автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Совершенствование оборудования для сушки стланцевой льняной тресты в рулонах

На правах рукописи УДК 677.021: 677.051

НОСОВ Алексей Геннадьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СУШКИ СТЛАНЦЕВОЙ ЛЬНЯНОЙ ТРЕСТЫ В РУЛОНАХ

Специальность 05.02.13 "Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность)"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 СЕН го 15

005561879

Кострома, 2015

005561879

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КГТУ»)

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Киселёв Николай Владимирович,

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры технологии производства льняного волокна КГТУ

Калинин Евгений Николаевич,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой наземных транспортных средств и технологических машин ФГБОУ ВО «Ивановский государственный политехнический университет» (г. Иваново) Коновалов Владимир Викторович, кандидат технических наук, начальник ФГБУ «Агентство «Лён» (г. Москва)

Ведущая организация:

ОАО «ЦНИИМАШдеталь» (г. Москва).

Защита состоится 25 сентября 2015 года в 12 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.093.01 в Костромском государственном технологическом университете по адресу: г.Кострома, ул. Дзержинского, д. 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ. Текст реферата размещен на сайте ВАК Минобрнауки РФ vak2.ed.gov.ru

Автореферат разослан 2015 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета, д.т.н., профессор

Г.К. Букалов

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Лен-долгунец в народном хозяйстве нашей страны имеет важное значение. В сырьевом балансе текстильной промышленности волокно льна занимает второе место после хлопка. Для обеспечения экономической безопасности страны крайне важно иметь отечественное целлюлозное волокнистое сырье. В рамках задачи по импортозамещению становятся актуальными вопросы не только увеличения производства отечественного льняного сырья, но и максимального снижения его потерь в процессах заготовки и переработки, а также увеличения энергетической эффективности соответствующих технологических процессов.

Погодно-климатические условия многих регионов России зачастую не позволяют заготавливать льняную тресту в рулонах с допустимой влажностью, которая необходима для эффективного хранения. В этом случае неизбежно ухудшение свойств сырья при длительном хранении. Часть льна может остаться неубранной с полей, и льносеющее хозяйство понесет дополнительные затраты. Потери сырья при этом в отдельные годы достигают 40-50%. Одним из вариантов решения данной проблемы'является применение на льнозаводе сушильных машин для рулонов льняной тресты. Однако существующие сушильные машины для льняной тресты в рулонах не отвечают современным требованиям и нуждаются в модернизации.

Таким образом, актуальность темы обусловлена необходимостью снижения потерь при заготовке льняного сырья и повышения энегоэф'фективности оборудования для сушки льняной тресты в условиях удорожания импортного сырья и

стоимости энергоресурсов.

Актуальность изучаемой темы подтверждается соответствием ее приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в Российской Федерации (энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика), приоритетным направлениям модернизации и технологического развития экономики России (энергоэффективность и энергосбережение), перечню критических технологий (технологии экологически безопасного ресурсосберегающего производства и переработки сельскохозяйственного сырья и продуктов питания). В решениях Пятого Международного научно- технического симпозиума «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ - 2014» в качестве одной из основных задач отмечена разработка современных энергоресурсосберегающих технологий и установок с использованием современных систем управления.

Работа выполнялась в рамках базовой части государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации на проведение НИР по теме " Разработка научно-технологических основ энергосберегающих технологий сушки текстильных материалов и сырья".

ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является снижение энергозатрат и повышение производительности оборудования при сушке льняной тресты в рулонах.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- обзор и анализ информации по технологии и оборудованию для сушки льняной тресты в рулонах;

- экспериментальное уточнение фильтрационных и массообменных свойств слоя тресты высокой плотности;

- моделирование процесса сушки и разработка предложений по его совершенствованию;

- разработка конечно-элементной модели процесса сушки рулонов в машине типа СЛР-ЗМ2;

- теоретическая оценка эффективности разработанных предложений на базе конечно-элементной модели;

Методы исследования.

В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Разработанные математические модели базируются на законе фильтрации Дарси, уравнениях гидродинамики вязкой несжимаемой жидкости, современных моделях турбулентности, заложенных в САЕ-систему ANSYS, критериальных уравнениях массообмена при сушке лубоволокнистых материалов, теории математического моделирования и оптимизации. Достоверность полученных результатов обеспечивается обоснованным уровнем абстракции при замене реальных процессов их математическими моделями и подтверждается соответствием полученных теоретических результатов данным контрольных экспериментов. Обработка экспериментальных данных производилась в среде LabView 8.5. Результаты ряда экспериментальных исследований согласуются с данными других авторов.

Научная новизна работы заключается в разработке теоретических положений для моделирования процесса конвективной сушки рулонов льна, включающих новые методы расчета параметров процесса и органов управления сушильной машиной, обеспечивающих рациональное использование тепловой энергии сушильного агента и повышение производительности оборудования.

В диссертационной работе впервые:

- разработана конечно-элементная модель процесса конвективной сушки рулонов льняной тресты в сушильной машине периодического действия, реализованная в среде ANSYS CFX, учитывающая неоднородность объекта сушки по фильтрационным характеристикам и обеспечивающая возможность оптимизации параметров оборудования и процесса сушки;

- разработана методика определения оптимальной степени рециркуляции сушильного агента при сушке рулонов льняной тресты, обеспечивающей минимальную стоимость сушки, и исследована зависимость ее от параметров процесса и объекта сушки;

- дано теоретическое обоснование требований к системе автоматического управления распределением сушильного агента в машине СЛР-ЗМ2.

Практическая ценность и реализация полученных результатов.

Уточнены фильтрационные и массообменные характеристики льняной тресты для слоя высокой плотности, соответствующей рулонному способу уборки.

Обоснована необходимость повышения скорости воздуха при сушке для снижения неравномерности сушки, повышения производительности и снижения

затрат.

На примере сушильной машины СЛР-ЗМ2 определена оптимальная степень рециркуляции сушильного агента для типовых параметров рулона тресты, обеспечивающая минимум затрат на сушку единицы массы тресты.

Разработан вариант системы автоматического управления заслонками на сушильной машине СЛР-ЗМ2, обеспечивающей как компенсацию неравномерной раздачи воздуха между рулонами, так и разброса рулонов по фильтрационным характеристикам. Показана возможность повышения производительности машины не менее, чем в. 1,3 - 1,9 раза и снижения удельных затрат тепла в 1,7 - 2 раза.

Предложения по совершенствованию конструкции сушильной машины для стланцевой льняной тресты приняты для использования ООО «Текстиль» (г Кострома). Ожидаемый экономический эффект от использования новых технических решений составляет 361 626 рублей в расчете на годовую программу льнозавода. Разработанные модели сушки тресты на машине СЛР-ЗМ2 использованы в лабораторном практикуме по предмету «Компьютерное моделирование и исследование процессов производства льняного волокна»

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были

доложены и получили одобрение на:

- 64-й международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в агропромышленном комплексе», г. Кострома, КГСХА, 2013 г.;

- Международном научно-практическом семинаре «Физика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоемкие технологии и материалы»

(БМАЯТЕХ—2014), г. Иваново; тт^то

- Международной научно-технической конференции: «АК1У А-11Ьл_ЬШ

ПРОБЛЕМЫ НАУКИ В РАЗВИТИИ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ

(ЛЕН-2014), г. Кострома;

- Всероссийской научно-практической конференции «Управление бизнес-процессами в системах производственной и социальной инфраструктуры», г. Кострома, КГУ им. Н.А.Некрасова, 28-29 ноября 2014 г.;

- заседаниях семинара по теории машин и механизмов (Костромской филиал семинара по ТММ РАН, секция «Текстильное машиноведение»), 2014, 2015 г.г.

Основные положения диссертации опубликованы в материалах 8 статей, в

том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из четырех глав, изложенных на 148 страницах, содержит 72 рисунка, 12 таблиц, список литературных источников из 76 наименований, а также имеет выводы и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы её цель и задачи, представлена общая характеристика работы, включающая описание использованных теоретических и экспериментальных методов исследова-

НИИ, формулировку новых научных результатов и их научной новизны, практической значимости, достоверности и обоснованности выводов и рекомендаций, полученных в работе.

В первой главе проведен анализ влияния рулонной технологии уборки льняной тресты на структуру и свойства рулона как объекта сушки, выполнен обзор оборудования для сушки рулонов, оценены факторы, влияющие на показатели процесса сушки, и методы моделирования данного процесса. Отмечено, что повышенная растянутость и другие показатели неоднородности слоя приводят к усилению неравномерности рулона по плотности и проницаемости для сушильного агента. Это приводит не только к увеличению неравномерности сушки, но и к повышению энергетических затрат.

На основании экспериментальных исследований рулонов льнотресты, заготовленных на Шолоховском льнозаводе, установлено, что фактически только 18% рулонов имеют допустимую влажность, соответствующую требованиям ГОСТ. Хранение рулонов льнотресты с повышенной влажностью приводит к потерям и ухудшению качества сырья к моменту его механической обработки. В силу сложных погодных условий в большинстве льносеющих районах Российской Федерации, указанная ситуация не является единичной.

В работе сделан обзор и сравнительный анализ сушильных установок для рулонов, различающихся схемой подачи теплоносителя, а также средств автоматизации управления процессом сушки. Отмечены основные требования к сушильным машинам для рулонов льнотресты:

- возможность одновременной сушки нескольких рулонов;

- возможность выгрузки высушенного рулона без остановки процесса сушки остальных рулонов, установленных в сушильной машине;

- наличие рециркуляции и реверсирования теплоносителя;

- равномерность сушки льняной тресты по высоте и в поперечном сечении

рулона;

- равномерность сушки рулонов, установленных в разных ячейках сушильной машины.

Обзор работ предшественников (А.Г.Тарлецкий, А.П.Апыхтин, В П.Чеботарев, А.В.Терентьев, Н.Н.Кузнецов, И.А.Дубкова и др.) позволил сделать анализ факторов, влияющих на эффективность сушки рулонов льнотресты. Учтены рекомендации исследователей по диапазону изменения скорости и температуры теплового агента, приведены данные об эффективности использования рециркуляции, выявлены наиболее рациональные схемы сушильных установок, рассмотрены особенности распределения плотности прессования стеблей по диаметру и по высоте рулона, отмечены параметры сырья, которые в большей степени влияют на интенсивность сушки. В обзор также включены опубликованные данные по теоретическим и экспериментальным исследованиям особенностей процесса сушки рулонных материалов применительно к прессованному сену.

В конце главы на базе анализа существующих методов теоретического описания процессов сушки (А.В.Лыков, В.И.Коновалов, С.П.Рудобашта, Б.С.Сажин) и попыток их применения к конкретным материалам (И.Ю.Алексанян, А.Г.Гороховский, Н.А.Миронов, Ю.В.Васильев и др.) поясняется подход автора к

моделированию массообменных процессов в структуре рулонов льняной тресты. Сформулированы основные допущения при постановке задачи, и обосновано использование теоретико-экспериментального подхода, основанного на представлении материала как гомогенной ортотропной пористой среды с расчетом фильтрационных и теплообменник процессов средствами АЫБУБ СБХ. Модель замыкается эмпирическими зависимостями для коэффициента проницаемости и скорости сушки.

Вторая глава посвящена экспериментальным исследованиям фильтрационных и массообменных свойств слоя льняной тресты высокой плотности для получения эмпирических зависимостей, необходимых для моделирования и исследования процесса сушки тресты в рулонах. Аналогичные исследования Н.Д.Хомуцкого, А.Н.Гавриловой, Ю.В.Васильева проводились при объемной плотности слоя тресты до 75 кг/м3, что соответствует плотности в конвейерных сушильных машинах. Однако при прессовании льнотресты в рулоны плотность в средней части рулона может достигать 200 кг/м3, а максимальная средняя плотность рулона для эффективной сушки составляет примерно 130 кг/м , в связи с чем потребовалось уточнение характеристик проницаемости и массобмена слоя высокой плотности.

Для изучения зависимости проницаемости льняной тресты от плотности слоя, направления продувки, скорости воздуха и диаметра стеблей, различных для комлевой, срединной и вершинной части стеблей проводились эксперименты на модернизированной установке для разбраковки текстильных паковок. Были получены следующие регрессионные зависимости коэффициента проницаемости С для поперечной (1) и продольной (2) продувке слоя:

г р \\1т

С = 0,0789

{ -^0,180 (

М>

2с1.

\

£—1 Р

С = 0,165

С ^0,496 f

I кР

/У

■1

у;

(1)

(2)

где V - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м /с; р — тяжеловесность

стебля, кг/м ; Р - объемная плотность загрузки, кг/м ; стеблей, мм; V/ — скорость фильтрации воздуха, м/с.

<1СТ - средний диаметр

Все коэффициенты в уравнениях значимы при доверительной вероятности 0,95. Установлено, что с увеличением скорости воздуха в слое разница в проницаемости слоя при движении воздуха поперек и вдоль стеблей уменьшается, что должно положительно отразиться на равномерности сушки. В то же время с увеличением плотности слоя эта разница усиливается. Также отмечается, что проницаемость при продольной продувке значительно выше, чем при поперечной, это позволяет сделать вывод о преимуществах аксиальной продувки в отношении затрат энергии на преодоление сопротивления рулона.

Эксперименты по уточнению критериального уравнения массообмена в слое тресты плотностью 130-180 кг/м'3 проводились на модернизированной установке, используемой в опытах Ю.В.Васильева. Обработка полученных данных,

выполняемая в среде Lab VIEW, позволила определить коэффициенты в критериальном уравнении массообмена, а также в уравнении Г.К.Филоненко для относительной скорости сушки.

Полученная зависимость относительной скорости сушки от разности текущей и равновесной влажности тресты дана на рисунке 1. Анализ указанной зависимости подтверждает, что относительная скорость сушки зависит от однородности слоя.

0.5 1

Разность текущего а равновесного влагосодержашга. кг,-кг

Рис 1 Относительная скорость сушки: 1, 2- вертикальный слой (по Н.Д.Хомуцкому и Ю.В.Васильеву); 3-вертикальный слой высокой плотности; 4-горизонтальный слой (по Н.Д.Хомуцкому)

Определение коэффициентов в критериальном уравнении массообмена выполнялось путем его аппроксимации степенной функцией. Получено следующее уравнение:

Nud = (0,244 ± 0,024) Re1-0040-023 Рг

з af, V

Я'

(3)

где Nud - диффузионный критерий Нуссельта, Re - критерий Рейнольдса, Prd -диффузионный критерий Прандтля, d, - эквивалентный диаметр слоя, м; Н - толщина слоя в направлении продувки, м.

По результатам экспериментов существенной разницы в интенсивности массообменных процессов в слое повышенной плотности до 180 кг/м не выявлено. Критерий Нуссельта, остается пропорциональным числу Рейнольдса, т.е. зависит от скорости подвода тепла в зону сушки.

В третьей главе приведены результаты моделирования и исследования процесса сушки рулона льняной тресты в сушильной машине на базе конечно-элементной модели рулона при допущении его осевой симметрии. Распределение плотности по высоте и радиусу рулона получено с использованием экспериментальных данных И.А.Дубковой, усредненных по данным измерений для 7 рулонов.

Получены расчетные зависимости времени сушки, удельных затрат тепла и стоимости сушки от степени рециркуляции при аксиальной и радиальной продувке рулона. Анализ данных зависимостей показывает, что аксиальная схема продувки обеспечивает значительно лучшие результаты по сравнению с радиальной. Это объясняется как способом подвода воздуха, так и распределением проницаемости по объему рулона. Во-первых, неравномерность плотности по высоте рулона значительно более высока, чем по диаметру. Это приводит к ускоренному высыханию участков с высокой проницаемостью с последующей утечкой через них сушильного агента с неиспользованным потенциалом сушки. Во-вторых, при использовании перфорированной трубы - прокалывателя для реализации радиальной продувки, в силу неравномерного распределения потока по его высоте, поле скоростей в сечении рулона также получает дополнительную неравномерность (рис.2).

Рис.2. Поле скоростей и линии тока воздуха в сечении рулона: а) аксиальная продувка; б) радиальная продувка, при подаче от центра в) радиальная продувка, при подаче к центру

Использование рециркуляции дает значительный эффект как при радиальной, так и при аксиальной продувке рулона. В первом случае можно ожидать уменьшения затрат на сушку на 50%, во втором - на 40%, что является существенным резервом снижения себестоимости. Можно также отметить, что при сушке рулона с большей неравномерностью для снижения затрат требуется значительно увеличивать степень рециркуляции.

Для верификации модели процесса сушки на лабораторной установке произведены контрольные эксперименты по сушке образцов льняной тресты, представляющих уменьшенное подобие рулона диаметром 80 мм, с различной плотностью прессования. Расхождение расчетных и опытных кривых сушки льнотресты до кондиционной влажности 23% не превышает 10%, что можно признать удовлетворительным результатом.

В работе исследована возможность построения автоматической системы регулирования степени рециркуляции теплоносителя в зависимости от характера протекания процесса сушки. Идея основана на том, что влажность отработанного

теплоносителя является показателем эффективности использования его потенциала и энергоэффективности установки в целом. При снижении влажности сушильного агента ближе к концу сушки целесообразно повышать степень рециркуляции, поскольку его потенциал сушки недоиспользуется.

Математически данная задача является типовой задачей оптимального управления и сводится к минимизации функционала. В нашем случае функционал Ф[у(<р)] представляет зависимость общих затрат на сушку от функции у(ср), задающей связь степени рециркуляции с относительной влажностью воздуха ср на выходе из рулона. Выбранная функция представлена формулой (3).

у{(р-,а) = а{\-(р). (3)

Выбор данной функции физически обоснован, т.к. при полном насыщении теплоносителя влагой (ф=1) рециркуляция бессмысленна (у=0), а при минимальном насыщении его (ср—>0) степень рециркуляции должна быть максимальной.

Установлено, что в условиях вычислительного эксперимента для типовых параметров рулона при оптимальных значениях параметра а в ф.(3) за счет регулирования степени рециркуляции можно ожидать снижения стоимости сушки на уровне 5% при радиальной и 2% при аксиальной схемах продувки даже при увеличении скорости воздуха в сечении рулона до 8 м/с (рис.3). В связи с этим применение регулируемой степени рециркуляции признано нецелесообразным в виду значительного усложнения системы управления.

з.о.____

Скорость воздуха, м/с

Рис. 3. Оптимальная степень рециркуляции в функции скорости при неравномерности по плотности: 1 - 12%; 2 - 50%

При отсутствии регулирования степени рециркуляции в процессе сушки существует ее оптимальное значение, при которой затраты на сушку минимальны. Оптимальное значение степени рециркуляции, по результатам вычислительного эксперимента, находится в интервале от 0,75 до 1,83, уменьшаясь со снижением скорости воздуха (рис.4).

Рис.4. Зависимость затрат на сушку от скорости воздуха и степени рециркуляции

В работе произведена оценка влияния скорости сушильного агента на входе в рулон на показатели процесса сушки при учете рециркуляции воздуха. В существующей машине СЛР-ЗМ2 скорость воздуха находится на уровне 0,5 м/с. Установлено, что повышение скорости на входе в рулон с 1 до 3 м/с приводит к пропорциональному повышению производительности, а стоимость сушки в диапазоне неравномерности рулона по плотности 12-50% снижается соответственно в 1 7-2 раза при оптимальной степени рециркуляции.

В четвертой главе описаны особенности построения в среде САЕ-системы АШУБ СБХ 14 0 конечно-элементной модели сушилки СЛР-ЗМ2, разработана система автоматизации управления распределением воздуха и произведена оценка ее эффективности на основе вычислительных экспериментов. Модель учитывает основные геометрические параметры сушильной машины (без учета калорифера и вентилятора), параметры рулона и сушильного агента, способ подачи воздуха в слой тресты (рис.5). Работа заслонок, управляющих реверсированием подачи воздуха, а также перекрывающих подачу в отдельный рулон, воспроизводилась с использованием средств управления междоменными интерфейсами АМЬУЬ ^гА

по выполнению определенного условия.

Результаты моделирования процесса сушки при существующей системе раздачи воздуха между рулонами показывают, что, не смотря на реализованные в вычислительном эксперименте одинаковые начальные параметры рулонов по влажности и плотности, высыхают они далеко не одновременно (рис.6).

Это объясняется неравномерным распределением воздуха между рулонами в машине СЛР-3 Очевидно, что разброс рулонов по плотности и проницаемости, имеющий место в реальных условиях, еще больше усилит неравномерность суш-

ки.

Рис. 5. Геометрическая модель сушильной машины СЛР-3: 1- рулоны тресты; 2-нижяий распределительный воздуховод; 3-верхний распределительный воздуховод; 4, 5- отводящий и подводящий воздуховоды

1 ООО

5 ООО

Рис. б. Изменение максимальной влажности рулонов в процессе сушки с рециркуляцией: 1- первый рулон. 2- второй рулон, 3-третий рулон

При этом, несмотря на наличие заслонок, позволяющих изменять подачу воздуха в каждый рулон, выровнять расходы через них практически невозможно из-за отсутствия средств контроля потока воздуха на машине. На практике, ввиду отсутствия датчиков влажности тресты, это означает, что из трех рулонов два будут иметь неоптимальную влажность. Если же ориентироваться на гарантирован-

ное высыхание всех рулонов, то в период досушивания потенциал сушки воздуха, проходящего через уже высохшие рулоны, окажется неиспользованным, что резко увеличит энергозатраты. Фактически заслонки выполняют свою функцию лишь при неполной загрузке машины, перекрывая подвод воздуха к ячейкам без рулонов. Корректировка конструкции воздуховодов для обеспечения равномерной раздачи воздуха также является практически бессмысленной операцией ввиду сильного разброса начальных параметров рулонов.

Для уменьшения неравномерности сушки, связанной с неоднородностью рулонов по проницаемости, а также неравномерным распределением воздуха между рулонами в сушильной машине СЛР-ЗМ2 предлагается создание автоматической системы управления (САУ). Предлагаемая САУ (рис. 7) работает по принципу управления по отклонению (принципу обратной связи), при этом в роли регулирующего параметра системы выбрана влажность теплоносителя, выходящего из каждого рулона. Снижение значения влажности воздуха ниже задаваемого уровня означает, что проходящий через рулон сушильный агент уже не насыщается влагой, то есть рулон высушен.

Дбцхпозиципнная САУ И 1

гЦ Регуттор 1 1 1 1 1 _)- Объект упрпб/тния и —1*

Рис. 7. Структурная схема САУ подачи воздуха к каждому рулону в машине СЛР-ЗМ2

В результате, сравнивая сигнал датчика влажности воздуха и с заданным значением влажности иг, система управления в нужный момент времени инициирует соответствующее управляющее воздействие У. В основе работы регулятора САУ лежит двухпозиционный (релейный) закон регулирования, который оценивает ошибку рассогласования Е. В качестве исполнительного механизма предлагается использовать заслонки, которые могут находиться в двух положениях -«открыто» или «закрыто» и полностью перекрывают подвод сушильного агента к рулону в случае достижения заданного значения влажности воздуха на выходе из него. При этом после перекрытия подвода теплоносителя к высохшему рулону, весь теплый воздух устремляется к оставшимся недосушенным рулонам, тратя только на них свой энергетический потенциал, что должно ускорить их сушку. После высыхания второго рулона весь воздух направляется в последний рулон, досушиваемый при максимальном расходе сушильного агента.

Данное предложение реализовано программно в среде АИБУЗ. Для оценки его эффективности задавалось значение относительной влажности воздуха на выходе из рулона, при котором прекращается подача воздуха, на уровне 20%. Моде-

лирование проводилось как при наличии, так и при отсутствии рециркуляции теплоносителя. На основании построенных графиков изменения влажности рулонов с течением времени (рис.8), изменения влажности и температуры выходящего теплоносителя в процессе сушки проводится оценка эффективности применения предлагаемой САУ.

Установлено, что при отсутствии рециркуляции использование САУ сокращает время сушки трех рулонов на машине CJIP-3M2 с 4100 с до 2150 с, или в 1,90 раза, а удельный расход тепла (без учета потерь в окружающую среду) - с 5,43 МДж/кг до 2,7 МДж/кг, или в 2 раза. Для случая с рециркуляцией (п=4) время сушки сокращается менее интенсивно - с 4400 с до 3400 с, или в 1,3 раза, а удельный расход тепла с 4,23 МДж/кг до 2,5 МДж/кг, или в 1,7 раза.

0,4-1,,

0,35

U

« 0,3

jí

н

о

о X 0,25

СО

ч

0,2

ж

<й

Е

иЭ 0,15

а

S

S

о ОД

ей

2

0,05

500

1 ООО 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 00С

Рис. 8. Изменение максимальной влажности рулонов в процессе сушки с САУ и рециркуляцией: 1- первый рулон. 2- второй рулон, 3-третий рулон

Наиболее эффективно использование САУ при отсутствии рециркуляции. Это объясняется снижением интенсивности процесса при использовании рециркуляции из-за уменьшения потенциала сушки воздуха. В свою очередь, снижение интенсивности сушки уменьшает ее неравномерность, но увеличивает продолжительность.

Таким образом, анализ компьютерной реализации работы системы автоматического управления заслонками показал, что ее использование должно уменьшить время сушки рулонов до гарантированной влажности 23% в 1,3-1,9 раза и сократить удельные затраты тепла в 1,7 - 2 раза.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Исследования показывают, что фактическая влажность заготовленной тресты в рулонах на практике колеблется от 14 до 44%, при средней влажности 31%, а нормативную влажность имеют не более 20% всех заготовленных рулонов.

2. Недостатком рулонной технологии уборки является повышенная растянутость, дезориентация и вариация стеблей по комлям. Это вызывает значительную неоднородность объекта сушки по плотности и по фильтрационным характеристикам, что приводит к неравномерной сушке и снижению показателей эффективности оборудования.

3. Существующие сушильные машины для льняной тресты в рулонах СЛР-ЗМ2 не отвечают современным требованиям и нуждаются в модернизации.

4. Уточнены показатели фильтрационных и массообменных свойств льняной тресты в слое высокой плотности; установлено, что при высокой плотности загрузки неоднородность слоя по проницаемости усиливается.

5. На базе конечно-элементной модели исследовано влияние степени рециркуляции сушильного агента на эффективность процесса сушки. Установлено, что оптимальная степень рециркуляции зависит от степени неоднородности рулона по проницаемости и в диапазоне неравномерности рулона по плотности в радиальном направлении 12-50% для аксиальной продувки находится в пределах 0,7-1,6 при скорости сушильного агента 1 м/с и 1,5-2,4 при скорости 3 м/с.

6. Показана целесообразность повышения скорости сушильного агента на входе в рулон до 2,5-3 м/с. Установлено, что повышение скорости с 1 до 3 м/с приводит к пропорциональному повышению производительности, а стоимость сушки в диапазоне неравномерности рулона по плотности 12-50% снижается соответственно в 1,7-2 раза при оптимальной степени рециркуляции.

7. Анализ конечно-элементной модели сушилки СЛР-ЗМ2 показал, что она не обеспечивает равномерного распределения воздуха между рулонами, что приводит к неравномерной сушке и увеличивает ее продолжительность.

8. Для устранения влияния неравномерности сушки из-за разброса рулонов по плотности и неравномерной раздачи воздуха предложена система автоматического управления заслонками, перекрывающими подачу воздуха к каждому рулону.

9. Анализ компьютерной реализации работы системы автоматического управления заслонкам показал, что ее использование должно уменьшить время сушки рулонов до гарантированной влажности 23% в 1,3-1,9 раза и сократить удельные затраты тепла в 1,7 - 2 раза.

10. Ожидаемый экономический эффект от использования новых технических решений составляет 361 626 рублей в расчете на годовую программу льнозавода.

ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

РАБОТЫ

Журналы, входящие в «Перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий»

1. Носов А.Г. Об использовании рециркуляции при сушке льняной тресты в рулонах/ А.Г.Носов, Н.В.Киселев // Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. - 2013. - № 3(345). - С.36-39.

2. Носов А.Г. Определение проницаемости льняной тресты высокой плотности /А.Г.Носов, Н.В.Киселев// Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности.-2014.'-№ 5(353).-С.36-39.

3. Носов А.Г. О повышении эффективности процесса сушки льняной тресты на машине СЛР-ЗМ2 /А.Г.Носов, Д.С.Щербаков// Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. - 2014. - № 5(353). - С.28-32.

Научно-технические журналы и сборники научных трудов

4. Носов А.Г. Автоматическая система контроля влажности льнотресты при сушке в рулонах/ А.Г. Носов, В.Г. Дроздов, Э.В. Новиков // Электронный вестник КГТУ - 2012. - №2.

5. Носов А.Г. О целесообразности автоматического регулирования степени рециркуляции в машинах для сушки рулонов льнотресты/ А.Г.Носов, Н.В.Киселев, В.Г. Дроздов // Сборник «Инновационные разработки Селекцен-тра - льноводству», ГНУ ВНИИЛ Россельхозакадемии. - 2013 - СЛ 75-178.

Сборники материалов и тезисы докладов на Международных, всероссийских и

межвузовских конференциях

6. Носов А.Г. Автоматический контроль влажности льнотресты при сушке в рулонах/ А.Г. Носов, В.Г. Дроздов, Э.В. Новиков // Сборник статей 64-й международной научно-практической конференции. КГСХА-2013 г.,т.1, с. 175-178.

7. Носов А.Г. «Экспериментальное исследование массообмена при сушке льняной тресты высокой плотности»/А.Г.Носов, Н.В.Киселев// Мат. 66-й научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» 21-25 апреля 2014 г., т.2., с.96-97.

8. Киселев Н.В. «Критериальное уравнение массообмена при сушке льняной тресты высокой плотности» /Н.В.Киселев, А.Г.Носов.// Мат. XVII Международного научно-практического семинара «Физика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоемкие технологии и материалы» (8МАЛТЕХ-2014) 26-28 мая 2014 г.

Носов Алексей Геннадьевич

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 18.06.2015. Печ. л. 1,0. Заказ 265. Тираж 100. РИО КГТУ.