автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии лесосплава на основе использования пульсирующих потоков

Санкт-Петербургская лесотехническая академия п1 имени С.М.Кирова

' ' ■ , . На правах рукописи

ПОЛЯНИН Александр Яковлевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕСОСПЛАВА НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПУЛЬСИРУЮЩИХ ПОТОКОВ

05.21-01. Технология я машины лесного хозяйства н лесозаготовок

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 1995

Ра&ота выполнена на кафедре Гидравлика и использования водных ресурсов Марийского государственного технического университета

Официальные оппоненты:

Доктор технических, наук, профессор, академик РАЕН

Доктор технических наук, профессор, академик РАЕН

Доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАЕН

М.М. Овчинников Д.Н. Липмаи В.Я. Харитонов

Ведущее предприятие:

Бэл го-Капский научно-исследовательский институт водного лесотраиспорта (ВКНИИВОЛГ)

Защита состоится -М" ¡1 199 г. в и часов по заседании диссертационного совета Д.063.50.01 в Санкт-Петербургской лесотехнической академии имени С.М. Кирова (194018, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Главное здание, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке лесотехнической академия.

^ ~ Н 189 ^

Автореферат разослан ^ __¿}_189 О т.

Ученый секретарь диссертационного совета

Г.М- Анисямов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Современное развитие народной, хозяйства в эпоху перехода к рыночной экономике стаяи? задачу обеспечения дальнейшего роста н устойчивого, аосту дательного развития производства, повышения темпов и уф фектиэности развития экономики на базе ускорения научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, более рационального использования производственного потенциала страны, всемерной экономии ре сурсов и повышения качества работы. Во всех отраслях на родного хозяйства предусматривается последовательно прово дить линию на более быстрое техническое перевооружение производства, создание и выпуск машин и оборудования, по звоЛяющих улучшать условия труда и повышать его произво днтельность, экономить материальные ресурсы, а также внедрение высокоэффективной технологии, комплексной механизации и автоматизации производства.

В области лесной, целлюлозно-бумажной и деревообраба тывающей промышленности стоит задача обеспечения разви тия лесозаготовительной промышленности, увеличения объема выпуска продукции без ущерба окружающей среде, повы шения производительности труда на базе внедрения высоко' производительных машин и передовой высокоэффективной технологии.

Эффективность работы промышленного лесотранспорта является одной из важных составляющих в экономике предприятий лесного комплекса, где в последние десятилетия автомобильным, железнодорожным и водным транспортом осуществляется перевозка лесоматериалов.

При этом важно подчеркнуть, что, в связи с огромными затратами на строительство и эксплуатацию автомобильных и железнодорожных дорог, лесосплав является самым экономичным видом лесотранспорта.

Строительство гидротехнических сооружений на водных магистралях страны вызвало существенные изменения гидрологических условий водных путей. Образование каскада водохранилищ на крупных реках и зоны подпора на их притоках привело к полной или частичной потере естественных скоростей течений, что исключило использование энергии естественного водного потока для продвижения лесоматериалов. Почти кагкдое второе лесопромышленное объединение отрасли расположено в зоне водохранилищ.

Изменившиеся гидрологические условия заставили искать новые технические средства и технологические решения.

обеспечивающие перемещение лесоматериалов на воде. В практике лесосплава в качестве транспортного средства стали использоваться стационарные искусственные водные потоки, отдаваемые гидроускорителями (потокообразователями). А -акже разного типа механические ускорители.

Использование искусственных водных потоков как транспортного средства не привело к ожидаемым высоко эффективным результатам вследствие несовершенства потокообразо-вателей, выпуск которых вскоре прекратился. Использование же механических ускорителей иногда технически невозможно, а подчас экономически нецелесообразно.

Сортировка и сплотка круглых лесоматериалов, нх выгрузка на берег и погрузка в суда, формировка плотов и другие лесосплавные операции - важнейшие звенья технологических процессов лесосплавных рейдов, рейдов приплава потребителей, водных бассейнов деревообрабатывающих предприятий. Эти процессы трудоемки, однообразны, опасны и требуют применения тяжелого ручного труда с низкой производительностью. В диссертации решается проблема поиска новых гидравлических средств для принудительного продвижения лесоматериалов на акваториях лесосплавных рейдов на основе использования для этих целей искусственных пульсирующих потоков, возбужденных импульсными гидравлическими струями, разработка высокоэффективной технологии лесосплава. Импульсная гидравлическая струя - прерывный поток масс жидкости, вытекающих из струеобразующего насадка в виде единичных идентичных импульсов через равные промежутки времени.

Пульсирующий поток - поток жидкости, возбужденный затопленной импульсной струей, в ограниченном пространстве жидкости тех же физических евойств.

Цель работы - повышение эффективности лесосплава путем разработки и внедрения прогрессивной высокоэффективной технологии в лесосплавные операции па основе использования пульсирующих .искусственных водных потоков, возбужденных визконапорными и низкочастотными импульсными гидравлическими струями.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в результате выполненных диссертантом научных исследований впервые: теоретически и экспериментально обоснованы н разработаны экспериментально-аналитические методы использования импульсных гидравлических струй н пульсирующих потоков в решении крупной'проблемы продвижения лесоматериалов по акваториям лесосплавных предприятий

при отсутствии естественных течений, имеющей важное на роднохозяйственное значение;

разработаны способы создания низконапорных и низко частотных импульсных струй с помощью импульсных гидро ускорителей (погокообразователей), разработана методика проектирования импульсных гидроускорителей (в том числе на базе электрогидравлики);

установлена динамика развития импульсной струи э не ограниченном водном пространстве, формы и размеры единичных импульсов, кинематические и динамические характеристики, закономерности. распространения пульсирующего потока при различном его ограничении, его плановая картина, закономерности изменения осевых скоростей и скоростей по поперечным сечениям, линии тока зжектируемой жидкости и вторичные течения, скоростные полй суммарных пульсирующих потоков; поставлены математические модели рассматриваемых физических явлений;

установлен колебательный характер движения лесомате риалов в пульсирующем потоке (молью и грузоединицами). резко снижающий силы трения между лесоматериалами, обеспечивающий эффективное их движение з сфере воздействия пульсирующего потока;

разработаны новые конструкции импульсных гидроускорителей, защищенных авторскими свидетельствами на изобретение, выполнены в металле экспериментальные образцы в натуральную величину и проведены их испытания в производственных условиях.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Методы решения гидродинамических задач неустановившегося (струйного) течения жидкости.

2. Принципы создания импульсных гидравлических струй в струеобразующем насадке, работающем в импульсном режиме.

3. Закономерности распространения импульсных струй а , неограниченном водном пространстве.

4. Закономерности распространения пульсирующих потоков при различных ограничениях водного пространства.

5. Технологические схемы продвижения лесоматериалов а пульсирующем потоке как различными видами щети, так и одиночных пучков и партии пучков.

6. Методические указания для проектирования импульсных гидравлических ускорителей центробежно-эжекторного типа.

7. Перспективная технология лесосплавных процессов на основе использования пульсирующих потоков.

Практическая значимость. Разработаны основы теории и практики, представленные в виде новых научных положений, >екохендаций и выводов, неустановившегося движения жид-:ости как транспортного средства продвижения лесомагериа-ов по акваториям сортировочно-сплоточных и формировоч-и'х рейдов, рейдов приплава н в бассейнах лесоперерабатывающих предприятий. Найдены новые технические решения в ехнологических процессах лесосплава на базе использования • v пульс кы>; гидравлических струй и возбужденных ими \лу^ируюших потоков. Полученные результаты эксперимен-йльных и теоретических исследований геометрических и кдродинимичееких характеристик импульсных гидравличс-•ких струй и пульсирующих потоков, распространяющихся в «^ограниченных водных пространствах и при различных ■шшкченкях-могут служить научной основой для конструк-огккнх и технологических расчетов, внедрение которых по-колит повысить технический уровень и экономическую эффективность лесосплаве.

Разработаны "Методические указания" проектирования *иульсных гидроускорителей, утвержденных Министерством •■сной промышленности СССР.

Даны рекомендации по использованию результатов иссле-»иашгн в других областях техники.

Установлено, что при полной реализации всех установлен-б диссертации научных результатов по совершенствованию технологии лесосплава по Миилеспрому СССР гарантированный годовой экономический эффект будет равен 1,8 млн. >vfi. }ц иенах 1990 г.).

Место проведения экспериментальных исследований. Экс-■ '.'.риментальные исследования способов создания и закономерностей распространения импульсных гидравлических ■труй и возбужденных ими пульсирующих потоков, а также движение модельных лесоматериалов в сфере их действия проводились в научно-исследовательской лаборатории и лаборатории лесосплава кафедры водного транспорта леса и гидравлики Марийского политехнического института им. A.M. Горького (ныне МарГТУ).

Экспериментальные исследования в производственных условиях по исследованию характеристик пульсирующих потоков и движению лесоматериалов в сфере их действия проведены в сплавном рейде Кировской лесобазы, в ПО "Вятлесоеплав" производственного * объединения

"Кировлеспром" н сплавных рейдах Козьмодемьянской сплавной конторы производственного лесозаготовительного объединения "Горыслее" Миялеспрома СССР,

Апробация работы. Материалы диссертационной работа докладывались и обсуждались:

1. На техническом совещании при глазном инженере трос та "Камлесоспляв", г. Пермь, 3967 г.

2. На секции лесоэксплуатации Научного Совета Комитета по проблеме "Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья" Государственного Комитета Совета Минн стров СССР по науке я технике, г. Москва, 1967 г.

3. На техническом совещании Управления лесосплава Минлссбумпрома СССР, г. Москва, 1967 г.

4. На заседании кафедры водного транспорта леса и гид равлцки ЛОЛЛТА им. С.М. Кирова, г. Ленинград, 1968 г. ,

5. На техническом совещании отдела НИИ озерного и реч ного рыбохозяйства, г. Ленинград, 1969 г.

6. На заседании совета лесоинженерного и лесомеханиче-ского факультетов Ленинградской ордена Ленина лесотехнической академии им. С.М. Кирова по присуждению ученых степеней, г. Ленинград, 1969 г.

7. На научно-технических конференциях Марийского политехнического института им. A.M. Горького по итогам научно-исследовательских работ за 1966» 1978, 1979, 1981, 1982, 1983, 1984, 1985, 198S годы.

8. На Координационном Совете по лесосплаву Минлесбум-прома СССР, г. Ленинград, ЦННИЛесосплава, 1979 г., 1934 г.

9. На всесоюзном межкафедральном совещании заведующих кафедр водного транспорта леса, г. Москва, Московский лесотехнический институт, 1984 г.

10. На заседании кафедры транспорта леса Белорусского ордена трудового Красного Знамени технологического института им. С.М. Кирова, г. Минск, 1984 г.

Реализация работы. Экспериментальные образцы импульсных гидравлических ускорителен, изготовленных а Марийском политехническом институте им. A.M. Горького, прошли производственные испытания:

в 1973 году испытана модель импульсного гидроускорителя на сплавном рейде Кировской лесобазы объединения "Кировлеспром";

в 1980 году прошли производственные испытания импульсные гидроускорителн ИГУ-10 и ИГУ-17 па Козиковском сплавоучастке Козьмодемьянской сплавной конторы Минлес-бумпрома СССР;

в 1981 году на Нововятском сортировочно-сплоточно-формировочном рейде объединения "Вятлесосплав" Минлес-бумпрома СССР прошли испытания импульсные гидроускорителн ИГУ-2 Ь ЯГУ-5;

s 1984 году на Юркивском сплавоучастке Козьмодемьян-кой en-lassos' конторы Минлесбумпрома СССР прошел испы-•ания и передан для дальнейшей эксплуатации на сплаво-частке импульсный гидроускоригель ИГУ-3.

Импульсные гвдроу скорители внедрены в учебный процесс Марийском политехническом институте им. A.M. Горького.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 38 научных работ, включая 2 монографии, 12 отчетов по НИР, полусна 5 авторских свидетельств на изобретение.

Объем работы. Диссертация общим объемом 495 стр. ма-лшнопненого текста состоит из введения, десяти глав, заключения, списке литературы и приложений. Основной материал изложен ва 369 (272) стр., включая 30 стр. с таблицами и 89 •тр, с рисунками и фотографиями, список литературы содержит 175 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

i Постановка вопроса и задачи исследования

• совершенствованию н интенсификации производственных гроцессов не лесосплаве предшествовали теоретические и экспериментальные исследования ученых, работающих » области аодного транспорта леса: .А.А. Труфавова,. Л.И. Пашевского, С.Х. Будыки, А.Н. Пименова, Г.А. Манухина, П.Е. Осипова, В.М. Кондратьева, В.Н. Худоногова, В.В. Савельева, Н.Т. Зайцева, К.А. Чекалкина, Ю.Я. Дмитриева, В.И. Патякина, В.Я. Харитонова, Д.Н. Липмана, Ф.Е. Захереикова, П.М. Родионова, М.М. Овчинникова, В.А. Щербакова, А.Г. Куколев-с-кого и других.

Теоретической основой гидравлического транспорта в водоемах с отсутствующими скоростями течения является учение об использовании затопленных гидравлических струй, создаваемых гидроускорителями различного типа.

Распространению гидравлической струи в жидкости одинаковых с вею физических свойств, находящейся до момента воздействия струи на массу жидкости в состоянии покоя или в движении, посвящены работы А.Я. Миловича, Г.Н. Абрамовича, В.И. Коновалова, В.А- Бахарева, О.Н. Бупшарина, Л.А. Вулиса, В.Я. Чичасова, Е.А. Замарина, Н.И. Гавырина, Ю.В. Иванова, Ю.Я. Дмитриева, М.А. Михалева, В.Н. Худоногова, Г_4. Турлова, Н.И. Козленком, В.Я. Харитонова н многих других.

Проведенные исследования охватывают вопросы структур ных и динамических характеристик стационарных гндравли ческих струй и возбужденных ими водных потоков.

Начиная с 1956 года изучением водных потокоз и ко: струированием аппаратов, с помощью которых они создава лись, стали заниматься ЦНИИЛесосплава, ВКНИИВОЛТ * КарНИИЛП, Уралгипролсспром, Гипролестраас, Камлссо сплав, ЛоЛЛТА им. С.М. Кирова, Марийский политехниче ский институт и другие организации и учреждения.

В этой связи большое значение имели работы, проведен яые H.A. Лабутиным, А.Н. Кужмой, В.М. Кондратьевым Б.П. Корпачевым, А.Г. Вадюдиным, А.И. Поповым, И.А. Б« леновым, С.М. Проскурняковым, В.Н. Чарышннковым. В.И Домрачевым и другими.

Придавая должное значение проведенным крупномаг штабным конструкторско-технологическим исследованиям следует отметить, что к большому ожидаемому эффекту 'но пользование стационарных потоков создаваемых гндроуекори телями не привело. Сложность в проектировании и изготовле нии, малая его эффективность при работе в ограниченных л засоренных водоемах, малый процент использования энергии потока как транспортного средства для продвижения лесоматериалов, образование заторов лесоматериалов в потоке при стационарных усилиях и некоторые другие факторы резко снижают эффективность использования стационарных водных потоков и, следовательно, аппаратов их создающих а технологических процессах лесосплава. Вопрос использования искусственных потоков на лесосплаве и до сего временя сстает ся нерешенной проблемой,

В последние десятилетня внимание исследователей привлекли импульсные гидравлические струи, как один из видов неустановившегося движения жидкости. Способность импульсных гидравлических струй к аккумулированию энергии жидкости и значительному увеличению количества движения указывает наг перспективу использования их а самых различных технических и технологических решениях.

В области исследования импульсного течения жидкости а частности и неустановившегося движения в целом, а также способов их создания имеется достаточно большое количество работ советских и зарубежных ученых: М.А. Лаврентьева. Б.В. Войцеховского, Э.А. Антонова, Ю.Г. Коняшина, Г.М. Веселова, Е.А. Сычева, П. Г. Тимофеева, И.А. Лучанского. М.А. Лисицы, В.Г. Югова, Л.А. Вулиса, Д.Н. Попова, Б.М. Нуллера, Ю.Я. Дмитриева, Г.Ф. Кислицыной, А.Н. Григорьева и многих других.

В области импульсных гидравлических струй проведенные исследования' большей своей частью относятся к разработке способов создания струй на различных базовых основах, определению оптимальных конструкций аппаратов и начальных гидродинамических характеристик. В основном все исследования касаются • импульсных струй, создаваемых при высоком напоре и с большой частотой пульсаций.

Результаты проведенных нами исследований показывают, что пульсирующий поток с высокоэффективными транспортными характеристиками может быть создан только низконв-порными и низкочастотными импульскыми гидравлическими струями.

Отмечая должное значение 15сследованиям, проведенным в области неустановившихся течений, необходимо обратить внимание па отсутствие изученных закономерностей распространения низконапорных малой частоты пульсаций импульсных гидравлических струй, а что касается вопроса о возбужденных ими в окружающем ограниченном водном пространстве пульсирующих потоков, то эти вопросы не подвергались рассмотрению. Движение же лесоматериалов в пульсирующем потоке, применительно к лесосплаву, не рассматривалось ни в отечественной, ни в зарубежной практике.

Исходя из общей задачи научного поиска, мы поставили перед собой задачу проведения научных исследований в направлении решения следующих основных вопросов:

1. Выбор базовых вариантов для разработки конструкций гидросиловых установок создания импульсных гидравлических струй.

2. Определение оптимальных начальных параметров импульсной струи: напоре, скорости его нарастания и максимального значения; частоты пульсаций, периода цикла и продолжительности импульса; расхода и начальной скорости истечения импульсной струи н т.д.

3. Исследование закономерностей распространения импульсной гидравлической струн в неограниченном водном пространстве тех же физических свойств: исследование начального участка, его формы к размеров, динамики развития, закономерности изменения осевой скорости на основном участке и т.д.

4. Исследование пульсирующего потока, возбужденного импульсной гидравлической струей в ограниченном свободной поверхностью водном пространстве, его плоской плановой картины с присущими пульсирующему потоку вторичными водоворотными течениями, закономерностей изменения осевой скорости и скоростей по сечению, формы линий тока

Ю

эжектируемой в пульсирующий поток окружающей одно род ной с ним жидкости, дальности распространения пульсирую щего потока.

5. Исследование пульсирующих потоков в ограниченно* водном пространстве вертикальными твердыми стенками раз ной длины и конфигурации как доходящими до дна водоема так и не связанного с ним применительно к сортирозочно сплоточным и формировочным устройствам лесосплавных рейдов.

6. Основываясь на известных теоретических положениях гидравлических струях и потоках жидкости, дать теоретиче. ское обоснование исследуемых вопросов.

7. Провести экспериментальные исследования по воздей ствию пульсирующих потоков на плавающие а нем лесомате риалы.

8. Основываясь на результатах проведенных научных ис следований разработать конструкцию импульсного гндроуско рителя, выполнить в металле экспериментальный образец я натуральную величину и провести промышленные испытания

9. Разработать технологические схемы использования им пульсных гидроускорителей на лесосплаве и дать экономиче ское обоснование эффективности их использования.

Изложенная в диссертации работа представляет яспользо вание пульсирующих потоков как транспортного средства на основе теоретического и экспериментального изучения явлений.

В настоящей работе рассматриваются способы создания низконапорных н низкочастотных импульсных гидравлических струй капельной жидкости с такими начальными параметрами, при которых создалась бы возможность возбуждения ими в широком водоеме пульсирующих потоков с высокими транспортными характеристиками. Приведены принципиальные схемы импульсных гидроускорителей, разработанных на базе поршневого насоса, электрогидравлического эффекта (ЭГЭ), с механическими плоскими и цилиндрическими роторными огсекателями, с гидрсаккумулягором, центробежного и центробсжно-зжекторного типа. Разработаны методики расчета движительных комплексов и основных узлов.

Для проведения экспериментальных исследований з лабораторных и натуральных условиях быстро протекающих процессов и изучения результатов исследования в динамике была разработана специфичная методика, позволяющая воспроизводство рассмотренных физических процессов в замедленном темпе с последующим анализом. Для чего была использована электронная к оптическая аппаратура (осциллографы, отмет-

чнки времени, усилители, скоростные кинокамеры л другая аппаратура), широко использованы методы тензометрии и пьезометры я, теневого фотографирования подкрашенной жидкости. Для измерения переменных скоростей по методике проф. А.А. Труфанова была изготовлена трубка Пито-Праидтля в двух вариантах: с тензометрической приставкой и системой пьезометрических трубок в сочетании с обратным клапаном. Вся контрольно-измерительная аппаратура прошла тарировку в импульсном режиме по специально разработанной методике и изготовленных стендах тарировки. В лабораторных исследованиях использованы методы исследования пульсирующих потоков с помощью поплавка, алюминиевого порошка и специальных подсветок. Лабораторные исследования проводились в опытных гидравлических лотках призматической формы, в которых располагались модели гидроускорителей, модели сорткровочно-формировочных лесосплавных сооружений и гидравлических лотков разной конфигурации.

С целью приближения лабораторных исследований к натуральным условиям участков водоемов, было необходимо учесть влияние шероховатости русла этих участков. Был принят способ выбора шероховатости, которая обеспечивал? бы условия Ад и СН=СЫ. При этом коэффициент шероховатости был принят га=0,040. Диаметр зернистого материала а, из которого должно быть выслало русло водоема определялось с использованием формул проф. А.П. Зегжда и доц. А.Я. Сла-бодкнна

Диаметр зерен шероховатости а определен по зависимости а-1,1 к. Ихйеющиеся лабораторные возможности заставили ограничиться масштабом моделирования 1:20.

При наличии течения, создаваемого импульсной гидравлической струей, на рассматриваемом участке пульсирующего потока имеет место турбулентный режим движения жидкости. Эксперименты,проводились при числах Рейвольдса до значений Де=3:106. Принимая во внимание естественные русловые условия к турбулентный режим неустановившегося движения жидкости, мы приняли принимающиеся в этих случаях правила расчета, базирующиеся на соображениях о том, что импульсная затопленная струя автомодельна по числу Рейнольд-са, что качественно увязывается с постоянством числа Стру-хала (£>ь)

1

Исследования показали, что качественной и количествен ной характеристикой воздействия потоков на плавающие в сфере их действия лесоматериалы служит количество движения (тУ) масс жидкости. В пульсирующем потоке на движение лесоматериалов существенную роль оказывают величины действующей силы (?) и время О) действия этой силы. С учетом высказанного критерий Струхаля был преобразован я приведен к виду

= (2)

тУ

используемый как критерий импульсов.

При моделирования неустановившегося движения рекомендовав критерий (1) и преобразованный (2), из которых следует

(х * 3

1в = ос1ж, Уа=»—V«, = (3)

£?< С< аг

Числовые значения исследуемых величин, а также я эмпирических коэффициентов в многофакторных физических процессах подвергались математическому вычислению на ЭВМ типа "Минск-222", "БЗ-18А" и другой вычислительной технике.

2. Импульсная струя в неограниченном водном пространстве

Начальные гидравлические параметры импульсной гидравлической струи (скорость, расход и т.д.) являются функциями переменного напора ) и, следовательно, могут быть определены по его величине. Такая постановка решения вопроса исключает необходимость каждый раз выражать величины начальных параметров струн через конструктивные элементы аппарата ее создающего.

Разработанные в диссертации конструкции моделей им-. пульсных гидроускорителей предусматривала использование методов тензометрии для записи переменного напора Н(г) с последующим изучением в динамике как функцию от времени (Ь). В широком диапазоне варьировалась независимые начальные параметры: период цикла - Т, время полного открытия насадка - toгкp, время единичного импульса - величина максимального напора - Н1Вах, скорость нарастания капора - К% а другие.

Используя .методы статической обработки результатов эксперимента для всех режимов работы импульсного гидроускорителя в установленном диапазоне исследования была установлена функциональная зависимость величины переменного капора ог начальных независимых параметров в следующем чиде

I _и«Л : т I

Яи^РН1 I' (4)

1 ; . I /'

. /отс ¿г * - ¿ИИ »

. де е - основание натуральных логарифмов.

В импульсном режиме движения жидкости форма и размеры струеобразующего насадка существенно влияют на формирование импульсной гидравлической струи. Насадки малой длины I при больших напорах Н приводят к"срыву импульсной сгрук, насадки больших длин I и малого угла конусности а создают большие гидравлические сопротивления. В свою очередь, насадки с большим углом конусности а также оказывают большие сопротивления движению жидкости через него. В зависимости рг формы и размеров струеобразующего аасадка на формирование импульсной струи влияет период цикла Т к продолжительность импульса При больших величинах периода Т и продолжительности импульса *им снижается эффективность импульсной струи, в свою очередь, при малых величинах периода Т продолжительности импульсов гаи происходит срыв струн. Жидкость не успевает заполнить всего объема насадка и импульса не создается.

В экспериментах проведены исследования с 31 насадком разной длины, розного диаметра выходного отверстия насадка и угла конусности. Опыты проводились при длительности цикла Г-1,6 с, времени импульса ¿^=0,7 с и максимальном давлении, изменяющемся в пределах НШ11Х=2~12,2 кПа, критериальным параметром была принята скорость V® течения жидкости на выходе из насадка.

Как показали экспериментальные исследования наибольшие начальные скорости и расходы достигаются при длине насадка ¿=3-^4 йц в угла конусности <г= 12е+14°. В исследуемом диапазоне величин с увеличением напора начальная выходная скорость импульсной струи увеличивается. В зависимости от начальных независимых параметров начальная скорость определяется по зависимости

Vo =

Л

>/¿7

Яп

Í

1-,

г

, fo^íátor«

(5)

JZgyjff™**-Hit*, toruft^tm., а величина максимальной выходной скорости ара условии полного открытого струеобразующего насадка

V0l

:= Р.л/^Ш"»«*

1-в

(в>

Наилучший импульсный режим достигается при

— =0,5+0,7. На основании формулы (в) можно определить Т

начальный максимальный расход и начальную максимальную мощность

QomMX = 9,Xrl<j2g.\H0

1-,

12< ^ " г

! « !

,VQ тм = <?nyXro-¡23

.я»

121 X т

{8)

Экспериментальные исследования динамики развития импульсной гидравлической струи в неограниченном зодновз пространстве были выполнены методом генеаой скоростной киносъемки подкрашенных струй воды, вытекающих из струеобразующих насадкоз в неподвижную жидкость т®х же физических свойств.

Первоначальная серия опытов проводилась с импульсными струями имеющими начальные параметры: - 3 =1,2 с. *отр=0,46 с» ?кы=0,525 с. Затем начальные параметры варьировались а широком диапазоне.

Импульсная гидравлическая струя, вытекающая пз конического насадка, во sees случаях истечения представлялась конусообразно расширяющимся потоком, начинающимся от кромок ее круглого выходного отверстия (рнс. 1).

На всем протяжении струя, входящая во взаимодействие с окружающей ее неподвижной однородной жидкостью, непрерывно меняет caos геометрические и гидраалические пара-

1

метры. Радиус сечения струи увеличивается, а осевая ско-оость уменьшается.

Ркс. Д. Схздш едвлшчдогэ салуны» своВодпой мтоплеяиой шизулкаой и ту у к

Как показали проведен ныэ эксперименты, зависимость (рве. 1) величины радиуса сечения струи от расстояния но ее оси от струеобразужзщего насадка определяется безразмерным регрессионным уравнением

do

г = аг + ~,

С©)

где а~0,037 и ;5"=1,1В0.

В дальнейшем уравнение (9) использовалось как урааае-ане связи между г в х.

С удалением точки вдоль ежи струи от выходного отверстия насадка величина скорости фронта струи (рис. 2) быстро падает, причем величина произведения У^х остается постоянной, что указывает на гиперболическую закономерность У^х-С, (10)

где о^о, р-4,10-^7,40.

Используя кзагнстадионарность неустановившегося движения жидкости, законы сохранения количества движения и кинетической энергии получена система дифференциальных уравнений, описывающая динамику развития единичного импульса, которая совместно с уравнением связи приведена к ВЕДУ

х О

дх

В результате решения этой системы с учетом формул (5) я (10) осевая скорость пульсирующего потока может быть записана

<р-2 —,|Лтя

я„

" г

X

Ч> 2

3

1-е

\

■НгГ

(Щ

р

Величина максимальной осевой скорости выразится равен ством

На

1-е

124 > " У

(12>

Используя метод скоростного фотографирования со специальной подсветкой проведены исследования структуры и динамика развития начального участка импульсной струи. При истечения массы воды из круглого конического сходящегося струеобразутощего насадка в начальной своей стадии струя сохраняет поперечное сечение, развое выходному сечению насадка. По мере развития импульса, вследствие взаимодействия с окружающей средой, площади поперечных сечений струи увеличиваются. На начальном участке образуется ядро постоянных скоростей, имеющих форму пряного круглого конуса. Наибольшая - длина ядра, а следовательно я-длина начального участка струн, достигается при полной: развитии импульса а имеет величину 8-^8 «¿д. При затухании импульса ядро полностью исчезает. Аналитическая зависимость длины начального участка (¿о) импульсной струи з зависимости от начальных параметров выразится:

2.

/о =

\Н*

1-«

Г

(13)

tr.

ver4- i t ) j ! 1 i i

! А Ы j i ! •

I .J j t i 1

........ ,1........ 1 ! • - i j . .♦ «i j SET]

i U il

« ы u 4i

« I

Pec. 2. Осевая скорость нжпул*сной струи.

(

Наибольшие скорости импульсной струи достигаются при частоте импульсов, равной 1 Гц. С увеличением или уменьшением частоты импульсов общая закономерность изменения осевой скорости не меняется, однако, абсолютная величина осевой скорости снижается, уменьшается длина начального участка. А при более высоких частотах длина начального участка уменьшается до нуля. Во всех случаях истечения экспериментальный коэффициент гр изменяется по закономерностям, аналогичным для стационарных гидравлических струй.

3. Пульсирующие потоки в открытом водоеме при отсутствии в нем течения

Экспериментальные исследования о закономерностях распространения пульсирующего потока проводились в открытом призматическом водоеме с прямоугольным поперечным сечением при отсутствии в вен спутного потока. Размеры лотка и глубина воды в лотке, изменяющаяся от 0,21 м до 0,45 м позволяли .воспроизводить ва модели водоем шириной 40 и, длиной 260 м и глубиной 4,2+9 ы.

При частоте, равной 1 Гц, происходило частичное наложение импульсов, вследствие чего полного затухания скоростей не происходило и скорости в произвольно выбранной точке изменялись по величине от некоторого минимального и до максимального значения.-В свою очередь, максимумы скоростей единичных импульсов перемещаясь вдоль оси потока, постепенно затухали. Схема пульсирующего потока в плаве

представлена на рис. 3. Импульсная гидравлическая струя, вытекая из насадка, затопленного на некоторую глубину в ограниченное только свободной поверхностью водное пространство, во всех случаях истечения представляется также расцгаряющимся потоком, начинающимся от кромок его круглого выходного отверстия.

Длина участка расширения потока (при прочих равных условиях) увеличивается с увеличением диаметра выходного отверстия насадка, уменьшается при уменьшении начальной скорости истечения струи и при одной и той же начальной скорости - уменьшается с увеличением степени заглубления струеобразующего насадка.

Характерной особенностью плоской картины возбужденного импульсной струей потока является образование ряда симметричных относительно оси потока водоворотных областей.

Число симметричных водоворотных областей возрастает (при прочих равных условиях) с уменьшением диаметра насадка и начальной скорости истечения струи и увеличивается с увеличением степени заглубления насадка.

Рис. 3. Схема пульс еругощего потока.

По мере удаления от выходного отверстия насадка {на основном участке) скорость движения масс. жидкости уменьшается по величине, поток затухает, и это затухание сопровождается образованием в конце потока ряда водоворотных областей со скоростями течения меньшими 0,1 м/с.

Ширина транзитной части потока увеличивается с увеличением диаметра выходного сечения насадка и уменьшается с уменьшением начальной скорости истечения струи. При одной и той же начальной скорости ширина транзитной части потока уменьшается с увеличением степени заглубления етруеобразующего насадка.

В случае ограничения водного пространства только свободной поверхностью симметричные водоворотные области при малых начальных скоростях и диаметрах выходных сечений насадков имеют форму близкую к кругу. По мере увеличения диаметра насадка и начальной скорости истечения струи водоворотные области принимают форму эллипсов. Число водоворотных областей уменьшается, а их размеры увеличиваются.

и««,-.-----г--—--1----

(-а) м I I I м I I м I 1 П

5

2

I

а ю го зо «о so т w х(»)

Рве. 4. Осевая максимальная скорость пульсирующих потоков ИГУ-2, ИГУ-3 в ИГУ-17.

При увеличении диаметра насадка и начальной скорости истечения длина расширяющейся части потока увеличивается. Поток быстро затухает, распространяясь на меньшую длину. Общая длина потока уменьшается. На свободно^ поверхности жидкости наблюдается сильное волнообразование. Наибольшая длина возбужденного потока наблюдается при истечении струи из насадка диаметром 5-10 мм (в натуре 100+200 мм), затопленного на глубину 2 do и равна 500*400 cf0 (50*80 м), для насадка в 20.мм (в натуре 400 мм) на глубине 1 d(> равна 180 d0 (в натура 72 м).

1 1 ! 1

1 J \ ' ! »о НГ 9-' 7

V - X • X - иг Г

V \ <* У-/7 -Л ■А иг М [

ч V-1 \И 1-6 • • ПО < tSPf «ее

\ <3 ~ л

№ ¿1 § \ ■н j ца- >-

Г = ОГх/? + -

При анализе полученных экспериментальных данных н ь участке расширения потока (1-2) установлено, что связь меж дугах подчиняется функциональной зависимости вида

<£о

Т'

где №=0,025 и /N1,42 - безразмерные коэффициенты.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что для всех случаев распространения импульсной струи в ограниченном водном пространстве наблюдается общая закономерность изменения осевой максимальной скорости, подчиняющаяся гиперболической зависимости, аналогичной (9-12). Коэффициент Фа в этом случае принимает значения

0,-6,33*11,1.

Величина максимальной осевой скорости выразится равенством

V я тех ~ Фа 2

X

Иг

1",

- Т

\

(14)

Поверхностные максимальные скорости в поперечных се чеииях пульсирующего потока могут быть выражены зависимостью

г ¿о

Ун тгЫ. ~ Ух и« е • - <1&)

Построен график для определения численных значений С В соответствии с гидродинамическим учением об источи и ках а стоках • исследовано эжектирующее свойство пульси рующего потока иа участке расширения. Определены скорость и форма траекторий движения частиц эжектируемых потоком в неподвижном окружающем водном пространстве.

1-,

" Т

У --Ах,

(16»

(17

где А -

*а*0х¥-1ЦР + 3)

Л

3(2/? 4 3) х,'

Пра конечной скорости пульсирующего потока V}, и длине основного участка 1хх длина транзитного участка потока I определится

I-

¿о-Д*.

Яв

1 "г 1-е

ч. /

8

2/»

V*! оах ~ VИ I

число водоворотаых областей I

IX = ■

радиус водоворогной области

" г

О -« гт (1 Д»-Рпе —2-Шашх. 1-<

К • V

X Фуг

расстояние между центрами водоао ротных областей

(18)

(19)

(20)

(21)

4. Пульсирующий ноток в ограниченном свободной поверхностью и вертикальными твердыми стенками водном пространстве

Экспериментальные исследования показали, что ограничение пульсирующего потока вертикальными твердыми стенками, доходящими до дна (лоток), & также и не связанного с ним (коридор, сортировочный дворик), не нарушает общей закономерности его распространения. "Что дает .основание использовать ранее установленные зависимости н для этого случая. Различие состоит в численной величине экспериментального коэффициента <р\. Так, величина максимальной осевой скорости определится из равенства

Ух та* = 9

<¿0

Я«

1-,

13!^ г

(22)

где ^'п=8-г13.

Проведены исследования скоростных полей пульсирующих потоков при ограничении водного пространства твердыми стенками (бонами), расположенными под углом друг к другу (головной участок рейда, водное пространство перед главными воротами машины ЦЛР-172 и т.д.), в криволинейные коридорах и лотках и на выходе из них. Критерия.^аой характеристикой служило скоростное поле без г^разования водоворот-ных зон, препятствующих дви:?сен^ лесоматериалов. Пуль-

V

сируюгций поток перед главными воротами сортировочной сетки создавался двумя идентичными импульсными гидроускорителями, установленными у направляющих бонов. Как показали эксперименты, суммарное скоростное ноле без водо-воротных зон создается при расположении направляющих-бонов под углом 45 друг к другу, угла между осями ускорителя и коридора 26', на таком отстоянии ускорителей от главных ворот, при котором ширина пульсирующего потока равнялась бы ширине ворот.

Используя общий метод сложения полей определена осевая скорость суммарного пульсирующего потока

Vх

¿о

1 «Дя

зШ ц

Ни

1-,

)

Г1

+ аг^

,и Ух1 шах ~ Ух2 тех Ух 1 шах + У;г2 шах

(23)

Максимальная скорость Уд в любой точке суммарного пульсирующего потока определяется из равенства

я*

__''Г

г Л

Уятх* = Ухаихе (24)

Исследования скоростного поля в криволинейных лотках и коридорах показали, что установленные общие закономерности и в этих случаях сохраняются. Осевая максимальная скорость изменяется по гиперболической зависимости. Однако, максимумы осевых скоростей претерпевают отклонение в сторону вогнутого борга. Течение жидкости на закруглении потока описывается проф. И.Л. Розовским уравнением в цилиндрических координатах в следующем виде

У2)+=+(26)

По аналогии для максимальной скорости пульсирующего потока а криволинейном коридоре и лот;*е прямоугольного сечения можно написать

0,75/г2 ккх) + ~й) = -х г у^ е ^Лг. (26)

где г, в, г - цилиндрические координаты, к - глубина, -максимальная скорость пульсирующего потока, С - коэффициент Шези, - постоянная Кармана, - продольный уклон свободной поверхности. Интегрирование уравнения (26) аналитически или числено дает семейство кривых, представляю-

0,75

щих собой последовательное изменение эпюры скоростей при переходе от одного сечения к другому на повороте пульсирующего потока в криволинейном коридоре и лотке. Семейство кривых, ограничивающих эпюры скоростей в каждом сечении дают возможность судить о численных значениях продольных скоростей потока в любой точке криволинейного коридора и лотка. В зыходном сечении криволинейного коридора, давление жидкости убывает от выпуклого борта к вогнутому. На основании равенства удельных кинетических энергий для двух смежных элементарных струек выполняется условие

V(r±dr) max та

2g 2g

где возвышение Д& по всей ширине выходного сечения будет равно

Ah - ¡Vr ""dr+Ci (28)

2gr

Выражения (27) и (23) дают выражение для скорости Уг „¡^ в следующем виде

■-¡-ДЛ,

(27)

£ \ I

где k = fl + ^Jin-^--:

(29)

1L Л - абсолютная шерохова-

тость, Лл - глубина потока от свободной поверхности. Наилучший скоростной режим пульсирующего потока достигается в случае, когда кривизна бортов выполнена по четверти дуги эллипса.

Суммарный поток на выходе из криволинейного коридора представлял собой сложение стационарного и пульсирующего потока. Для всех случаев течений жидкости определены экспериментально и теоретически скоростные поля суммарного потока

do

-J2g sin

Vr тш»1 - 9a'

e

sin fl

crctg

-V.

Tau Vb

tg

!И

!J. 2.

(30)

и зависимость для о-аределения формы граничной кривой сое-^¿ения двух потоков

е

Полученные результаты экспериментальных и теоретических исследований позволяют использовать их для технологических и технических расчетов и, в частности, для разворота и установки лесоматериалов в поперечную щеть.

5. Движение лесоматериалов в пульсирующем потоке

Движение лесоматериалов в сфере воздействия пульсирующего потока является совершенно новым неизученным явлением. Поскольку каких-либо исследований этого вопроса не имеется в литературе, мы были вынуждены проводить исследования в направлении изучения влияния на продвижение лесоматериалов следующих факторов: диаметра насадка гид роускорителя, глубины подтопления насадка, глубины под топления бонов коридора, ширины коридора и лотка, глуби вы потока, величины создаваемого напора, вида щети, козф фидиента заполнения акватории, размера отдельных грузов динт'п, (пучков). Исследование транспортных характеристик потока велось в сравнении со стационарными потоками имеющими одинаковые начальные напоры, расходы и мощ ности с пульсирующим.

Как показали экспериментальные исследования практиче ски во всех случаях скорости движения лесома эриалов в пульсирующем потоке значительно превышали скорости их движения в стационарном потоке. Характерной особенностью движения лесоматериалов в пульсирующем потоке является их колебание. При колебании лесоматериалов в пульсирующем потоке резко уменьшаются силы трения при взаимодействия между отдельными бревнами, а также мелсду лесоматериалами и ограждающими бонами. Это предотвращает возможное образование -заторов, постоянно сопровождающих движение лесоматериалов в стационарных потоках и требующее применение дополнительных усилий.

В сравнении со стационарным потоком, имеющим одинаковую начальную мощность, на начальном участке (до 150 скорости движения лесоматериалов продольной щетью с коэффициентами заполнения 0,6 и 0,9 выше в стационарном потоке, на остальном продолжении коридора и лотка скорости движения выше в пульсирующем потоке. Дальность продвижения щети в пульсирующем потоке превышает на 25-30%. При одинаковых начальных расходах движение щети в стационарном потоке вообще не происходило, тогда как в пуль-

сирующем потоке щеть свободно выходила из коридора и лотка. Приодинаковых начальных напорах во всех случаях скорости движения щети в пульсирующих потоках на 30-35% превышали скорости движения в стационарных потоках.

Экспериментальные исследования движения грузоединиц (пучков) показали, что во всех рассмотренных в диссертации случаях скорости движения пучков в пульсирующем потоке выше, чем в стационарном. Уменьшение подтопления насадка гндроускорителя до 0,5 Ы0 значительно изменяет скорость движения - скорость увеличивается более, чем в 1,5 раза. Движение продольной щети, поперечной щети и партии грузоединид в пульсирующем потоке в сравнении с движением в стационарном при одинаковых начальных условиях показан на рис. 5.

лядомм щчъ

Т~т

к

а«

40

ео ' )0

в "и

к, м й9

. N

N

--■

«о 5»' ' ж'/»'»» з» (/.»'в =

ем

ылм тпшвв

в

ч 5

ы на гя> ¡а

(Н

V Гк в« *

0.« а.»

\

\ » Ч,

-г > г- --- -- =ГЗ (м V 1— —

У рх I !

1 н $

1 ——

1 ~ —

¿„-го

но 1&Г . рулете я*г»«

ы

Рис- 5. Движение лесоматериалов в пульсирующем и стационарном потоках.

В разработанных в диссертации схемах использования пульсирующих потоков в технологических процессах лесосплава проведены исследования движения лесоматериалов в сфере их воздействия при сравнительно малых или полностью отсутствующих естественных скоростях течевия.

1. Движение лесоматериалов от эстакады нижнего с*слада в широком водоеме к главным воротам формировкой сетки с помощью импульсного гидроускорителя т2Г5"-а7. Движение

т

лесоматериалов через главные ворота формировочной сетки и сортировка лесоматериалов в формировочные дворики для формировки однорядных лент с помощью "импульсного, гидроускорителя ИГУ-2. (Козиковский славной участок Козьмоде мьянской СК).

2. Вывод однорядной щети бревен из сортировочного дно рика в коллекторный коридор и движение ее в коллекторном коридоре в сфере воздействия пульсирующего потока, созданного импульсным гндроускорителем ИГУ-3. (Юркинский сплавной рейд Козьмодемьянской СК).

3. Продвижение лесоматериалов беспорядочной щстыо в главном коридоре сортировочной сетки с помощью импульс- • ных гидроускорителей ИГУ-2 и ИГУ-10 Пововятского сорти-ровочно-сплотсчно-формировочного рейда производственного объединения "Вятлесосплав".

4. Подача лесоматериалов к главным поротям сортиропоч ной сетки с помощью импульсного гидроускорителя ИГУ-.т Нововятского рейда ПО "Вятлесосплав". ~~

5. Подача лесоматериалов к машине ЛР-75 с помощью импульсного гидроускорителя ИГУ-5 и удаление иеколдици-онной древесины с помощью ИГУ-2 на Нововятском рейде ПО "Вятлесосплав".

6. Разворот лесоматериалов и установку их а поперечную щеть с помощью пульсирующих потоков создаваемых импульсными гидроускорителями МГУ-5 и ИГУ-2 на акватории Кировской лесоперевалочной базы. объединения "Кировлеспром".

Рассмотрены и другие технологические схемы иснользова ння пульсирующих потоков па лесосплаве.

Таким образом, пульсирующий поток обеспечивает лучшие условия транспортировки лесоматериалов при малых или полностью отсутствующих естественных скоростях течения жидкости применительно к сортмровочно-сплоточным и формировочным лесосплавным операциям, внедрение в производственный процесс высокоэффективной технолог::;;.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вопросы использования искусственных водных потоков как транспортного средства в сортировочно-сплоточно-формировочных лесосплавных операциях изучены недостаточно, а что касается использования для этих целей пульсирующих потоков, то эти вопросы не подвергались ранее рассмотрению. Рассмотренные в данной работе научные основы использования пульсирующих потоков в технологии лесо-

;плава решают важнейшую народно-хозяйственную проблему 1 лесной промышленности.

По результатам выполненных экспериментальных и теоре-¡ичееких исследований в лабораторных и производственных условиях можно-сделать следующие основные' выводы и рекомендации:

1. Разработаны способы создания и методика исследования импульсных гидравлических струй и возбужденных ими пульсирующих потоков в неограниченном водном пространстве и для различных случаев ограничения водного пространства. Выбраны и обоснованы масштаб и критерий моделирования. Моделирование импульсных гидравлических струй и. пульсирующих потоков выполнено на основе критерия Струхаля и полученного из этого критерия выражения (1). При проведении моделирования следует выбор двух масштабных коэффициентов - линейного масштаба и масштаба времени. Причем, выбор масштаба времени должен быть согласован с конструкцией гидроускорителя (формой и размерами струеобразующего насадка) и условиями эксплуатации ускорителя в технологическом процессе.

2. Используя закон сохранения энергии для потока масс жидкости с учетом инерционности, сил трения и нестационарности коэффициентов осреднения величин по сечению

| установлена функциональная зависимость начальной переменной скорости "истечения жидкости из струеобразующего насадка от независимых начальных параметров: диаметра, длины и угла конусности насадка, а также от величины переменного напора и времени истечения (формулы 5 и в). Входящий в формулы коэффициент скорости следует выбирать в пределах от 0,918 до 1,253. При выборе формы и размеров насадка следует исходить из того, , что наилучшими параметрами являются: угол конусности насадка 12'-14', длина насадка 3-5 с10. Оптимальная продолжительность импульса составляет 0,5+0,7 величины периода цикла. При разработке механизма пульсатора допустимо отношение продолжительности импульса к периоду цикла, равное 0,5.

3. Импульсная гидравлическая струя в неограниченном водном пространстве состоит из ряда последовательно следующих друг за другом идентичных единичных импульсов. Каждый единичный импульс при полном своем развитии является расширяющимся потоком жидкости, состоящий из

' начального и основного участка. Максимальная длина начального участка находится в пределах 8-гЭ По всей, длине начального участка сохраняется по величине начальная осевая скорость истечения.

Боковая поверхность единичного импульса в плане ограничена кривой (формула 9). Данная формула рекомендуется как уравнение связи между расстоянием по оси струи х v радиусом расширения струи г, где #-0,037 и /Ы.ЗО.

Используя закон сохранения энергии, а также уравнение связи (9) установлена функциональная зависимость для осе вой скорости фронта импульсной струи. Для определения величины максимальной осевой скорости рекомендуются формулы (11 и 12). Для неограниченного водного пространства коэффициент скорости следует принимать в пределах

4,19+7,40 при ~ = 0,5.

4. Импульсная гадравлическая струя в ограниченном сао бодной поверхностью водном пространстве возбуждает нуль сирующий поток жидкости. Закономерности распространения пульсирующего потока на начальном участке и участке расширения идентичны закономерностям , распространения импульсной струи в неограниченном водном пространстве. Отли чие в численных коэффициентах. В этом случае рекомендуе мые значения коэффициентов: с- 0,025; Д 5.42:

9^=6,33-11,10; ^- = 0,5. Характерной особенностью плоской

картины транзитной Части потока является образование ряда симметричных относительно - оси потока - водоворотных областей.

Ограничение пульсирующего потока вертикальными твир дыми станками не изменяет общих закономерностей рлепро странения. Для расчета динамических характеристик реко мендуется использовать формулы 14-24. В данных формулах рекомендуется принимать значения коэффициента

е'п=8,0-^13,0; отношение = 0,5.

5. Водное пространство перед главными воротами сортировочной сетки, машины ЦЛР-172, устройством выгрузки лесс-материалов из воды на берег и др. ограничено бонами, расположенными под некоторым углом друг к другу. Для создания искусственного потока в таком водном пространстве следует рекомендовать использование двух гидроускорителей. Для успешного продвижения лесоматериалов в таком водном пространстве необходимо отсутствие водоворотных зон, препятствующих движению лесоматериалов и способствующих образованию заторов.

Сложный пульсирующий поток без водоворотных зон мо-.цет быть создан двумя идентичными пульсирующими потоками при следующих условиях: а) ограничивающие боны должны быть расположеиы под углом 15' к оси главных ворот; б) оси пульсирующих потоков должны составлять 26' с осью главных ворот; в) расстояние гидроускорителей от главных ворот должно быть таким, чтобы ширина потока в створе главных ворот была равна их ширине. Осевую скорость суммарного пульсирующего потока и скорость в любой его точке рекомендуется определять по формулам 5.74; 5.76 к 5.77.

6. Плановая картина пульсирующего потока в криволинейном коридоре и лотке характеризуется наличием водоворотных зон. Нейтрализация водоворотных зон возможна путем подбора . гидродинамических характеристик пульсирующего потока, формой и размерами криволинейного коридора и лотка. В установленном диапазоне исследований пульсирующий поток без водоворотных зон рекомендуется создавать при выполнении криволинейных стенок (вешнего и внутреннего бортов) в форме четверти дуги эллипсов при отношении выходного и входного отверстий в/во=0,4.

Максимальная осевая скорость пульсирующего потока изменяется по гиперболической зависимости и может быть вычислена по формуле 5.39. Значение коэффициента принимать в пределах 8,0-13,0. Характерной особенностью для пульсирующего потока в криволинейном коридоре и лотке является отклонение .максимальной скорости в сторону внешнего борта.

С технологической точки зрения движение лесоматериалов с повышенными скоростями по оси максимальных скоростей пульсирующего потока может быть рекомендовано для разворота и установки их в поперечную щеть. Увеличение скорости движения лесоматериалов в криволинейном коридоре исключает возможность их стыковки, что в значительной степени упрощает технологию данного процесса. -

7. Проведенные исследования в лабораторных и натуральных условиях движения лесоматериалов продольной и поперечной щетью с коэффициентами заполнения 0,6-0,9, а также и пучков бревен в коридорах и лотках по разработанным автором схемам показали, что практически во всех случаях скорости движения лесоматериалов в пульсирующем потоке на 25-35% превышали скорости их движения в стационарных потоках, имеющих равные начальные напоры, расходы и мощности. Колебательное движение лесоматериалов в пульсирующем потоке значительно снижает силы трения как между отдельными бревнами щети, так и между лесоматериалами в

лесонаправляющими бонами, что предотвращает остановк\ лесоматериалов и образование заторов, требующих дополни тельных энергозатрат.

8. На основашш результатов проведенных эксперимен тальных и теоретических исследований разработаны конструкции импульсных гидравлических ускорителей. Под руководством-автора изготовлены экспериментальные образцы в натуральную^величину мощностью 2 кВт, 3 кВт, 5 кВт, 10 кВт, 17 кВт. Проведены их испытания на лесосплавных предприятиях Козьмодемьянской СК и объединения "Вятлесосплав". Импульсный гидроускоритель ИГУ-3 передан для последующей эксплуатации Юркинскому СУ Козьмоде мьянской сплавной конторы.

9. Использование пульсирующих потоков, создаваемых импульсными гидроускорителями, позволило усопершенетно-вать следующие лесосплавные технологические Операции: подача лесоматериалов" к главным воротам сортировочной сетки, к машине ЦЛР-172, движение лесоматериалов по трап спортному коридору, подача лесоматериалов на выгрузочный транспортер, вывод лесоматериалов из сортировочного диори ка, движение лесоматериалов от эстокады и другие.

10. Результаты проведенных исследований иаю.п.зонлииг имлульсных низкочастотных и низконапорных гидряяличс ских струй и пульсирующих потоков позволят решать пом; нейшие народно-хозяйственные задачи в области лесосплава у других областях: пропуск лесоматериалов через лесопропуск ные отверстия лесосплавных плотин, выгрузку л<соматериа лов из воды на берег, разворот бревен и установку их в поперечную щеть, для ускорения движения лесоматериалов в тр\ бопроводном лесогранепорте, для образования майи па акваториях лесосплавных рейдов, для гашения естественных ско ростей течения жидкости, для продвижения лесоматериалов б замкнутых криволинейных лотках на деревообрабатывающих

. комбинатах в целлюлозно-бумажных комбинатах, для удале вия ила с лесосплавных плотин, для устройства прямых открытых рыбоходов в среднепапорных плотинах, для создания искусственных течений в рыбопитомниках, для разработки и создания пульсирующих движителей реактивного действия и многих других направлениях. При этом применение пульсирующего потока существенно облегчает тяжелые и трудоемкие операции на лесосплаве, сокращает численный состав рабочих, кроме того повышается производительность трудА н снижается се&г^тоимость выпускаемой продукции.

Содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Полянин А.Я. и др. Гидравлические импульсные струи на лесосплаве. - М.: Изд-во Лесная промышленность, 1974. -104 с.

2. Полянин А.Я. Проектирование импульсных гидроускорителей центробежно-эжекторного типа. - ВНИПИЭИЛеспром, М-1756-ЛБ, деп. 09.06.86, 2,2 п.л.

3. Полянин А.Я. Экспериментальные и теоретические исследования импульсных гидравлических струй, - М.: Лесная промышленность, Сб.тр. ВКНИИВОЛТ, вып. 7, 1968. - С. 4855. ,

I. Полянин А.Я. Импульсные гидравлические струи в ограниченном водном пространстве. - Киров: КирНИИЛП, научная конференция №4, "Лесоэксплуатация", 1971 - С. 32-42.

5. Полянин А.Я. Пульсирующий поток в криволинейном коридоре. - Йошкар-Ола, МПИ, сб. "Научные достижения - народному хозяйству", 1981.- с. 315-317.

6. Полянин А.Я. и др. Исследование транспортной способ иости потока, созданного импульсной струей. - Йошкар-Ола Сб.тр. МПИ, №58, выпуск второй, 1968. - с. 89-97.

7. Полянин А.Я. Исследование потоков, возбужденных им пульсными гидравлическими струями 5 ограниченном водном пространстве (Тезисы докладов к НТ конференции). Йошкар-Ола, МПИ, 1967. - с. 48-50.

8. Полянин А.Я. и др. К расчету двигательного комплекс« центробежного гидроускорнтеля с плоским эжектирующил насадком. - М., труды ЦНИИМЭ, Лесная промышленность 1982. - 0,56 п.л.

9. Полянин А.Я., Пульсирующий поток на лесосплаве - Л. Сб.тр. ЛТА, 1987 г. - 0,4 п.л.

10. Полянин А.Я., Формирование импульсной струи в насадк // тезисы докладов научной конференции за 1986 г./ Мар.ПИ - Йошкар-Ола, 1988 - 0,06 п.л.

II. Полянин А.Я. Пульсирующие потоки на лесосплаве /, Меж.вуз.сб.научн.тр./ЛТА. - Л., 1987 - 0,4 п.л.

12. Полянин А.Я. Импульсный гидравлический ускоригел: ИГУ-2. - Йошкар-Ола: Марийский ЦНТИ и П, .№12, 1983. 0,12 п.л.

13. Полянин А.Я. Импульсный гидравлический ускоригел ИГУ 5. - Йошкар-Ола, Марийский ЦНТИ и П., №29, 1983 г. 0,11 п.л.

14. Полянин А.Я. Импульсный гидравлический ускорнтел ИГУ-10. - Йошкар-Ола, Марийский ЦНТИ и П, №37, 1983 г. 0,11 п.л.

15. Полянин А.Я. Гидроускоритель для создания пульсирующих потоков вблизи поверхности жидкости. - Йошкар-Ола, Марийский ЦНТИ и П, №246, 1984 г. - 0,11 п.л.

16. A.c. №700410 (СССР). Устройство для создания водного потока (Марийский политехнический институт им. A.M. Горького): авт. изобрет. Полянин А.Я. - Заявл. 26.06 78. №2637264. Опубл. в Б. №44, 1979, М. Кл. 2 В 65 С 69/20.

17. A.c. №629149. Гидроускоритель для создания поверхностного потока (Марийский политехнический институт им. A.M. Горького): авт. изобрет. Полянин А.Я. - Заявл. 25.04.77, №240594. Опубл. в Б №39, 1978, М. Кл. 2 В 65 Ж 69/20.

18. A.c. №831702. Устройство для создания искусственных потоков вблизи водной поверхности. Марийский политехнический институт им. A.M. Горького): авт. изобрет. Полянин А.Я. - Заявл. 26.04.79. №2758623. - Опубл. Б. №19, 1981, М. Кл. 2 В 65 Ж 69/20.

19. A.c. №'925819. Устройство для создания пульсирующих искусственных потоков вблизи водной поверхности. (Марийский политехнический институт им. A.M. Горького); авт. изобрет. Полянин А.Я. - Заявл. 20.05.80. №2926644. Опубл. Б. №17, 1982, М. Кл. 2 В 65 Ж 69/20.

20. A.c. №1057394. Гидроускоритель для создания пульсирующих искусственных потокоз вблизи водной поверхности засоренных водоемов. (Марийский политехнический институт им. A.M. Горького): авт. изобрет. Полянин А.Я. - Заявл. 22.09.82, №3495154. Опубл. Б. №44, 1983, М. Кл. 2 В 65 Ж 69/20.