Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Повышение эффективности рабочего процесса вакуумного насоса доильной установки за счет оптимизации его конструктивных и технологических параметров

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Пяткин Дмитрий Борисович

Санкт-Петербург-Пушкин

2007

Работа выполнена в Великолукской государственной сельскохозяйственной академии на кафедре "Механизация животноводства и применение электрической энергии в сельском хозяйстве"

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Вагин Борис Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Керимов Мухтар Ахмиевич

кандидат технических наук, профессор

Хилков Николай Валентинович

Ведущая организация: ГНУ "Северо-Западный научно-

исследовательский институт

механизации и электрификации

сельского хозяйства"

Защита состоится "_24 "_апреля_2007 г. в _13 ч. _30 мин. на заседании диссертационного совета Д 220.060.06 Санкт-Петербургского государственного аграрного университета по адресу: 196601, г. Санкт-Петербург-Пушкин, Петербургское шоссе, д.2, СПбГАУ, ауд.2.719

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета

Автореферат разослан "_19_"___марта___2007 года

Автореферат размещен на сайте http://www.spbgau. spb.ru/disser/news. shtml

"___" ___марта__ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Сковородин В.Я.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Важным фактором при повышении эффективности работы доильных машин и технологии доения в целом является поддержание постоянства вакуумного режима в технологических линиях доильных установок различных модификаций. Анализ научных работ отечественных и зарубежных исследователей показал, что в результате несоблюдения заданных параметров вакуумного режима в молочных линиях возрастает количество заболеваний коров маститом, нарушается работа аппаратов и других узлов доильных установок, снижается производительность труда операторов и продуктивность животных. Работа доильных аппаратов без нарушения нормальных физиологических процессов у животных возможна только при определенном разрежении, характерном для каждого из них. Согласно установленным зоотехническим нормам, величина разрежения в доильном аппарате должна находиться в пределах 42…53 кПа, колебания вакуумметрического давления в любой точке вакуумпровода не более 3 кПа.

Стабильность и величина рабочего разрежения, требуемый расход воздуха для работы современных доильных установок определяется рабочими параметрами вакуумного насоса и, в первую очередь, его объемной производительностью.

Поэтому для поддержания необходимого вакуумного режима, а также повышения эффективности процесса доения возникла потребность в дальнейшем совершенствовании вакуумных насосов и улучшении показателей их работы.

Цель настоящего исследования - повышение эффективности вакуумного насоса за счет совершенствования конструктивно-технологической схемы и оптимизации его параметров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

? произвести анализ технических средств для создания разрежения в доильных установках;

? обосновать наиболее перспективную и рациональную конструктивно-технологическую схему насоса, применительно к насосным станциям современных доильных установок;

? выявить оптимальные параметры и режимы работы вакуумного насоса;

? установить основные теоретические зависимости для определения режимных и конструктивных параметров;

? провести экспериментальные исследования для изучения комплексного влияния основных факторов на выходные параметры

? дать технико-экономическую оценку процесса оптимизации конструктивно-технологических параметров насоса

Объект исследования - ротационный пластинчатый вакуумный насос доильной установки.

Предмет исследования - процесс работы ротационного вакуумного насоса при различных конструктивно-технологических параметрах.

Методика исследования. В работе использованы аналитический, экспериментальный и расчетно-конструктивный методы.

Аналитический метод включал изучение технологического процесса с применением методов аналогового моделирования, классической механики, термодинамики, системы программных средств ПК.

В экспериментальных исследованиях использовались методы физического моделирования для проверки теоретических положений и выводов.

Результаты исследования обрабатывались с применением известных методов математического анализа с использованием программных средств ПК.

Научная новизна. На основании аналитических исследований получены расчетные зависимости для определения объемной подачи и потребной мощности ротационного вакуумного насоса с учетом изменения коэффициента подачи и проводимости входного элемента. В результате исследований обоснованы основные конструктивные и режимные параметры вакуумного насоса и получены аналитические зависимости для определения степени влияния основных факторов на показатели работы насоса. Указаны пути увеличения производительности и снижения потребной мощности привода силовых станций и обеспечения постоянства вакуумного режима доильных установок. Построена математическая модель газодинамических процессов.

Практическую ценность представляют:

Усовершенствованная методика расчета конструктивно-технологических параметров ротационного вакуумного насоса;

Математическая модель процесса откачки воздуха вакуумным насосом;

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы;

Обоснованная конструктивно-технологическая схема вакуумного насоса;

Результаты энергетической и экономической оценки исследуемого объекта.

Реализация результатов исследований.

Разработанные методы расчета и определения конструктивных и технологических параметров исследуемого вакуумного насоса используются в учебном процессе кафедры при подготовке лабораторных работ по дисциплине "Механизация животноводства".

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников СПбГАУ, (г. Санкт-Петербург-Пушкин), Великолукской ГСХА (г. Великие Луки) и других ВУЗов в 2003 - 2007 г.

Публикация.

По материалам исследований опубликовано три печатные работы, одна из которых в журнале "Сельский механизатор".

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка используемой литературы и приложений, изложенных на 144 страницах машинописного текста, в том числе 38 рисунков и 32 таблиц. Список используемой литературы включает 116 наименований, в том числе 6 - на иностранных языках. Имеются 22 приложения на 22 страницах.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы, излагаются цель работы, ее краткая характеристика, новизна и значимость результатов для науки и практики.

В первой главе "Общая характеристика изучаемого вопроса" представлена краткая классификация вакуумных насосов, рассмотрены их основные параметры и характеристики, выполнен анализ существующих схем вакуумных насосов, и анализ научных исследований по повышению эффективности их работы, ставятся цель и задачи исследования.

Исследованию рабочего процесса вакуумных насосов для создания методики расчета, обоснования конструктивных и технологических параметров, посвящены работы М.А. Ошерова, Б.С. Фотина, Ю.В. Пешти, В.И. Ардашева, П.В. Сидоренко, И.Н. Краснова, В.И. Квашенникова, Л.П. Карташова, Б.И. Королева, В.И. Кузнецова, Л.Н. Розанова, Е.С. Фролова, И.В. Автономова, С.Е. Захаренко, В.А. Румянцевой, А.Г. Головинцева, Б.В. Канторовича, В.Е. Лисичкина, В.И. Хлумского, Н.И. Мжельского, Н.А. Яковенко, А.И. Оберемченко, А.П. Гукова, И.Е. Волкова и других. В своих трудах учеными было отведено значительное место принципам построения вакуумных систем и их расчету, дано описание методов измерения потока разреженных газов, а также даны рекомендации по применению насосов наиболее совершенной конструкции, по их правильной эксплуатации и их прочностной расчет.

В результате анализа потенциальных возможностей методов и технических средств создания разрежения установлено, что наиболее распространенными и перспективными в настоящее время являются ротационные вакуумные насосы пластинчатого типа. Насосы данного типа отличаются простотой конструкции и технического обслуживания, быстроходностью, хорошей уравновешенностью и плавностью работы. Между тем, широко известно, что большинство этих машин недостаточно надежны в эксплуатации и зачастую работают с пониженной производительностью. К недостаткам таких насосов можно отнести сравнительно низкий механический к. п. д., повышенную чувствительность к нарушению нормальных зазоров, несовершенность системы смазки, повышенный уровень шума, износ пластин из-за нагрева и трения.

Поэтому для поддержания необходимого вакуумного режима возникла потребность в дальнейшем совершенствовании пластинчатых вакуумных насосов и улучшении показателей их работы.

Из всего сказанного следует, что в ходе исследований процесса создания разрежения в современных доильных установках, разработок новых конструктивных схем и методик расчетов, остались нерешенными следующие вопросы:

ѕ Необходима более обоснованная методика расчета вакуумных систем, описывающая все процессы, происходящие при ее работе и учитывающая все необходимые параметры;

ѕ Требуется дальнейшее изучение и совершенствование перспективных конструктивно-технологических схем насосов.

В конце главы поставлена цель настоящего исследования и для ее решения определены основные задачи.

доильная установка вакуумный насос

Во второй главе "Теоретическое исследование процесса создания разрежения вакуумным насосом" обоснованы предпосылки, положенные в основу исследований.

В главе изложены основные результаты теоретического исследования влияния параметров воздухораспределения на механические и энергетические показатели. В качестве исследуемых факторов были выбраны: площадь сечения впускных окон, форма впускных окон и частота вращения ротора насоса. За основные критерии оптимизации приняты: производительность, потребная мощность, разрежение в системе и коэффициент подачи насоса.

Расход сжатого воздуха зависит от формы и площади сечения впускного окна, однако здесь важна количественная сторона. Неверно выбранная фаза воздухораспределения, форма и сечение впускных окон и патрубков отрицательно сказываются на рабочем процессе насоса, температурном режиме и избыточном давлении в выходном сечении насоса.

Основной характеристикой любого вакуумного насоса является его объемная производительность, которая зависит от коэффициента наполнения всасывающей камеры (подачи) з_х и вычисляется по формуле

, (1)

где з_х - коэффициент подачи насоса;

V_г - геометрическая производительность насоса, м³/ч.

Геометрическая производительность вакуумного насоса V_г зависит от конструктивных параметров и частоты вращения ротора. Ее можно определить из выражения

, (2)

где е - эксцентриситет насоса, м;

L - длина цилиндра, м;

D - диаметр цилиндра, м;

z - число пластин;

n - частота вращения ротора насоса, мин^-1;

- толщина пластины, м.

Коэффициент наполнения (подачи) всасывающей камеры насоса зависит от ее конструктивного исполнения и степени повышения давления в выходном сечении. Согласно Н.И. Мжельскому его можно определить из уравнения среднего коэффициента подачи или по формуле

, (3)

где р_н - давление нагнетания, кПа;

р_{вс. -} давление всасывания, кПа;

K¹=0,1 для машин малой производительности;

K¹=0,05 для машин большой производительности.

В вакуумной технике, рассматривается несколько режимов течения газа. В нашем случае состояние воздуха, определяемое критерием Кнудсена () соответствует низкому вакууму. Исходя из этого условия был рассмотрен вязкостный режим.

а) б)

а - соединение бесконечных объемов; б - соединение бесконечного и ограниченного объемов

Рисунок 1 - Формы отверстий вакуум-проводящей системы

Основным параметром любого проводящего элемента вакуумной системы является его проводимость U, зависящая от степени вакуума.

В первом случае, в качестве отверстия рассмотрен отрезок трубопровода, при l ? 0,01d. Трубопровод расположен в стенке, разделяющей бесконечно большие объемы (рисунок 1 а).

Для данного случая на основании уравнения сохранения энергии получено окончательное выражение для определения проводимости U_{о. вяз.} в условных единицах массы Па•м³/с

(4)

где Q - поток воздуха, м/с

p₁ и p₂ - давление воздуха до и после отверстия, Па;

n - показатель адиабаты (для воздуха n = 1,4);

A - площадь сечения отверстия м²;

R - универсальная газовая постоянная, R=8,31 кДж/ (кмоль•К);

Т - температура воздуха, К.

Отношение (p₂/p₁) заранее неизвестно и расчет ведется методом последовательных приближений. При проектировочном расчете с большим запасом можно принять, в первом приближении, что U_{о. вяз.} =200А.

Рассмотрим второй случай истечения воздуха через впускное отверстие между бесконечно большим и ограниченными объемами (рисунок 1б).

Входной элемент в этом случае должен с точки зрения II закона термодинамики иметь одинаковую проводимость при течении воздуха в обоих направлениях. Проводимость отверстия определяется исходя из

. (5)

Вышеизложенная методика по определению проводимости впускных отверстий вакуумных насосов, не учитывает их геометрическую форму.

Характер газодинамических процессов, происходящих при всасывании зависит не только от площади сечения впускного отверстия, но и от формы. Для этого ограничимся рассмотрением впускного элемента вакуумного насоса с круглым поперечным сечением радиусом R_отв. и толщиной стенки l.

При стационарном потоке воздуха х (м/с), образованного на радиусе r приращением dr (рисунок 2) существует равновесие движущей силы называемой разностью давлений F_д1, а также силы внутреннего трения F_тр.2.

На основании условия равновесия , где з - коэффициент динамической вязкости (для воздуха ) можно вывести зависимость для определения проводимости данного элемента в следующем виде

. (6)

Впускной элемент вакуумного насоса можно отнести к короткому трубопроводу, длиной , где Re - число Рейнольдса. Проводимость такого элемента следует определять из выражения

. (7)

Рисунок 2 - Схема течения воздуха в малом элементе впускного цилиндра

Проводимость некруглых элементов, сечение которых отличается от круглого, определяют по эмпирическим зависимостям.

Для элементов прямоугольного сечения, где стороны a ? b; сечения с равносторонним треугольником и эллиптического сечения можно записать соответственно

, (8); , (9)

, (10)

где а и b - стороны прямоугольника, треугольника, меньшая и большая оси эллипса, м;

ч - эмпирический коэффициент, зависящий от a/b.

В ходе дальнейших теоретических исследований были получены выражения, по определению коэффициента подачи и производительности насоса в зависимости от проводимости впускного элемента

, (11); , (12)

где p₁ - давление в доильном аппарате, кПа.

Для более детального изучения процессов воздухораспределения, введена промежуточная величина, характеризующая степень наполнения воздухом ячейки, ограниченной двумя соседними пластинами - коэффициент заполнения.

Данный параметр можно выразить, учитывая молярный объем из уравнения Ван-дер-Ваальса. Для сжатого воздуха с учетом содержания мелкодисперсной масляной пыли и углекислого газа значение коэффициента можно записать как

, (13)

где V - общий объем (объем межпластинчатой камеры), м³;

х - число молей воздуха, кмоль;

b - наименьший объем до которого можно сжать газ (постоянная Ван-дер-Ваальса), см³/кг.

Число молей х воздуха можно также выразить из уравнения Клапейрона .

Давление воздуха в ячейке в зависимости от угла поворота ротора p_яц можно определить из выражения

, (14)

где р_{сж. -} давление газа в начале сжатия, принимается равным давлению всасывания, Па;

S_{яч. max} - максимальная площадь ячейки, м²;

S_{яч. ц} - площадь ячейки при угле поворота ц, м²;

?S_ц - отклонение площади (поправка);

г - показатель политропы.

Максимальная площадь ячейки F_{яч. max} насоса УВД10.000 с тангенциальным расположением пластин определяется из условия

, (15)

где с - текущий радиус вектор, м;

ц - угол поворота ротора, град;

б - угол между двумя соседними

пластинами, рад;

r - радиус ротора, м.

Рисунок 3 - Площадь поперечного сечения ячейки при наклонном расположении пластин в пазах ротора

Площадь S_цн - поперечного сечения ячейки с наклонными пластинами, ограниченная площадью фигуры С₁B₁B₂C₂ (рисунок 3).

, (16)

где .

Площадь поперечного сечения ячейки F_ц при угле поворота ротора ц может быть определена по формуле

, (17)

где - относительный эксцентриситет , м.

Максимальный объем ячейки (м³), ограниченной двумя пластинами найдем по формуле

. (18)

Быстроту действия вакуумного насоса можно также определить как

. (19)

Согласно выражениям (13), (18) и (19), можно получить зависимость, связывающую быстроту действия и коэффициент заполнения межпластинчатой камеры

. (20)

Из анализа полученных зависимостей видно, что эффективное функционирование ротационных вакуумных насосов доильных установок, их динамика и энергетические показатели во многом зависят от параметров и режимов воздухораспределения, в частности, от формы и сечения впускных окон.

В этом же разделе дано определение потребной мощности для привода насоса. Потребную мощность на валу насоса можно определить из выражения

, (21)

где N_т - мощность, затрачиваемая на сжатие и перенос газа, Вт;

N_{мех. -} мощность, теряемая в подшипниках, Вт;

N_{тр. -} мощность, затрачиваемая на преодоление трения при движении пластин в пазах ротора и по цилиндрической расточке корпуса.

Мощность N_мех. требуемая на преодоление сил трения цапф ротора в подшипниках

, (22)

где Т_р - равнодействующая сил, действующая на цапфы ротора и воспринимаемая опорами, H;

щ - угловая скорость ротора рад/с;

м₄ - коэффициент трения в подшипниках качения, м₄ = 0,005…0,008;

d_ц - диаметр цапфы, м.

Равнодействующая сил определяется по формуле

, (23)

где d_р - диаметр вала (цапфы) ротора, м.

При движении пластин в пазах ротора и по цилиндрической расточке корпуса силы трения возникают от действия внешних сил: сил инерции и сил перепада давлений, действующих на пластину. Мощность, затрачиваемая на трение

. (24)

где

N_Ц.И. и N_{П.И. -} мощность, затрачиваемая на преодоление трения соответственно при движении пластины по цилиндрической расточке корпуса и в пазу ротора при действии на пластину только сил инерции, Вт;

N_{Ц. ДP} и N_{П. ДP} - то же, при действии на пластину сил от перепада давлений, Вт.

Для насоса УВД с тангенциальным расположением пластин

; (25)

; (26)

; (27)

, (28)

где m_{п. -} масса пластин, кг;

м_ц. и м_р - коэффициенты трения пластины соответственно по цилиндрической расточке корпуса и в пазу ротора;

h - высота пластины, м;

l - длина пластины, м;

k - показатель адиабаты процесса.

Энергетическая характеристика пластинчатого вакуумного насоса зависит не только от его технологических и конструктивных параметров, но и от качества изготовления деталей, выполнения монтажных работ и теплового зазора. Наибольшие затраты мощности связаны с преодолением сил трения в конструктивных элементах насоса.

В третьей главе "Программа и методика экспериментальных исследований процесса работы вакуумного насоса" разработана программа исследований, даны общая и частная методики исследований, описано оборудование и условия проведения эксперимента.

Для обеспечения наилучших условий вакуумного режима доильной установки необходимо подобрать оптимальные технологические параметры процесса. Оптимальные технологические параметры процесса откачки воздуха - это параметры, которые обеспечивают стабильность разрежения в вакуумной системе; соблюдение физиологических требований к вакуумному режиму; повышение производительности системы; улучшение внешней характеристики насоса и позволяющие при этом снизить удельную энергоемкость или же металлоемкость оборудования.

В соответствии с поставленной задачей программа исследований предусматривает:

? выяснить, какое влияние на производительность вакуумного насоса, величину разрежения в системе, и затраты электроэнергии, а также необходимой мощности на привод установки, оказывают конструктивные и технологические параметры: частота вращения ротора вакуумного насоса; форма и сечение впускных окон и их размещение по длине корпуса насоса;

? обосновать область рационального сочетания параметров вакуумного насоса при его работе;

? провести в лабораторных условиях эксперимент по повышению эффективности процесса создания разрежения вакуумным насосом на различных режимах его работы и выявлению наиболее оптимальных технико-технологических и конструктивных параметров установки;

? провести исследование методами планирования эксперимента рабочего процесса вакуумного насоса;

? дать рекомендации по улучшению параметров насоса и установить область их рационального сочетания;

С целью определения влияния технико-технологических и конструктивных параметров насоса на производительность вакуумной системы был проведен многофакторный эксперимент, в ходе которого изучался процесс истечения газа во входном сечении патрубка насоса при разной частоте вращения вала ротора.

Опыты проводились на унифицированной вакуумной установке УВУ 45/60 (рисунок 4) в комплект которой входили: быстроходный, пластинчато-роторный вакуумный насос марки УВД 10.000, производительностью 1,0 м³/мин; электродвигатель марки 4АМ100L4У3 мощностью 4 кВт; рама; глушитель; предохранитель. На участке между вакуумным насосом и вакуумным баллоном была установлена экспериментальная камера, состоящая из двух частей, в которую помещались пластины. На пластинах были выполнены отверстия разного сечения, формы и с различным расположением по их длине.

В качестве критериев оптимизации принимаем следующее: производительность (V_д, м³/ч), потребная мощность (N, кВт), давление в системе (p_c, Па), коэффициент подачи (з_х).

1 - глушитель; 2 - вакуумный насос УВД 10.000; 3 - образцовый вакуумметр ВО1; 4 - колпачок предохранителя; 5 - экспериментальная камера; 6 - экспериментальная пластина; 7 - вакуумрегулятор; 8 - вакуумметр ВПТ - 1; 9 - вакуумбаллон; 10 - вакуумпровод; 11 - индикатор КИ-4840М; 12 - манометр ОБМ 1-100б

Рисунок 4 - Схема экспериментальной вакуумной установки

Из априорной информации известно, что на эти параметры оказывают влияние следующие факторы: площадь сечения впускного отверстия (S_в в м²), форма впускного отверстия как качественный фактор, выраженная через коэффициент сопротивления трению л, частота вращения вала ротора насоса (n, мин^-1).

В ходе опытов площадь отверстий составляла 20,58; 28,36; 38,40; 50; 58,56 см². Из всего разнообразия форм были исследованы отверстия круглого, прямоугольного, треугольного, овального, ромбовидного, щелевого сечений. По показаниям приборов определяется величина разрежения до отверстия и после него, а также расход воздуха. Используя методы математического моделирования на основании полученных опытных данных определяются такие выходные параметры как проводимость отверстия, производительность насоса и потребная на его привод мощность.

Для регулировки частоты вращения ротора насоса использовался набор сменных шкивов. Частота вращения ротора насоса составляла 950; 1100; 1200; 1425 и 1600 мин^-1 и измерялась индикатором ТМ1-1ПУ3.

В процессе планирования многофакторного эксперимента, было отдано предпочтение трехуровневым, почти ротатабельным планам второго порядка Бокса-Бенкина.

Полученные экспериментальные данные обрабатывались с помощью пакета программ MS Office, а также Statgraphics plus Version 3.0.

В четвертой главе "Результаты экспериментальных исследований" изложены результаты проведенных экспериментальных исследований и дан их анализ.

В ходе определения оптимальных режимов работы вакуумного насоса установлено их влияние на выходные параметры.

Анализ площади сечения входного отверстия показал, что с увеличением ее значения с 20 см² до 58,56 см², улучшается внешняя характеристика насоса, повышается его производительность (на 38,3%) и снижается потребная мощность (на 10,2%). Все это обусловлено увеличением показателя проводимости отверстия (на 32,2%).

Из рассмотренных форм впускных отверстий наибольший интерес представляют три - круглая, прямоугольная и треугольная. Из анализа полученных значений видно, что производительность насоса имеет наибольший показатель при использовании треугольной формы впускного отверстия (V=66,33 м³/ч). Мощность потребная на привод насоса составила 3,85 кВт. Наиболее технологичными остаются окна прямоугольной формы. Данное сечение характеризуется средними значениями выходных параметров (V=64,9 м³/ч; N=3,75 кВт). Впускные отверстия круглого сечения просты в изготовлении и характеризуются наименьшими затратами мощности на сопротивление потоку воздуха. Для данного сечения получены следующие выходные параметры: V=62,4 м³/ч; N=3,6 кВт.

В ходе исследования влияния частоты вращения ротора насоса было установлено, что повышение частоты вращения ротора насоса с 950 до 1600 мин^-1, приводит к росту действительной производительности в среднем в 2 раза. При этом потребная мощность увеличивается на 30%. Величина разрежения в системе изменилась с 52 до 54 кПа.

В ходе многофакторного регрессионного анализа по определению влияния исследуемых факторов на производительность вакуумного насоса, потребную мощность, величину разрежения в системе и коэффициент подачи были получены следующие математические модели в кодированном виде

где b1, b2, b3 - факторы в кодированном виде

Дисперсионный анализ уравнений регрессии позволил сделать вывод о том, что все модели информационно значимы, так как присутствует статистически значимое отношение между переменными на уровне 99%. Адекватность уравнений проверяли по критериям Фишера. Коэффициенты с уровнем значимости более 0,5 в модели не включались.

По полученным математическим моделям были построены трехмерные поверхности отклика (рисунок 5)

Рисунок 5 - Влияние площади сечения впускного отверстия (b₁), формы отверстия (b₂), частоты вращения вала ротора насоса (b₃) на производительность а), потребную мощность б), величину разрежения в системе в), коэффициент подачи г).

В результате анализа построенных поверхностей отклика получены оптимальные значения основных факторов: площадь сечения впускного отверстия - 38,40…50 см³; форма впускного отверстия - треугольная, прямоугольная; частота вращения ротора насоса - 1200…1450 мин^-1. Все выходные параметры, полученные в ходе варьирования основных факторов, оценивались с учетом зоотехнических норм на доильное оборудование.

В пятой главе "Расчет экономической эффективности" описана методика определения эффективности, приведены исходные данные и результаты расчетов. За базу для технико-экономического сравнения был принят насос УВД 10.000.

Расчет проводился по общепринятым методикам расчета экономической эффективности. Результаты расчета технико-экономических показателей сравниваемых вариантов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты расчета экономической эффективности

Расчетные показатели	Варианты
	Базовый	Новый
Оплата труда обслуживающего персонала, руб.	13721,4	13721,4
Затраты на электроэнергию, руб.	9720	8748
Производительность, м3/ч	40	43
Амортизационные отчисления на вакуумные насосы, руб.	720	693,5
Затраты на ремонт и ТО	1008	970,9
Прямые эксплуатационные затраты, руб.	26455,35	25224,65
Приведенные затраты, руб.	29695,35	28539,8
Планируемая годовая экономия, руб.	-	1284,12
Годовой экономический эффект, руб.	-	1155,55
Срок окупаемости машины, год	-	0,18

Общие выводы и предложения

1. Необходимость совершенствования вакуумных машин доильных установок определяется экономическими предпосылками. Приведенный анализ существующих конструкций и классификация вакуумных насосов, свидетельствуют о большом их разнообразии и широком диапазоне реализуемых ими режимов.

2. Для обеспечения бесперебойной работы современных доильных установок и повышения эффективности их применения целесообразно использовать в них ротационные вакуумные насосы пластинчатого типа

3. Совершенствование ротационного вакуумного насоса потребовало теоретического обоснования его конструктивных и технологических параметров. В основу математического моделирования процесса положены закономерности течения воздуха в низком вакууме. Получены основные зависимости процесса: проводимость впускного отверстия в зависимости от площади его сечения (4,5); проводимости впускных элементов круглого, прямоугольного, треугольного, эллиптического сечений (6, 8, 9,10); коэффициент подачи (11); производительность вакуумного насоса (12); коэффициент заполнения межпластинчатой камеры (13); быстрота действия насоса в зависимости от коэффициента заполнения межпластинчатой камеры (20).

4. Результаты предварительного эксперимента позволили выявить значимые факторы, влияющие на работу вакуумного насоса, необходимые для второго этапа исследования. В качестве наиболее значимых следует отметить такие факторы, как площадь сечения впускного отверстия, форма впускного отверстия и частота вращения вала ротора насоса.

5. Обработка многофакторного эксперимента позволила выявить оптимальные конструктивные и режимные параметры установки, значение которых можно использовать при совершенствовании конструктивно-технологической схемы (S = 38,40…50 см²; форма - прямоугольная, треугольная; n = 1450±25 мин^-1). Установлена связь между исследуемыми факторами и выходными величинами.

6. Оптимизация исследуемого процесса в значительной мере повлияла на рабочий режим и энергетическую характеристику, что позволило повысить производительность насоса в среднем на 8,8% (V = 64,77 м³/ч) и снизить потребную мощность в среднем на 10% (N = 3,6 кВт), в сравнении с серийным образцом. Установка обеспечивает необходимую стабильность вакуумного режима согласно зоотехническим нормам (P_сис. =53,3 кПа).

7. Оптимизация технологических и конструктивных параметров исследуемого насоса позволит снизить энергетические затраты на 10% и получить годовую экономию по прямым эксплуатационным затратам в размере 1155,55 руб. /год. в расчете на одну единицу машины. Данное исследование по совершенствованию конструктивной и технологической схемы насоса приведет к увеличению запаса по производительности на 8,8%, что в свою очередь, повлияет на ресурс машины. При этом срок окупаемости капитальных вложений составляет 0,18 года.

При внедрении результатов исследования в масштабах Великолукского района Псковской области позволит получить годовой экономический эффект в размере 25422 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Пяткин Д.Б. Анализ конструкций вакуумных насосов для доильных установок / Д.Б. Пяткин // Совершенствование технологических процессов и рабочих органов машин в животноводстве: сб. научн. тр. / СПбГАУ - Санкт-Петербург, 2005. - с.17-26.

2. Пяткин Д.Б. Повышение эффективности работы ротационного вакуумного насоса для доильных установок / Д.Б. Пяткин, Б.И. Вагин // Инновации молодых ученых развитию АПК России: сб. научн. тр. / По материалам научно-практической конференции. - Великие Луки.: РИО ВГСХА, 2006. - Ч.2. - С.134-136.

3. Пяткин Д.Б. Расчет вакуумных систем доильных установок / Пяткин Д.Б. Вагин Б.И. // Сельский механизатор. - 2007. - №1. - с. 20.

Размещено на Allbest.ru

...