Учебное пособие 1900

Впроцессе экструзии равномерность работы экструдера и как следствие качество готового продукта зависит от сочетания характеристик рабочего и формующего инструментов экструдера. Сопротивление, оказываемое матрицей экструдера, будет зависеть от соотношения площади и длины формующего канала.

Для моделирования течения расплава зернового продукта в кольцевом формующем канале динамической матрице экструдера была выбрана система моделирования FlowVision.

Целью моделирования движения расплава в расчетной области является получение распределения скорости и давления по длине формующего канала, а также исследование динамики изменения частоты вращения дорна и увеличение зазора между конусами дорна и фильеры этих параметры.

После завершения вычислений данный программный комплекс дает возможность визуализировать изменение давления и скорости движения расплава по длине формующего канала.

Таким образом, численное решение математической модели позволило оптимизировать геометрию формующего узла экструдера, обеспечивающую выравнивание давлений и поля скоростей зерновой оболочки и начинки на выходе из канала и на основании полученных данных изготовить формующий узел, который в дальнейшем использовался для проведения экспериментальных исследований.

На основании полученных данных была спроектирована экспериментальная установка одношнекового экструдера (рисунок) с динамической матрицейкоторая по своим технико-эконо-мическим характеристикам сопоставимы с импортными установками. Установкасостоит из станины 1; привода 2; цепной передачи 3; подшипника 4; шнека 5; рабочей камеры 6; фланца 7; конуса 8; дорна 9; подшипника дорна 10; салазок 11; ременной передачи 12; привода дорна 13. Давление в матрице при экструзии является важным параметром, определяющим глубину физико-химических изменений в компонентах перерабатываемого сырья. Уменьшение рабочего зазора приводит к повышению давления расплава экструдата, что обусловлено большим сопротивлением фильеры с меньшим зазором. С повышением влажности системы вязкость смеси уменьшается, что приводит к снижению давления

Впроцессе динамического формования экструдат выходит в виде бесконечных лент, которые разрываются на хрупкие кусочки

101

благодаря взрывному испарению воды и истирающему действию вращающегося дорна. Величина рабочего зазора предопределяет гранулометрические характеристики продукта. С уменьшением зазора в матрице величина ширины лент снижается, они начинают разрываться на кусочки. Однако чрезмерно малый зазор 0,4…0,8 мм приводит к подгоранию продукта и забиванию матрицы.

Экструдер ЭУМ-1

В результате обработки при рациональных параметрах (давлении 5…7 МПа, зазор между конусом и дорном 1·10-3…2·10-3м) получен экструдированный белковый текстурат, который имеет удовлетворительные потребительские данные и может быть рекомендован для использования в качестве ценной пищевой добавки в хлебопекарной, мясной и других отраслях промышленности.

УДК 004.896

РАЗРАБОТКА РОБОТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ТЕПЛОВОГО ОБНАРУЖЕНИЯ СКРЫТЫХ ОБЪЕКТОВ

Вернигорова Е.В.

Военный авиационный инженерный университет (г.Воронеж)

E-mail: [e-mail]

Актуальность: инфракрасная (ИК) техника широко используется в военном деле. Эффективность применения ИК-приборов определяется их геометрическим разрешением и температурной чувствительностью. Разработанные технологии применения воз-

102

душной тепловизионной аппаратуры успешно используются для решения ряда военных и экономических задач: тепловой разведки, контроля объектов трубопроводного транспорта энергоресурсов, экологического мониторинга и ликвидации экологических катастроф.

Число решаемых ИК-системами задач по мере совершенствования соответствующей элементной базы и технологий приема и обработки тепловых излучений постоянно увеличивается. Однако есть ряд актуальных задач, которые известными методами либо не решаются, либо решаются не достаточно эффективно. К ним, в частности, относятся задачи тепловой локации ряда скрытых подповерхностных объектов.

Возможности тепловой локации скрытых подповерхностных объектов известны. Однако существующие методы, основанные на тепловых моделях скрытых подповерхностных объектов в условиях естественного теплообмена, позволяют обнаруживать лишь объекты, температура которых существенно отличается от температуры грунта (трубопроводы и т.п.). В случае примерного равенства температуры грунта и подповерхностного объекта (например, мины, кабели связи и т.д.), для обнаружения последнего требуются многократные наблюдения участка местности в различных условиях естественного теплообмена. Как следствие, время поиска объекта становится неприемлемо большим.

Цель: Создание роботизированной системы активной тепловой локации пластмассовых и металлических объектов в приповерхностном слое грунта с показателем вероятности обнаружения не ниже 0,9 при вероятности ложной тревоги 0,01.

Задачи:

-обоснование структуры роботизированной системы и технологии поиска лоцируемых объектов в естественных условиях теплообмена;

-разработка метода измерения теплофизических свойств лоцируемых объектов в слое грунта путем его активного теплового нагрева в локальной области;

-разработка и экспериментальная апробация алгоритмов поиска лоцируемых объектов на основе обработки инфракрасных изображений и их преобразования в изображения теплофизических свойств;

-создание роботизированной системы активной тепловой лока-

103

ции скрытых подповерхностных объектов на основе интеллектуальной оболочки логико-лингвистической модели выбора метода и алгоритма ее функционирования, адаптированных к условиям окружающей среды.

Методика исследований: дальнейшее развитие методов тепловой локации связано с разработкой моделей при активном тепловом воздействии на поверхность грунта, учитывающих нелинейные эффекты, в частности, зависимость теплофизических свойств, коэффициента теплоотдачи от температуры, а также уточнение граничных условий, наличие контактного термического сопротивления на границе скрытого объекта и почвы. Это позволяет значительно повысить адекватность моделей реальным тепловым процессам и более эффективно проводить анализ термограмм. Создание таких систем возможно на базе роботизированных подвижных платформ, обработка информации в которых производится на основе решения коэффициентных обратных задач теплопроводности.

Результаты полученные на данный момент:

–создано средство технического диагностирования теплоизоляционных материалов внедренное в ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королева» для измерения и контроля теплофизических свойств теплоизоляции и теплозащиты космических аппаратов;

–создана оптико-электронная система теплового обнаружения подповерхностных объектов, реализованная на 12 кафедре технических гидрометеорологических средств и средств воздушной разведки Военного авиационного инженерного университета (г. Воронеж).

УДК 66.066

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СЕПАРИРОВАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ

Сафин А.А.

Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)

E-mail: [e-mail]

В любом нефтепродукте имеются загрязнения, возникшие в процессе его производства, и загрязнения, которые попали в жид-

104

кость в результате износа трущихся пар агрегатов, контакта с окружающей средой, появились в результате физико-химических изменений и продуктов распада. В нефти, являющейся основой большинства применяемых жидких топлив, моторных масел и жидкостей гидравлических систем, имеются такие нежелательные компоненты, как непредельные углеводороды, асфальтосмолистые вещества, зольные элементы, нафтеновые кислоты, азотные и сернистые соединения, твердые парафины, церезины. Наличие загрязнений жидкости приводит к изменению физических и химических свойств нефтепродуктов.

Предлагается технология сепарирования диэлектрических жидкостей позволяющая повысить надежность и долговечность оборудования нефте- и газоперерабатывающих предприятий путем удаления из нефти и газового конденсата, а также продуктов их переработки эмульсионной воды и частиц микрозагрязнений.

Суть способа повышения качества жидких органических энергоносителей, заключается в создании особых условий кинетики очищаемой жидкости в сочетании с воздействием на нее электрических полей высокой напряженности. При воздействии на указанные жидкости силовых электрических полей происходит:

-разделение жидкостей с различными диэлектрическими проницаемостями с последующим вытеснением из нефти, нефтепродуктов и газового конденсата эмульсионной воды;

-вытеснение из нефти, нефтепродуктов и газового конденсата загрязнений различной природы, а именно пыли, спор, плесени, бактерий и др., что приводит, во-первых, к повышению чистоты нефти, нефтепродуктов и газового конденсата, а во-вторых, к предотвращению биохимической коррозии оборудования;

-регенерация физико-химических свойств нефтепродуктов и газового конденсата.

Инновационность идеи заключается в том, что сепарирование будет основываться на действии электростатических полей на частицы загрязнений и растворенную в диэлектрических жидкостях воду.

Предлагаемое устройство сепарирования диэлектрических жидкостей имеет небольшие габариты, потребляемая мощность 30300 Ватт в зависимости от объемов прокачиваемой жидкости, обладает хорошими эргономическими качествами, предельно простое в эксплуатации, электробезопасно. Благодаря тому, что в предлагае-

105

мой конструкции электростатического сепаратора используются определенные детали, они служат дольше и более эффективны в эксплуатации, позволяют снизить затраты на энергопотребление, техническое обслуживание и ремонт.

Предварительный анализ потребностей в эффективных средствах очистки диэлектрических жидкостей позволяет сделать вывод: потенциал рынка устройств очистки и фильтрации достаточно высок. В настоящее время ни одно предприятие в России не занимается производством малогабаритных электростатических сепараторов с низким энергопотреблением. Анализ сегмента рынка нефте- и газопереработки показывает возможность замены применяемого оборудования для обезвоживания органических энергоносителей и продуктов их переработки.

В настоящее время авторами проведены экспериментальные лабораторные исследования влияния электрогидродинамических сил на кинетику микрозагрязнений и эмульсионной воды в нефтепродуктах. Определены области возможных конструктивных параметров электростатического сепаратора. Определены сроки и этапы коммерциализации данной идеи. Полученные результаты исследований подтвердили возможность применения способа для очистки нефти, нефтепродуктов и газового конденсата.

Производство сепараторов на основе предложенной технологии позволит снизить себестоимость затрат на очистку диэлектрических технологических и эксплуатационных жидкостей.

УДК 616-7

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ

Тарасов Д.П., Санин В.Н.

Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)

E-mail: [e-mail]

Вакуум-сублимационная сушка, т.е. высушивание материалов в замороженном состоянии под вакуумом, является одним из наиболее прогрессивных методов обезвоживания термолабильных материалов. В настоящее время этот метод сушки широко применяется в медицине, биологии, химии, пищевой промышленности и других производственных отраслях.

106

Объем мирового производства сублимированных продуктов непрерывно растет, однако сублимационная сушка по-прежнему относится к процессам, требующим высоких энергозатрат, что является серьезным сдерживающим фактором в ее развитии. Вот почему актуальной задачей являются разработка энергосберегающих технологий сублимационного консервирования и создание нового оборудования для реализации таких технологических процессов. Простой расчет показывает, что из-за высокой удельной теплоты парообразования (сублимации) воды основные энергетические затраты связаны именно с процессами сублимации и десублимации влаги.

Многочисленные работы специалистов в данной области посвящены исследованию процесса сушки в непрерывном режиме и разработке установок, в которых экономию энергоресурсов можно получить путем организации теплообмена с замораживаемым и сублимируемым продуктом, совмещая эти стадии процесса во времени. Представляется перспективным также применение термоэлектрических модулей в установках вакуум-сублимационной сушки, т. к. термоэлектрические модули являются эффективными тепловыми насосами.

Целью настоящей работы является разработка конструкции энергосберегающей комбинированной установки сублимационной сушки фармацевтических или пищевых продуктов, построенную на основе традиционной компрессионной холодильной машины и использующую термоэлектрические модули. При этом и конденсатор, и испаритель холодильной машины оснащаются термоэлектрическими модулями; конденсатор выполняет роль сублиматора, а испаритель - десублиматора. Целью работы также является отработка тепловых и токовых режимов работы установки с целью минимизации энергетических затрат.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1.Размещение в вакуумной сублимационной установке испарителя и конденсатора компрессионной холодильной машины и оснащение их термоэлектрическими модулями.

2.Размещение на конденсаторе сублиматора, а на испарителе – десублиматора и выбор продукта для сублимационной сушки.

3.Оснащение экспериментальной установки контрольноизмерительными приборами.

4.Проведение экспериментальных исследований процессов суб-

107

лимационной сушки при различных режимах работы компрессионной холодильной машины и термоэлектрических модулей.

5. Выбор оптимальных режимов, соответствующих минимальным временным и энергетическим затратам.

НИОКР, проводимые за последние 12 лет были направлены на отработку методики энергосберегающей вакуум-сублимационной сушки с использованием термоэлектрических модулей (элементов Пельтье), где горячие спаи элементов выполняют роль сублиматора, а холодные - десублиматора. При этом работала также и компрессионная холодильная машина, испаритель которой являлся дополнительным десублиматором, компенсирующим в соответствии с законом сохранения энергии избыточные тепловыделения на сублиматоре. Проведѐнные расчѐты и эксперименты показали высокую эффективность такой вакуум-сублимационной установки – удельные затраты на 1 килограмм получаемой продукции снижались в 2-3 раза (в зависимости от температурных режимов получения продукта) в сравнении с традиционным способом. Однако такая организация процессов сублимации-десублимации для некоторых продуктов не позволяет получать большой заданной разности температур (до 800С) между сублиматором и десублиматором, что ограничивает возможности установки.

Поэтому создание эффективной комбинированной энергосберегающей вакуум-сублимационной установки с использованием термоэлектрических модулей является актуальной задачей для современного производства.

УДК 621.7.01

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ И СОЗДАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ДИНАМИЧЕСКИ УРАВНОВЕШЕННОЙ УСТАНОВКИ РЕЗОНАНСНОГО ТИПА С УПРУГИМ КРЕПЛЕНИЕМ ДЕТАЛЕЙ

Копылов Ю.Р., Мерчалов А.С.

Воронежский государственный технический университет

E-mail: [e-mail]

Установки ВУД-2500 используются в авиационном производстве для виброударного упрочнения деталей длиной до 3500 мм.

108

Необходимость модернизации установок ВУД-2500 обусловливается большой мощностью привода (до 50–75 Вт на 150–200 кг массы детали) и значительной погрешностью обработки из-за ограниченного управления траекторией колебаний.

Рис 1. Расчетная схема модернизации установки ВУД-2500 (а), влияние буферного кольца на амплитуду колебаний (б)

Близкорезонансные режимы обладают меньшими затратами мощности, возможностью регулирования траекторий колебаний, но оказывают большие вибрационные воздействия на основание и обладают низкой устойчивостью режима колебаний.

Исследуется динамически уравновешенная схема модернизированной установки ВУД-2500 (рис. 1, а), в которой снижение вибрационного воздействия на основание обеспечивается за счет упругого крепления детали в контейнере, а повышение стабильности обработки – за счет применения пневмоупругих элементов с нелинейной буферной характеристикой жесткости.

В модернизированной установке ВУД-2500 (рис. 1, а) инерционный вибратор с круговой возмущающей силой F(t) установлен на

подвижной системе детали	mд ,		нелинейные упругие элементы с
~			~
продольной жесткостью GX (PX;AX) и GY (PY;AY) смонтированы
симметрично с двух сторон,		относительно подвижной системы

контейнера mк. Амплитуды линейных колебаний детали, контейнера и основания по координатам Х, Y характеризуется выражениями (1-3)

			m r 2
Aдх = Aду	=		в
		~
			2			2	2		2		2
		(mд + mв mрс	(t) ) ( одх				)	+ 4h	дх		(1)

109

Aкх

= Aку

=

Aдх Gдх

(m + m

0,6 )

(

2 2

)2 + 4h2 2

(2)

к

рс

окх

кх

Aох

= Aоу

=

Aдх Gкх

(m + m ) ( 2

2 )2 + 4h2

2

(3)

о

к

о

ох

о х

где mв

– масса дебаланса вибратора;

r – экстретисетет массы дебаланса;

mд – масса детали вместе с ее подвижной системой;

mк

– масса контейнера;

~

mрс – масса инструментальной среды;

– вынужденная частота колебаний;

hДХ = hДY

=

b

mо

+ mд - коэффициент демпфирования детали вместе с

подвижной системой;

hКХ = hКY =

b

mк

+ mрс 0,6

- коэффициент демпфирования контейнера;

h

= h

=

b 459

ОХ

ОY

mо + mк

- коэффициент демпфирования основания.

b – коэффициент диссипации;

Gдх, Gкх – жесткость упругого крепления детали и контейне-

ра; дх, кх, ох - собственная частота колебаний по оси Х детали, контейнера, основания соответственно.

Результаты компьютерного моделирования уравнений (1-3)

при mэ = 1 кг; mд = 35 кг; mк = 48; r = 10 мм; 0< <80 показали,

что можно получить требуемую амплитуду с меньшими затратами мощности вибратора и с меньшим вибрационным воздействием на основание (рис 2). Для решения проблемы устойчивости используются пневмоупругие элементы с нелинейной характеристикой

жесткости за счет установки с зазором б (0,5 0,6) А упорного буферного кольца [2]. Это дает уменьшение крутизны амплитудной кривой на участке действия буферной жесткости, и расширяет область устойчивой резонансной работы (рис. 1, б). Положительные результаты получены при использовании оболочек, снабженных буферным кольцом. На рисунке 2,а линией Аб показан вероятный

110