трубопровода на потери давления в ПТУ.

4.2.4. Влияние числа выступов на потери давления в ПТУ.

4.2.5. Влияние концентрации смеси на потери давления в ПТУ.

4.3. Обобщение влияния факторов КС и п на потери давления в трубопроводе.

4.4. Оценка эффективности заделки стыков, как способ снижения потерь давления в ПТУ.

ГЛАВА 5. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПТУ.

5.1. Оценка энергоемкости ПТУ.

5.2. Способы снижения негативного влияния неровностей на издержки производства.

5.3. Экономический эффект, полученный в результате заделки стыков линейной части ПТУ.

В условиях рыночной экономики перед любым промышленным предприятием стоит задача получения максимальной прибыли, представляющей собой разность между доходом от реализации продукции и себестоимостью ее изготовления. Предприятия лесной и деревообрабатывающей промышленности не являются здесь исключением. Снижение себестоимости производимой продукции является одной из важнейших задач, решение которой позволит успешно развиваться как конкретному предприятию, так и экономики России в целом.

В состав технологического процесса производства большинства предприятий лесной и деревообрабатывающей промышленности входит различное транспортирующее оборудование. Наиболее распространенными видами такого оборудования является пневмотранспорт, а также ленточные, скребковые и винтовые конвейеры. Выбор и применение того или иного вида транспортирующего оборудования на прямую влияет на себестоимость производимой предприятием продукции.

На предприятиях лесного комплекса все более широкое применение находят пневмотранспортные установки (ПТУ) имеющие по отношению к другим видам транспортирующего оборудования ряд очевидных преимуществ. К таким преимуществам можно отнести высокую производительность при небольших габаритах и массе, простоту конструкции, надежность, высокую степень автоматизации. Следует особо отметить, что ПТУ обладают лучшей экологической и эргономической безопасностью по отношению к любым другим транспортирующим машинам. Вместе с тем ПТУ имеют существенный недостаток, тормозящий более широкое их внедрение в производство и отрицательно влияющий на себестоимость производимой продукции. Таким недостатком является высокая энергоемкость ПТУ. Снижение энергоемкости ПТУ, а следовательно и снижение себестоимости производимой продукции, имеет важное хозяйственное значение.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Снижение себестоимости транспортировки щепы или других сыпучих грузов различного фракционного состава за счет снижения энергоемкости процесса пневмотранспортирования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В настоящей работе решен следующий комплекс задач:

- определены основные факторы, влияющие на потери давления в линейной части ПТУ;

- разработана методика уточненного расчета потерь давления в ПТУ с учетом различных факторов;

- разработаны способы повышения эффективности работы ПТУ. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. В данной работе предложены способы оценки внутреннего состояния линейной части ПТУ и разработана методика по снижению энергоемкости пневмотранспортных установок. АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Основные положения диссертации докладывались на научно - технических конференциях МГУЛ (1997, 1998, 1999, 2000 г).

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано три научных работы.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству. Содержит 19 таблиц, 37 рисунков. Список литературы включает 71 наименование. Объем диссертации 128 страниц.

- 121 -Основные выводы

В результате проведенного исследования получены следующие достоверные результаты, имеющие важное научно - техническое значение для расчета и проектирования пневмотранспортных установок:

1. При сооружении линейной части пневмотранспортных установок на внутренней поверхности трубопровода в местах стыковки труб неизбежно образуются выступы (неровности) порогового характера, оказывающие существенное влияние на энергозатраты при пневмотранспортировании измельченной древесины.

Высота этих уступов определяется в основном диаметром, типом и качеством изготовления труб, способами их центровки и находится в пределах от 0 до 15 мм. Значения высоты выступа, относящиеся к трубопроводам аспирационных установок, изготавливаемых обычно из самодельных не бтандартных труб, могут достигать 30 и более мм.

2. Основной характеристикой, отражающей состояние внутренней поверхности пневмотрубопровода, является качество его сооружения (КС), определяемое как отношение средней высоты выступов к диаметру трубопровода.

Для реальных пневмотранспортных систем КС находится в пределах 0,05 > КС > 0.

В зависимости от величины КС все трубопроводы целесообразно разделить на три группы:

- гладкие КС <0,01;

- условно гладкие 0,01< КС <0,016;

- не гладкие КС > 0,016.

Трубопроводы первых двух групп требуют больших капитальных затрат на сооружение за счет уменьшения допусков на изготовление труб или

- 122 -U /• и селективной подборки, тщательной укладки и заделки стыков, однако затраты энергии при их эксплуатации существенно ниже, чем у не гладких трубопроводов.

3. На потери давления, возникающие в линейной части ПТУ, существенно влияют:

- качество сооружения линейной части;

-общее число выступов на всей длине трубопровода и их форма. При проведении расчетов линейной части ПТУ целесообразно учитывать влияние выступов в местах стыковки труб как влияние местных сопротивлений через соответствующий коэффициент местного сопротивления Величина коэффициента местного сопротивления может достигать для различных трубопроводов следующих значений:

- гладкий трубопровод £0 = 0,003;

-условно гладкий трубопровод = 0,008; -не гладкий трубопровод = 0,074.

Зависимость потерь давления от числа выступов в трубопроводе является линейной, что позволяет складывать соответствующие коэффициенты получая тем самым значение общего сопротивления линейной части ПТУ, вызванное имеющимися выступами.

На величину коэффициента сопротивления выступа значительное влияние оказывает форма данной неровности, представляющая собой ступеньку с резко выступающими вертикальными краями.

1. Изменение формы выступа (заделка пластичным материалом), не сопровождаемое уменьшением его высоты, позволяет снизить значения на 30

-40%.

2. В целях повышения эффективности использования ПТУ целесообразно производить их диагностику с помощью специальных внутритрубных

- 123 инспекционных снарядов (роботов), дающих возможность оценить качество сооружения линейной части ПТУ и, в случае необходимости, заделать пластичным материалом дефектные стыки КСшта > [КС ], размеры которых превышают допустимые.

1. Альтшуль А. Д., Кисилев П. Г. Гидравлика и аэродинамика -М.: 1965.-274 с.

2. Беспалов В. И. Исследование пневмотранспорта технологической щепы на разгонных участках. Дисс. к.т.н., М.: Химки, 1976. 152с.

3. Вайсберг П. М. Универсальный снаряд дефектоскоп. М.: Трубопроводный транспорт нефти. 1994 -7. с. 30 - 34.

4. Вельшов Г. Пневматический транспорт при высокой концентрации перемещаемого материала. М.: 1964. 160 с.

5. ВильнерЯ. М., Ковалев Я. Т., Некрасов Б. Б., Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Минск: 1976. 415 с.

6. Воронин Ю. Б. Пневмотранспорт измельченной древесины. М.: 1977.207 с.

7. Гастерштадт И. Пневматический транспорт. Л.: 1927. 119с.

8. Горелик Б. А. Раструбное соединение труб, заявка № 2056006.

9. Гороховский К. Ф., Лившиц Н. В. Машины и оборудование лесосечных и лесоскладских работ. М.: 1991. 528 с.

10. Ю.Джарджиманов А. С. Внутритрубная дефектоскопия магистральных нефтепроводов. // Безопасность труда, 1994 7. с. 21-31.11 .Дзядзио А. М. Пневматический транспорт на зерноперерабатывающих предприятиях. М.: 1961. 328 с.

11. Журавлев Б. А. Справочник мастера вентиляционщика. М.: 1983.

12. Идельчик И. Е. Аэродинамика промышленных аппаратов. М.: 1964.287 с.

13. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: 1960. 464. с.

14. Иевлев В. М. Турбулентное движение высокотемпературных сплошных сред. М.: 1975. 256 с.- 125

15. Иевлев А. И., Яковлев В. Т. Технология лесозаготовок и транспорт леса. Учебное пособие. Воронеж: 1979. 98 с.

16. Иевлев Н. А. Эксплуатация систем пневмотранспорта на деревообрабатывающих предприятиях. М.: 1982. 215 с.

17. Калинушкин М. П., Орловский З.Э. и др. Пневматический транспорт в строительстве. М.: 1961. 162 с.

18. Калинушкин М. П. Насосы и вентиляторы. Учебное пособие. М.: 1987. 175 с.

19. Капцов И. И. Гидравлическое состояние газопровода и затраты энергии на транспорт газа. М.: Нефтеная и газовая промышленность. 1987-2. с. 4749.

20. Карлинский 3. И. и др. Проектирование пневмотранспортных установок деревообрабатывающей промышленности. Учебное пособие. М.: 1981.100 с.

21. Карлинский 3. И. Параметр и режимы работы пневмокапсульных установок для измельченной древесины. Дисс. д. т. н., М.: 1990. 389 с.

22. Карлинский 3. И. Совершенствовать монтаж трубопроводов транспортных систем. М.: Промышленный транспорт. 1987-6 с. 19-20.

23. Кершенбаум Я. М., Протасов В. Н. и др. Способ соединения груб, заявка № 314963.

24. Конференция " Трубопроводные технологии ". Строительство трубопроводов. 1995. №6. с 26-34.

25. Кобылкин Н. А., Буталов JI. В. и др. Соединение труб, заявка № 1590814 А1.

26. Козорис Г. Ф. Пневматический транспорт деревообрабатывающих предприятий. М.: 1968. 120 с.

27. Коробов В. В. Пневматический транспорт и погрузка технологической щепы М.: 1974. 176 с.- 126

28. Коробов В. В. Пневмотранспорт щепы. М.: Лесная промышленность, 1968. - 256 с.

29. Краснов Н. Ф. Основы аэродинамического расчета. Учебное пособие. М.: 1984. 264 с.

30. Кривозубов Д. Ю. Программа для ЭВМ «Object mixMax«. РосАПО, заявка № 930087

31. Кузнецов А. Г., Матюнин А. М. Способ неразъемного соединения труб, заявка № 542884.

32. Кузнецов А. Г., Матюнин А. М. Способ неразъемного соединения труб, заявка № 542885.

33. Лебедев Н. И. Объемный гидропривод машин лесной промышленности. М.: 1986. 294 с.

34. Лямин А. Е., Самойлов Н. С. и др. Способ сборки термомеханических соединений трубопроводов, заявка № 1492155 А1.

35. Малис А. Я. Пневматический транспорт сыпучих материалов при высоких концентрациях. М.: 1969. 181 с.

36. Малис А. Я., Касторных М. Г. Пневматический транспорт для сыпучих материалов. М.: 1985.

37. Методика определения опасности дефектов геометрии труб по данным обследования внутритрубными профилемерами. М.: АК « Транснефть», 1994. 20 с.

38. Методика определения опасности повреждения стенки труб магистральных нефтепроводов по данным обследования внутритрубными дефектоскопами. М.: АК « Транснефть», 1994. 32 с.

39. Методика определения остаточного ресурса трубопроводов с дефектами, определяемыми внутритрубными инспекционными снарядами. М.: АК « Транснефть», 1994. 36 с.- 127

40. Мингазов И. Ф., Асфандияров X. А., Голышкин В. Г. Соединение труб, заявка № 1617233 А1.

41. Мышенков В. И., Мышенков Е. В. Математические методы и модели. М.: 1994. 135 с.

42. Оботуров В. И. Сварка стальных трубопроводов. М.: 1991. 287 с.

43. Осипов П. Е. Гидравлика и гидравлические машины. М.: 1965.

44. Пижурин А. А., Розенблит М. С. Исследования процессов деревообработки. М.: 1984. 231 с.

45. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД 50-213-80.

46. Пустовойт Б. В. Механика движения жидкостей в трубах. Л.: Недра, 1971. 144 с.

47. Разумов И. М. Псевдосжижение и пневмотранспорт сыпучих материалов. М.: 1964. 160 с.

48. Святков С. Н. Пневматический транспорт измельченной древесины. М.: 1966. 318 с.

49. Святков С. Н. Пневматический транспорт щепы. Л.: 1967. 64 с.

50. Святков С. Н. Внутризаводской транспорт. Л.: 1976. 56 с.

51. Силаев А. Б., Козорис Г. Ф. Подъемые и транспортные устройства деревообрабатывающих предприятий. М.: 1989. 407 с.

52. Симонок В. П., Власов А. Д. Неразъемное соединение трубопроводов, заявка № 974013.

53. Смолдырев А. Е., Танлевский А. В. Пневматический транспорт штучных грузов. М.: Машиностроение, 1979.

54. Смолдырев А. Е. Трубопроводный транспорт. М.: 1970. 272 с.

55. СНиП II 45 75 Нормы проектирования магистральных трубопроводов. М.: 1975. 61 с.- 128

56. СНиГ! III Д. 10-72. Магистральные трубопроводы. Правила производства и проведения работ. М.: 1973. 32 с.

57. СНиП 2.05.06-85. Трубы и соединительные детали.59. СНиП III Г2-62

58. Соломатин А. В., Титова О. В. Устройство для соединения труб, заявка № 1707404 А1.

59. Таубер Б. А. Подъемно транспортные машины. М.: 1991. 526 с.

60. Тополиди К. Г. и др. Пневматический транспорт в текстильной и легкой промышленности. М.: 1987.

61. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. В 2-х томах. М.: 1991.

62. Хазанов М. Е. Гидравлические исследования влияния стыковых соединений чугунных раструбных труб на общее сопротивление напорного трубопровода. Дисс. к.т.н. М.: 1969.

63. Царенко А. И. Бесфланцевое соединение труб, заявка № 561833.

64. Черняев К. С. Оценка прочности и остаточного ресурса магистрального нефтепровода с дефектами, обнаруживаемыми внутритрубными инспекционными снарядами. // Трубопроводный транспорт нефти. М.: ТрансПресс, 1995.-№ 2,- с. 8 12.

65. Чугунов А. И. Пневматический транспорт в сельском хозяйстве зарубежных стран. М.: 1978.

66. Шевелев Ф. А. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбоцементных, пластмассовых и стеклянных водоводных труб. М.: 1973.

67. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: 1972. 381 с.

68. Шуть. Г. Е., Сербии Я. А. Практикум по курсу внутризаводской транспорт деревообрабатывающих предприятий. М.: 1980. 44 с.

69. Vollheim. Pneumatischer Transport. Leipzig. 1971. p. 154.1. JI '■ • ♦1. РОССИЙСКАЯ1. ГОСУДАРСТВЕН» -ШЯМОТЙб'лГГ3.0/