Розвиток наукових основ надійності машин та агрегатів для переробки твердих вуглецевих матеріалів у камерних печах

Позитивний вплив алюмохромофосфатного покриття поверхні сирих блоків з динасокварцитового бетону виявився у зростанні міцності р в 1,6 - 2,4 рази, що пов'язане зі зменшенням поверхневих мікродефектів як концентраторів напружень.

Всі експериментально встановлені залежності й значення ФМХ робочих мас і кладки використані при дослідженні моделей, описаних у третьому й п'ятому розділах роботи.

П'ятий розділ присвячено аналітичному дослідженню функціонування різних конструкцій пічних агрегатів камерного типу. Питання поводження сипучих, зв'язкових, консолідованих шихтових і спікливих та близьких до них за властивостями матеріалів під впливом на них механічних навантажень у прохідних каналах і камерах різної геометрії відбито в роботах Г.А.Генієва, М.Б.Генералова, Р.Л.Зенкова, А.Д.Зимона, Д.Д.Зикова, Л.И.Карнаущенко, В.С.Карпова, А.В.Каталимова, П.И.Лук'янова, П.Н.Платонова, А.Ф.Ревуженко, С.Б.Стажевського, М.Г.Скляра, Н.А.Цитовича, Е.Дженіке, Я.Новосада, Д.Тейлора, К.Терцаги й ін. Аналіз усього різноманіття відомих підходів показав, що теорія граничного стану Кулона-Мору є добре апробованою теоретичною базою досліджень механічного поводження матеріалів із широким діапазоном зміни ФМХ.

Автором використана розроблена ним раніше і отримала подальший розвиток модель механічного поводження робочого середовища в умовах силового впливу та пошарового нагрівання, що зведена до аналізу ймовірності досягнення граничного стану в будь-якій розглянутій зоні пічної камери в будь-який момент протікання процесу. Робоче середовище піддане двосторонньому нагріванню і являє собою пластину, що складається із шихти, пластичної маси, напівкоксу й коксу.

Для опису температурного стану робочої маси використано відоме рівняння стаціонарної теплопровідності для середовища, при його просуванні, у щілинній камері. Також розглянуто також механізм утворення тріщин у кладці. У випадку нестаціонарної теплопровідності, що має місце при циклічному процесі роботи печей, перепади температур призводять до утворення тріщин у кладці.

Процес нагрівання-охолодження всіх елементів головочної зони простінка камери коксування описується двовимірним рівнянням нестаціонарної теплопровідності з урахуванням теплофізичного стану робочої маси:

де Tп(x,y,ф) - функція розподілу температури по координатах x, y і часу ф, °С; Cп(Tп) - теплоємність, Вт/(кг·К); сп - щільність, кг/м3; лп(Tп) - теплопровідність, Вт/(м·К).

Температурні напруження уi (МПа) в будь-який i-й точці конструкції, як відомо, можна визначити за формулою:

де tср - середня температура простінка, °C; ti - температура в розглянутій точці, °C; E(t) - модуль пружності, МПа; б - коефіцієнт лінійного розширення, 1/°C; м(t) - коефіцієнт Пуассона.

Числові дослідження впливу розподілу температур у кладці на небезпеку утворення тріщин на основі реалізації математичної моделі дозволили встановити розподіл температур і напружень у зоні першого опалювального каналу простінка в будь-який момент періоду коксування. Розташування ізоліній напружень, що відповідають границі міцності кр при розтяганні й визначають глибину проникнення тріщин (рис. 11 а) і дозволяють визначити структурний стан завантаження агрегату безперервної дії (рис. 11 б). Це у свою чергу дозволяє у подальшому в аналітичних залежностях використати ФМХ робочої маси протягом усього технологічного циклу, тобто в процесі циклічного пресування порцій, що завантажують, і просування спресованої робочої маси по довжині печі агрегату (рис.12). Таке просування можливо за наявності бокового зазору між робочою масою й стінками камери коксування й дотриманні умов міцності в будь-якому їх перетині.

У розрахунковій моделі прийнято плоский напружений стан робочої маси, а зусилля її переміщення досягається навантаженням, розподіленим по висоті камери пресування. У початковий момент часу робоча маса складається зі спресованих порцій вугільної шихти, що представляють собою вертикальні блоки висотою H. Кількість блоків у печі Z дорівнює L/l, де l - довжина блоку. У процесі двостороннього пошарового нагрівання робоча маса проходить термохімічні перетворення із просуванням температурних границь шарів.

З урахуванням порціонного режиму роботи агрегату визначено граничний питомий тиск в кожному перерізі по довжині камери коксування. Загальна кількість блоків у камері коксування n = k + m, де k - число свіжозавантажених блоків (1 ? i ? k); m - число j-тих блоків, що знаходяться в камері (1 ? j ? m або 1 ? j ? n-k).

Напружений стан робочої маси в зоні завантаження й пресування відрізняється від напруженого стану в камері коксування. Тому він розглядався при дотриманні умов проштовхування Fi ? Fci і міцності пресованого блоку уj ? у*, де i й j відповідають кроку по координатах x й y.

Сумарна сила опору на i-тому кроці проштовхування:

де Fc1i, Fc2i, Fc3i - сумарні сили опору відповідно в зонах пресування, підпору й коксування, їх значення рівні:

Граничні напруження визначаються величинами модуля деформації й коефіцієнта бічного розширення, що є для заданого складу шихти функціями тиску пресування й температури робочої маси:

Для визначення діючих напружень на кожному i- тому кроці застосовано класичні рівняння деформування середовища:

де g, е, у, u - вектори інтенсивності об'ємного навантаження, деформацій, напружень і переміщень; A і С - матриці операторів диференціювання та коефіцієнтів Пуассона відповідно.

Переміщення по області r КЕ, вузлові реакції й переміщення рівні:

де {R} - вектор вузлових реакцій; [k] - матриця коефіцієнтів твердості всієї системи; {q} - вектор вузлових переміщень КЕ.

Умова рівноваги вузла:

де {Rs}r* й (-{Rs}) - вектори-стовпці реакцій вузла S елемента r внаслідок переміщень його вузлів і дії зовнішніх сил.

Коефіцієнти твердості отримано з виразу:

Переміщення вузлів в ув'язуванні з лінійно незалежними постійними коефіцієнтами апроксимуючих функцій мають вигляд:

де qi - ступені свободи КЕ, fi - координатні функції, які є змінними коефіцієнтами при ступенях свободи.

Вектор напружень виражається через вектор апроксимуючих функцій:

де [E] - матриця пружності, [D] - матриця диференціювання; {u(x,y)} - вектор функцій, що складається із двох компонентів u(x,y) і v(x,y).

На підставі результатів дослідження процесів руйнування робочої маси й кладки визначені технічні можливості коксових агрегатів. Результати отримані шляхом числового розв'язання математичних моделей і даних експериментальних досліджень.

У широкому діапазоні досліджено конструктивні й режимні параметри агрегату: склад і вологість шихти, режими нагрівання, геометричні розміри й продуктивність агрегату, довжини зон завантаження й підпору, ширина камери пресування, періодичність проштовхувань, матеріал робочих поверхонь агрегату та ін. У підсумку визначали зусилля на пресі-штовхальнику, надійність реалізації процесу в камері коксування й коефіцієнти запасу міцності блоків робочої маси. Установлено закономірності зміни міцносно-деформаційних і трібомеханічних характеристик вуглекоксового пирога, залежності параметрів процесу завантаження-вивантаження, імовірності відмови при зміні періоду часу між проштовхуваннями блоків і геометричних розмірів агрегату.

Показано, що за довжини зони пресування 0,6 м істотно зростає нерівномірність щільності й міцності завантаження по довжині блоків. За довжини зони підпору менш 0,25 м зростає небезпека руйнування блоків, через їх недостатню міцність.

Визначено параметри конструкції та режиму роботи коксових агрегатів, використано при розробці робочого проекту експериментальної батареї нахилених блочних агрегатів. Показано, що доцільно використовувати шамотний бетон у головочній частини простінків і застосувати компенсацію термічних напружень у небезпечних зонах на поверхні блоків.

Найбільші абсолютні циклічні переміщення ізолінії критичних напружень спостерігаються в зоні, що безпосередньо прилягає до дверей коксової печі. Дані числових досліджень дозволили обгрунтувати розробку нових технічних рішень конструкції крупноблочної кладки пічних агрегатів.

У шостому розділі наведено прикладні рішення, дані впровадження результатів роботи й викладено перспективні можливості використання розробок, заснованих на отриманих результатах.

Продовження ресурсу - це загальна проблема для батарей з різних вогнетривких матеріалів, особливо у зв'язку зі старінням пічного фонду коксохімічних підприємств. Статистичний аналіз процесів руйнування-відновлення кладки дозволив запропонувати прогноз її ресурсу ф??за критеріями критичного стану: тріщинуватості Tк, загального рівня руйнування Rк й інтенсивності тріщиноутворення щк, що має загальний вигляд:

де Tн, Rн - початкові узагальнені параметри тріщинуватості й руйнування кладки після сушіння й розігріву; щн - параметр інтенсивності утворення тріщин в умовах нормальної експлуатації батареї; v(T), v(R), v(щ) - середні швидкості зміни параметрів T, R й щ у процесі експлуатації батареї до граничного стану.

Розрахунок ресурсу ф(T) можна застосовувати для різних зон кладки простінків і для батареї в цілому, а ф(R) і ф(щ) - для крупноблочної кладки батареї в цілому.

В умовах експлуатації крупноблочної кладки коксових батарей ф(T) для зони 1-2 опалювальних каналів - 22-28 років, для батареї в цілому - більше 50 років. Це свідчить про цілком прийнятну довговічність, яку можна істотно підвищити шляхом удосконалення конструкції зони 1-2 опалювальних каналів, поліпшення умов її роботи, підвищення ремонтопридатності й своєчасного проведення ремонтно-профілактичних робіт.

За результатами досліджень визначено оптимальні графіки ремонтно-профілактичних робіт, зокрема для крупноблочних коксових батарей, залежно від їхнього фактичного терміну служби з попереджувальною корекцією по періодичності робіт. Плановані періодичності підмазок і торкретувань для будь-якого моменту життєвого циклу батареї і будь-якої зони кладки:

де k - коефіцієнт попередження, що визначає співвідношення планово-профілактичних і позапланових ремонтних робіт; M(фт,п) і S(фт,п) - математичне сподівання й середньоквадратичне відхилення періодичності торкретувань і підмазувань.

Нова тактика планування ремонтних робіт (замість традиційних ремонтно-відновлювальних робіт за станом кладки) заснована на заданому попередженні по строках робіт з урахуванням відмінності процесу руйнування кладки з машинної й коксової сторони й у серединних зонах камер. Це сприяє підвищенню якості ремонтів, економії часу на підготовчі роботи при зниженні загальних працевитрат, кращому використанню можливостей ремонтної служби, зниженню швидкості руйнування кладки й, у підсумку, підвищенню ресурсу коксових батарей.

На підставі дослідження просування вуглекоксового пирога в камері коксування запропонована конструкція печі (патент України № 12606), що забезпечує осьове центрування пирога за рахунок поперечної складової сили опору при зниженні адгезійної взаємодії робочої маси з подом печі.

Виходячи із закономірностей зміни тиску на пресі-штовхальнику Po у момент проштовхування й максимального тиску на стінки, визначено параметри й запропонована конструкція камери пресування (патент України № 13893), що забезпечує жорсткість системи з декількох камер пресування.

Для підвищення надійності підсистеми "коксова піч - двері коксової печі - дверезнімний пристрій" розроблено рішення, що змінюють характер силової взаємодії її елементів (а.с. 1174458 й 1447833) шляхом "замикання" зусиль по найкоротшому контуру.

Двері великоємкої коксової печі у традиційному виконанні мають низьку ремонтопридатність і недостатню герметичність, що веде до тривалих простоїв, значних матеріальних й екологічних втрат. Двері коксової печі (а.с. 1202253 й 1464459) знижують навантаження на елементи завдяки конструкції затвора двері коксової печі (а.с. 1286609).

Нестабільність щільнісних характеристик завантаження вугільної шихти створює передумови нерівномірної щільності та міцності коксового пирога, що підвищує ймовірність його обвалів і самозаклинювання. Існуючі планірні пристрої не вирішують проблему підвищення рівномірності й щільності завантаження і їх надійність низька через руйнування планеру. Підвищення щільності вугільного завантаження та надійності планірного пристрою забезпечують рішення конструкції планіра (а.с. 1237697 й 1682378).

Нове технічне рішення з компенсації нерівномірності накладення тиску штанги, що виштовхує, на коксовий пиріг (а.с. 1511268) ураховує підвищення імовірності обвалення голівки коксового пирога й опір виштовхуванню. Характерною причиною відмов коксонаправляючої і механізму пересування є неточна установка коксонаправляючої щодо камери коксування і її відхід під час виштовхування коксу. Із цим пов'язана підвищена небезпека заклинювання пирога. Ліквідація причин таких відмов досягається в конструкції кріпленням коксонаправляючої за раму печі (а.с. 1528783).

Міцність і довговічність кладки істотно підвищує зменшення її багатошовності. Запропоновані крупноблочні коксові батареї з вогнетривкого бетону (а.с. 744021), спосіб їх зміцнення (а.с. 925041) і технологія ремонту (а.с. 1481227) дають можливість. Підвищення ресурсу й поліпшення ремонтопридатності крупноблочної кладки застосуванням змінних термостійких блоків і їх захистом (а.с. 1726492), а також компенсацією термічних тріщин (патент України 1806163).

Створено й апробовано на Авдіївському КХЗ систему забезпечення надійності коксового виробництва, що включає контроль технічного стану обладнання й прогнозування зміни параметрів надійності обладнання та планування ТОіР.

Методика визначення ФМХ робочих мас використана рядом організацій (ДонНТУ, МГУИЭ, ВУХИНом, ВНИИМетмашем, НВО “Респіратор) під час комплексних досліджень сипких і зв'язаних матеріалів.

На Стаханівському КХЗ багаторічною експлуатацією було доведено переваги крупноблочної бетонної кладки при спорудженні та експлуатації крупноблочних коксових батарей: поліпшено умови й змінено характер праці при спорудженні, досягнута економія енергоресурсів, зменшені викиди в навколишнє середовище. Продуктивність блочних батарей у порівнянні із традиційними батареями із шамотних виробів підвищилася на 33 %, досягнуто зростання продуктивності, поліпшені показники якості ливарного коксу: вихід класу 60 мм і більше виріс на 18,64 %, якість коксу по показнику "механічна міцність" підвищена з 82,3 до 86,6 %. Нова технологія дозволила скоротити працевтрати і тривалість монтажу кладки (в 8-10 разів) за рахунок застосування індустріальних методів виготовлення блоків і спорудження батарей. Обґрунтовано концепцію створення ефективних агрегатів для переробки вуглецевих спікливих матеріалів. У цьому напрямку створено конструкції нахилених коксових печей із крупнорозмірних вогнетривких блоків і пресуючо-проштовхувальних пристроїв (а.с. 1111483, 1128583, 1455716).

ВИСНОВКИ

Головний результат дисертації - розвиток наукових основ забезпечення необхідного рівня надійності роботи машин, агрегатів й обладнання комплексу переробки твердих спікливих вуглецевих матеріалів у камерних печах, що необхідно для визначення раціональних технічних і технологічних рішень та обгрунтування параметрів обладнання і режимів його роботи. Найбільш важливі наукові й практичні результати роботи, які отримано в дисертації, полягають у такому:

У результаті аналізу сучасного стану й тенденцій розвитку коксового виробництва встановлена необхідність розробки й створення ефективних і більш надійних коксових машин й агрегатів періодичної й безперервної дії. Показано актуальність пошуку шляхів і можливостей у вирішенні проблеми забезпечення потрібного рівня експлуатаційної надійності всього комплексу на основі системного підходу з урахуванням конструктивних, технологічних й експлуатаційних факторів і ТОіР. Установлено, що основною умовою є управління робочих мас, яке засноване на знанні закономірностей зміни фізико-механічних характеристик цих мас у технологічному процесі.

Вперше розроблено основні наукові засади і сформульовано теоретичні уявлення надійності функціонування обладнання з переробки твердих вуглецевих матеріалів у камерних печах на основі системного підходу, що виражається в структурно-логічному поданні процесу функціонування виробничого комплексу як макросистеми, що включає підсистеми та елементи різної природи під впливом змінних у часі технічних, фізичних та структурних факторів з урахуванням стадії переробки, складу сировини, умов експлуатації обладнання та людського фактору.

Установлено закономірності зміни параметрів надійності коксових машин і агрегатів у залежності від режимів процесу, одиничної потужності коксових печей і агрегатів, терміну служби різних категорій коксового обладнання, рівня технічного обслуговування та ремонтів, врахованого коефіцієнтом готовності коксових машин і часом міжремонтного періоду. Показано, що збільшення ємкості печей у 2-2,5 рази призводить до випереджального 25 - 50 - разового зростання часу простоїв і скорочення в 2...8 разів наробітку комплексу на відмову. При цьому змінюється й співвідношення втрат виробництва через відмови різних категорій обладнання. Найбільшою мірою зростає інтенсивність відмов печей і вагомість їх наслідків. Ресурс батарей з печами ємністю 30 й 41,6 м3 менше відповідно в 2,5 й 3,2 рази, чим батарей з печами ємністю 15,5 й 23,5 м3.

Розроблено математичну модель процесу тріщиноутворення в кладці коксових печей, що враховує температурний стан, фізико-механічні характеристики матеріалу й геометричні параметри коксових печей, а саме: узагальнені параметри тріщинуватості й руйнування кладки після сушіння й розігріву, параметр інтенсивності утворення тріщин в умовах нормальної експлуатації батареї, середні швидкості зміни параметрів у процесі експлуатації батареї до граничного стану, залежності інтенсивності тріщиноутворення, міцності матеріалу від тривалості експлуатації й розташування елементів кладки в межах робочого обсягу пічної камери. Модель дозволяє одержати розподіл температури в робочій масі й елементах конструкції печей, оцінити їх напружений стан і обґрунтувати конструктивні рішення по забезпеченню збільшення ресурсу кладки.

Встановлено закономірності процесу руйнування-відновлення кладки, визначено шляхи й методи підвищення її довговічності на основі математичної моделі тріщиноутворення. Встановлено що ресурс крупноблочної кладки перевищує ресурс кладки з дрібноштучних вогнетривів при однакових умовах експлуатації більш ніж в 2,2-4 разів.

Отримали подальший розвиток засоби і способи вивчення експериментальних залежностей комплексу фізико-механічних характеристик робочої маси, а саме, границі міцності на розрив і стискання, початкового опору зсуву, коефіцієнтів внутрішнього і зовнішнього тертя робочих мас з різними конструційними матеріалами, модуля деформації, коефіцієнта Пуассона від складу, температури й тиску ущільнення вихідної сировини в діапазоні температур всього процесу термічної переробки від сирої вуглецевої маси до коксу, що дозволяє прогнозувати механічну взаємодію робочої маси з робочою поверхнею коксових агрегатів.

Отримано кореляційні залежності показників міцності коксу й показників границі міцності на розрив матеріалу нелеткого залишку робочої маси, що дозволяє прогнозувати міцносні характеристики коксу й робочої маси на різних стадіях термічної переробки. Встановлено загальну закономірність зменшення значень міцносних характеристик спікливої вуглецевої робочої маси в часовому інтервалі ступеня готовності коксу И = 0,15-0,45, їх швидке зростання до максимальних значень при = 0,4-0,6, а при = 0,7-0,9 їх значення знову поступово зменшуються.

Для коксових агрегатів з попереднім пресуванням робочої маси розроблена математична модель її напружено-деформованого стану, що враховує зміни комплексу характеристик робочої маси й силової взаємодії її з робочими поверхнями агрегату на різних стадіях процесу; модель дозволяє оцінювати температурний і механічний стан системи «агрегат-робоча маса» та імовірність відмов агрегату, що пов'язано зі структурно-механічним станом робочої маси, і розроблено узагальнені математичні моделі надійності перспективних виробничих комплексів переробки твердих вуглецевих спікливих матеріалів у камерних печах, а саме, у печах безперервної дії, при попередньому пресуванні завантаження й частковому брикетуванні вуглецевої маси, що дозволяють досліджувати й порівнювати можливості забезпечення потрібного рівня надійності даних виробництв і аналізувати технічні можливості таких виробництв.

Сформульовано конструктивні принципи й розроблено алгоритм розрахунку агрегатів безперервної дії для термічної переробки попередньо спресованих вуглецевих матеріалів, які включають суміші твердих промпобутвідходів з оцінкою їх працездатності при різних режимах перебігу процесу й властивостях вихідної сировини, а саме визначено співвідношення довжини зон пресування, підпору і нагрівання робочої маси в залежності від потреб технологічного процесу і конструкції агрегату.

Розроблено методику розрахунку надійності коксових агрегатів і машин, систему збору, накопичення, кодування, комп'ютерної обробки й аналізу даних, що дозволяє виявляти найбільш відмовонебезпечні елементи комплексу й визначати раціональні шляхи та способи їхнього усунення.

Основні наукові результати роботи пройшли перевірку на практиці в процесі промислової експлуатації обладнання традиційного коксового виробництва, крупноблочних коксових батарей, ряду нових конструкцій механізмів та пристроїв коксових машин і під час експлуатації експериментальних установок. Адекватність математичних моделей доведена практичними даними експлуатації.

На основі комплексу здійснених досліджень розроблено ряд нових конструктивних, технічних і технологічних рішень та рекомендацій, що дозволило в результаті їх впровадження на промислових підприємствах забезпечити одержання значного економічного, екологічного й соціального ефекту. При впровадженні результатів роботи, включаючи 11 патентів і авторських свідоцтв на винаходи, отриманий значний економічний ефект. Показано перспективи використання результатів роботи при створенні агрегатів для переробки різних вуглецевих мас, включаючи суміші твердих відходів побутового й промислового походження з отриманням соціального і екологічного ефекту.



СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Парфенюк А.С. О механическом состоянии спекающейся углеродистой массы в камерных печах / А.С. Парфенюк, И.В. Кутняшенко // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Хімія і хімічна технологія, 2009. - Випуск 13(152). - C. 135-139. Внесок здобувача: ідея і постановка задачі дослідження впливу механічного стану робочої маси на режимні параметри роботи пічних агрегатів, обґрунтування напрямів її розв'язання і методів підготовки сировини до переробки.

2. Парфенюк А.С. Об изменении герметичности выбросоопасных узлов тепловых агрегатов / А.С. Парфенюк, О.Е. Алексеева, П.В. Третьяков // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: «Машинобудування і матеріалознавство». Випуск 6 (154). - Донецьк: ДонНТУ, 2009. - С. 160-165. Внесок здобувача: ідея участь у розробці методики досліджень.

3. Парфенюк А.С. Анализ повреждений элементов конструкций коксовых батарей в зависимости от технологических условий эксплуатации / А.С. Парфенюк // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Хімія і хімічна технологія. Випуск 137(11) - Донецьк: ДонНТУ, 2008. - С. 164-170.

4. Парфенюк А.С. Анализ эксплуатационной надёжности коксовых машин с учётом ошибок оператора / А.С. Парфенюк, Е.Д. Костина, В.И. Костин, А.А. Булатов // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: «Машинобудування і матеріалознавство». Випуск 5 (139). - Донецьк: ДонНТУ, 2008. -С. 160-165. Внесок здобувача: розробка математичної моделі і аналіз отриманих результатів.

5. Парфенюк А.С. Анализ структуры и прочностно-деформационных характеристик углекоксовой массы в процессе слоевого нагревания / А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, А.А. Топоров, И.В. Кутняшенко // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Хімія і хімічна технологія. Випуск 137(11) - Донецьк: ДонНТУ, 2008. - С. 170-177. Внесок здобувача: постановка задачі дослідження, обґрунтування напрямків її розв'язання, аналіз результатів.

6. Парфенюк А.С. Пути модернизации выбросоопасных узлов тепловых агрегатов / А.С. Парфенюк, О.Е. Алексеева, П.В. Третьяков // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Хімія і хімічна технологія. Випуск 137(11) - Донецьк: ДонНТУ, 2008. - С. 178-182. Внесок здобувача: формулювання проблеми, постановка задачі дослідження, вказані напрямки її розв'язання.

7. Парфенюк А. С. Новый подход к обоснованию выбора рационального способа повышения ресурса уплотнительных устройств тепловых агрегатов / А.С. Парфенюк, О.Е. Алексеева, П.В. Третьяков // Защита металлургических машин от поломок. - Мариуполь, 2008. - Вып. 10. - С. 256-258. Внесок здобувача: запропоновано удосконалення кінематичної схеми, що знижує навантаження на конструкцію.

8. Парфенюк А.С. О разрушении кладки коксовых батарей из крупных огнеупорных бетонных блоков и традиционных динасовых огнеупоров / А.С. Парфенюк, П.В. Третьяков, Е.Д. Костина // Кокс и химия. - 2004. - № 8. - С. 14-19. Внесок здобувача: формулювання проблеми, постановка задачі дослідження, вказані напрямки її розв'язання, ідея порівняння експлуатаційної надійності різних типів вогнетривів.

9. Парфенюк А.С. Об экологической эффективности камерных печей для переработки углеродистых масс и отходов / А.С. Парфенюк, П.В. Третьяков // Проблеми екології - Донецьк, 2004. - № 1-2. - С. 87-90. Внесок здобувача: обґрунтування методів підготовки сировини до переробки, ідея використання печей.

10. Парфенюк А.С. Термолизно-энергетическая рекуперация отходов: состояние разработок и перспективы / А.С. Парфенюк, А.А. Топоров, И.В. Кутняшенко // Наукові праці ДонНТУ. Серія: Хімія і хімічна технологія. Випуск 77. - Донецьк: ТОВ «Лебідь», 2004. - С.57-65. Внесок здобувача: обґрунтування методів підготовки сировини до переробки, узагальнення наукових результатів.

11. Парфенюк А.С. Продление ресурса агрегатов путем предотвращения развития трещин в элементах конструкций / А.С. Парфенюк, П.В. Третьяков, Е.Д. Костина // Захист металургійних машин від поломок: Зб. наук. пр. - Маріуполь, 2003. - Вип. 7. - С. 110-113. Внесок здобувача: участь у розробці методики досліджень.

12. Парфенюк А.С. Альтернативное решение проблемы твердых отходов в Украине / А.С. Парфенюк, С.И. Антонюк, А.А. Топоров // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2002. - № 4. - С. 36-41. Внесок здобувача: формулювання проблеми, постановка задачі дослідження, вказані напрямки її розв'язання, ідея переробки попередньо підготовленої суміші відходів методом термолізної рекуперації.

13. Парфенюк А.С. Диоксины: проблема техногенной безопасности технологий термической переработки углеродистых отходов / А.С. Парфенюк, С.И. Антонюк, А.А. Топоров // Экотехнологии и ресурсосбережение. - № 6. - 2002. - С. 40-44. Внесок здобувача: постановка задачі дослідження, обґрунтування напрямків її розв'язання.

14. Парфенюк А.С. Получение твердого топлива из смесей углеродистых промышленных и бытовых отходов / А.С. Парфенюк, С.И. Антонюк // Кокс и химия. - 2001. - № 5. - С. 44-47. Внесок здобувача: формулювання проблеми, постановка задачі дослідження, вказані напрямки її розв'язання, ідея компаундування сумішей відходів для підготовки її до термічної переробки та розробка підходів що до визначення параметрів машин для бароформінгу.

15. Парфенюк А.С. Определение режима подготовки компаунд-смесей углеродистых промбытотходов к термолизу / А.С. Парфенюк, С.И. Антонюк // Сб. научн. тр. ДонНТУ. Серия: Химия и химическая технология. Выпуск 14. . - Донецк, 2001. - С. 82-86. Внесок здобувача: обґрунтування методів підготовки сировини до переробки, ідея компаундування.

16. Парфенюк А.С. Новый агрегат для переработки твердых отходов / А.С. Парфенюк // Кокс и химия. - 1999. - № 2. - С. 35-37.

17. Парфенюк А.С. Проблема создания промышленных агрегатов для утилизации твердых углеродистых отходов. Возможности ее решения / А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, И.В. Кутняшенко [и др.] // Кокс и химия. - 1999. - № 3. - С. 40-44. Внесок здобувача: обґрунтування методів підготовки сировини до переробки.

18. Parfenyuk A.S. A Probabilistic Approach to Prediction of the Mechanical Behavior of Solid and Bulk Materials in Technological Processes / A.S. Parfenyuk // Coke and Chemistry (Koks i Khimiya). - 1998. - № 7. - Р. 29-34.

19. Парфенюк А.С. О взаимодействии спекающихся углеродистых материалов с нагретыми поверхностями агрегатов / А.С. Парфенюк // Кокс и химия. - 1998. - № 5. - С. 33-36.

20. Парфенюк А.С. Возможности продления ресурса крупногабаритных конструкций коксовых батарей из огнеупорного бетона / А.С. Парфенюк // Огнеупоры и техническая керамика. - 1998. - № 12. - С. 32-35.

21. Парфенюк А.С. О повышении эксплуатационной надежности конструктивных элементов головочной зоны простенков коксовых печей / А.С. Парфенюк // Кокс и химия. - 1998. - № 7. - С. 21-24.

22. Parfenyuk A.S. Principles of Designing a Reliable Pressing - Purshing Device for Coke Machines / A.S. Parfenyuk // Coke and Chemistry (Koks and Khimiya). - 1998. - №7. - Р.56-61.

23. Parfenyuk A.S. Estimation of Resources for Large - Scale Processing of Solid Carbonaceous Wastes in the Donetsk Region / A.S. Parfenyuk, A.G. Melnichenko, A.A. Toporov // Coke and Chemistry (Koks and Khimiya). - 1998. - № 6. - Р. 68-71. Внесок здобувача: формулювання проблеми, постановка задачі дослідження, вказані напрямки її розв'язання, визначення та обґрунтування ефективної технології переробки відходів у печах камерного типу в умовах Донецького регіону.

24. Парфенюк А.С. О ремонте кладки крупноблочной коксовой батареи / А.С. Парфенюк, Е.Д. Костина, А.П. Комбаров [и др.] // Кокс и химия. - 1998. - № 4. - С. 11-14. Внесок здобувача: участь у розробці методики досліджень усіх авторів однакова.

25. Парфенюк А.С. Анализ надежности элементов головочной зоны коксовой печи / А.С. Парфенюк, О.Е. Алексеева, В.С. Карпов, П.А. Захаров // Кокс и химия. - 1998. - № 6. - С. 16-19. Внесок здобувача: формулювання проблеми, постановка задачі дослідження, вказані напрямки її розв'язання, ідея створення нових герметизуючих пристроїв дверей камер коксування.

26. Парфенюк А.С. Снижение трещинообразования в огнеупорных конструкциях тепловых агрегатов / А.С. Парфенюк, Е.Д. Костина, О.Е. Алексеева // Огнеупоры и техническая керамика.-1997.-№ 3. - С.35-37. Внесок здобувача: наукове керівництво дослідженням і розробкою конструкції.

27. Parfenyuk A.S. Tribomechanical Aspects of the Movement of Coal - Blend Materials on the Heated Surface / A.S. Parfenyuk, I.V. Kutnyashenko, A.A. Toporov // Coke and Chemistry (Koks i Khimiya). - 1996. - №7.-Р.29-34. Внесок здобувача: формулювання проблеми, постановка задачі дослідження, вказані напрямки її розв'язання.

28. Парфенюк А.С. Учет трибомеханики при разработке агрегатов для пиролиза твердых углеродистых материалов в движущемся слое / А.С. Парфенюк, И.В. Кутняшенко, А.А. Топоров // Кокс и химия. - 1996. - №12. - С.23-25. Внесок здобувача: обґрунтування методів підготовки сировини до переробки.

29. Parfenyuk A.S. Distributions of Temperatures in the Charge Stamping Zone of the Coking Installation / A.S. Parfenyuk, A.A. Toporov, I.V. Kutnyashenko [еt al.] // Coke and Chemistry (Koks i Khimiya). - 1996. - № 4. - Р. 41-46. Внесок здобувача: формулювання проблеми, постановка задачі дослідження, вказані напрямки її розв'язання.

30. Ткаченко В.Н. Математическая модель теплообмена в зоне прессования агрегатов для коксования углей / В.Н. Ткаченко, Н.А. Бритов, А.С. Парфенюк [и др.] // Кокс и химия. - 1994. - № 2. - С. 19-21. Внесок здобувача: розробка математичної моделі і аналіз отриманих результатів, ідея використання результатів розрахунку температурних полів елементів конструкції зони пресування та головочної зони теплових агрегатів для оцінки їх напружено - деформованого стану.

31. Парфенюк А.С. Причины и закономерности возникновения дефектов блочной кладки коксовых батарей / А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, Е.Д. Котова [и др.] // Кокс и химия. - 1993. - № 4. - С. 19-22. Внесок здобувача: наукове керівництво дослідженням і розробкою конструкції.

32. Парфенюк А.С. Пути повышения долговечности блочной бетонной кладки коксовых батарей / А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, М.П. Зборщик [и др.] // Огнеупоры. - 1992. - № 4. - С. 24-26. Внесок здобувача: наукове керівництво дослідженням і розробкою конструкції.

33. Парфенюк А.С. Физические факторы надежности эксплуатации кладки коксовых печей из крупноразмерных огнеупорных блоков / А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, Е.Д. Котова [и др.] // Кокс и химия. - 1992. - № 11. - С. 18-20. Внесок здобувача: формулювання проблеми, постановка задачі дослідження, вказані напрямки її розв'язання, ідея дослідження зміни фізико-механічних властивостей вогнетриву в процесі експлуатації та визначення впливу цього фактору на експлуатаційну надійність печей.

34. Веретельник С.П. Метод комплексных физико-механических испытаний сыпучих материалов / С.П. Веретельник, А.С. Парфенюк, В.С. Карпов // Химическое и нефтяное машиностроение. - 1992. - № 1. - С. 32. Внесок здобувача: розробка методики експериментальних досліджень і принципових конструкцій приладів.

35. Parfenyuk A.S. New rapid method for determining caking properties of coals / A.S. Parfenyuk, I.G. Dedovets, S.P. Veretel'nik [еt al.] // Coke - Chemistry (Koks and Khimiya). - 1991. - № 5. - Р. 19-24. Внесок здобувача: постановка задачі дослідження, обґрунтування напрямків її розв'язання, участь у розробці приладів та методики експрес аналізу властивостей вугілля для коксування.

36. Парфенюк А.С. Оценка влияния механизмов коксовых машин на надежность производства / А.С. Парфенюк, А.А. Булатов, Н.А. Хромов, С.П. Веретельник // Кокс и химия. - 1990. - № 2. - С. 28-32. Внесок здобувача: визначення найбільш вагомих відмово нестійких елементах конструкцій коксових машин, наукове керівництво дослідженням і розробкою конструкції.

37. Парфенюк А.С. Анализ надежности оборудования установки частичного брикетирования шихты / А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, А.А. Булатов, О.Н Садовая // Кокс и химия. - 1990. - № 12. - С. 26-29. Внесок здобувача: постановка задачі дослідження, обґрунтування напрямків її розв'язання.

38. Парфенюк А.С. Исследование физико-механических характеристик углешихтовых смесей с лигносульфонатом / А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, П.Я. Нефедов, П.И. Шашмурин // Кокс и химия. - 1989.- № 8.- С. 8-10. Внесок здобувача: обґрунтування методів підготовки сировини до переробки.

39. Парфенюк А.С. Статистический анализ эксплуатационной надежности коксовых машин / А.С. Парфенюк, А.А. Булатов, Н.А. Хромов, С.П. Веретельник // Кокс и химия. - 1989.- № 11.- С. 40-43. Внесок здобувача: розробка математичної моделі і аналіз отриманих результатів.

40. Власов Г.А. Внедрение системы управления техническим обслуживанием и ремонтом коксовых машин на основе показателей надежности // Г.А. Власов, А.С. Парфенюк, В.В. Ильинков, Е.П. Романенко // Кокс и химия .- 1986. - № 6. - С. 20-23. Внесок здобувача: постановка задачі дослідження, обґрунтування напрямків її розв'язання.

41. Парфенюк А.С. Сдвиговые и компрессионные испытания угольной шихты со связующими для частичного брикетирования / А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, В.Н. Агеев, Е.М. Литвин // Кокс и химия. - 1986. - № 7. - С. 18-22. Внесок здобувача: обґрунтування методів підготовки сировини до переробки.

42. Пат. 54132 України, МПК 6 С 10 В 25/16. Пристрій ущільнення дверей коксових печей / О.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, Г.О. Власов, О.Є. Алексєєва (Україна); заявник та патентовласник Донецький державний технічний університет. - № 2002054175; заявл. 22.05.02; опубл. 17.02.2003. Бюл. № 12. Внесок здобувача: запропоновано удосконалення кінематичної схеми, що знижує навантаження на конструкцію.

43. Пат. 52037 України, МПК 6 С 10 В 25/16. Пристрій ущільнення дверей коксових печей / О.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, Г.О. Власов, О.Є. Алексєєва (Україна); заявник та патентовласник Донецький державний технічний університет. - № 2002010473; заявл. 18.01.02 ; опубл. 16.12.2002; Бюл. № 12. Внесок здобувача: участь у створенні приладу.

44. Пат. 12606 А Україна. МКВ4 5 С10В 29/00. Батарея коксових печей / О.С. Парфенюк, І.В. Кутняшенко, М.П. Зборщик, С.П. Веретельник, Л.І. Трубніков, О.П. Комбаров, А.Д. Лукашенко, М.С. Котенко; замовник та патентовласник Донецький державний технічний університет, Стахановський коксохімічний завод. - № 94097048 ; заявл. 26.09.94 ; опубл. 28.02.97, Бюл. № 1. Внесок здобувача: аналіз техніки і технології переробки вуглецевих матеріалів і обгрунтовано напрямки досліджень.

45. Пат. 13893 А України. МКВ4 5 С10В 31/00. Завантажувальний пристрій печі безперервного коксування / О.С. Парфенюк, А.А. Топоров, С.П. Веретельник, І.В. Кутняшенко, В.В. Поролов, О.Г. Колесніков; замовник та патентовласник Донецький державний технічний університет. - № 94096939; заявл. 13.09.94 ; опубл. 25.04.97, Бюл. № 2. Внесок здобувача: розробка конструкції приладу.

46. Пат. 1806163 СССР. МКИ4 С10В 29/00. Отопительный простенок камеры коксования / А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, М.П. Зборщик, А.И. Сибилев, Л.И. Трубников, А.Х. Дорофеев, П.И. Борт, Н.С. Котенко, Е.Д. Котова; заявитель и патентообладатель Донецкий политехнический институт. - № 4931946/04; заявл. 29.04.91; опубл. 30.03.93; Бюл. № 12. Внесок здобувача: розробка конструкції простінку.

47. А.с. 1738824 CCCР, МКИ4 С10В 7/00. Коксовая печь / А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, О.Н. Семенова, В.Г. Комолов, С.Н. Жажин (СССР) - № 4857192/26 : заявл. 06.08.90 ; опубл. 07.06.92, Бюл. № 21. Внесок здобувача: виявлено основні конструктивні недоліки існуючого приладу і запропоновано принципові рішення по удосконаленню конструкції.

48. А.с. 1723095 СССР. МКИ4 С10В 29/00. Батарея горизонтальных коксовых печей / А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, М.П. Зборщик, А.И. Сибилев, Е.Д. Котова, Л.И. Трубников, А.Х. Дорофеев, П.И. Борт, Н.С. Котенко, В.Н. Терещенко, Н.Г. Апаликов. - № 4849265/26 : заявл. 26.07.90 ; опубл. 30.03.92 ; Бюл. № 12. Внесок здобувача: обґрунтування методів підготовки сировини до переробки.

49. Parfenjuk А. Thermolysisch-energetische Verwertung von festen kohlenstoffhaltigen Industrie - und Haushalt-Abfallen / А. Parfenjuk, S. Antonjuk // ХХХIV. Kraftwerkstechnisches Kolloquium, 24-25 Sept. 2002. - Dresden, 2002. - S.106-109. Внесок здобувача: обґрунтування методів підготовки сировини до переробки.

50. Parfenjuk A. Erfahrung Deutschland und die Mцglichkeiten im Donbass-Becken fьr die Lцsung des Abfallproblemes / А. Parfenjuk, S. Antonjuk, S. Palis // Инженерная защита окружающей среды: сб. докладов междунар. конф. - М.: МГУИЭ. - 2002. - С. 154-158. Внесок здобувача: формулювання проблеми, постановка задачі дослідження, ідея компаундування сумішей відходів та визначення режимних параметрів бароформінгу.



АНОТАЦІЯ

Парфенюк О.С. Розвиток наукових основ надійності машин та агрегатів для переробки твердих вуглецевих матеріалів у камерних печах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.13 - Машини та апараті хімічних виробництв. - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”. Київ, 2010.

Дисертація присвячена розвитку наукових основ забезпечення надійності роботи машин, агрегатів та обладнання комплексу переробки твердих спікливих вуглецевих матеріалів у камерних печах.

Розроблено основні наукові положення моделювання надійності функціонування обладнання виробничого комплексу по переробці твердих вуглецевих матеріалів у камерних печах на основі системного підходу, що виражається в структурно-логічному представленні процесу функціонування комплексу як макросистеми, що включає підсистеми та елементи. Розроблено узагальнені математичні моделі надійності перспективних виробничих комплексів переробки твердих вуглецевих спікливих матеріалів у камерних печах. Установлено закономірності зміни параметрів надійності. Отримано експериментальні залежності комплексу фізико-механічних характеристик робочої маси. Розроблено математичні моделі утворення тріщин у кладці коксових печей, напружено-деформованого стану робочої маси. Сформульовано конструктивні принципи та розроблено алгоритм розрахунку агрегатів безперервної дії для термічної переробки попередньо спресованих вуглецевих матеріалів, включаючи суміші твердих промпобутвідходів.

Ключові слова: надійність, коксовi машини та агрегати, вуглекоксова маса, фiзико-механiчнi характеристики, напружено-деформований стан, крупноблочна кладка, математична модель.



АННОТАЦИЯ

Парфенюк А.С. Развитие научных основ надёжности машин и агрегатов для переработки твёрдых углеродистых материалов в камерных печах. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.05.13 - Машины и аппараты химических производств. - Национальный технический университет Украины “Київський політехнічний інститут”. Киев, 2010.

Диссертация посвящена развитию научных основ обеспечения надежности работы машин, агрегатов и оборудования комплекса переработки твердых спекающихся углеродистых материалов в камерных печах.

Показана актуальность поиска путей и возможностей в решении проблемы обеспечения требуемого уровня надежности комплекса традиционного коксового производства на основе системного подхода и необходимость развития физико-технических основ надежности переработки спекающихся углеродистых материалов в печных агрегатах камерного типа с учетом конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов. Установлено, что основополагающим условием обеспечения надежности всего комплекса является управление поведением рабочих масс, основанное на знании закономерностей изменения физико-механических характеристик этих масс в технологическом процессе.

Разработаны основные научные положения моделирования надежности функционирования оборудования производственного комплекса по переработке твердых углеродистых материалов в камерных печах на основе системного подхода, который выражается в структурно-логическом представлении процесса функционирования комплекса как макросистемы, включающей подсистемы и элементы. Разработана обобщенная математическая модель эксплуатационной надежности комплекса машин, агрегатов и оборудования традиционного коксового производства, как единой макросистемы, основанная на её системном структурно-логическом представлении, позволяющая прогнозировать параметры надежности макросистемы производственного комплекса с учетом характеристик потока отказов подсистем и элементов, влияния прочностно-деформационного состояния рабочей массы в коксовых агрегатах и человеческого фактора в процессе выполнения операций по управлению коксовыми машинами.

Разработаны обобщенные математические модели єксплуатационной надежности перспективных производственных комплексов переработки твердых углеродистых спекающихся материалов в камерных печах, а именно, в печах непрерывного действия, при предварительном прессовании загрузки и частичном брикетировании угольной шихты, что позволяет исследовать и сопоставлять возможности обеспечения требуемого уровня надежности данных производств.

Разработаны методика расчета надежности коксовых агрегатов и машин; система сбора, накопления, кодирования, компьютерной обработки и анализа данных, позволяющая выявлять наиболее отказоопасные элементы комплекса и определять оптимальные пути и способы их устранения.

На основе разработанной математической модели трещинообразования в кладке коксовых печей, учитывающей температурное состояние, физико-механические характеристики материала и геометрические параметры коксовых печей, дан прогноз ресурса и экспериментально подтверждена более высокая эксплуатационная надежность крупноблочной бетонной кладки коксовых печей по сравнению с кладкой из мелкоштучного огнеупора, обоснованы основные принципы конструирования более надежной и долговечной крупноблочной кладки и критерии ее технического состояния, установлены закономерности процесса разрушения-восстановления кладки, определены пути и методы повышения ее долговечности. Статистически установлены зависимости интенсивности трещинообразования, прочности материала от продолжительности эксплуатации и расположения элементов кладки в пределах рабочего объема печной камеры.

Для коксовых агрегатов с предварительным прессованием рабочей массы разработана математическая модель её напряженно-деформированного состояния, учитывающая изменения комплекса характеристик рабочей массы и силового взаимодействия ее с рабочими поверхностями агрегата на разных стадиях процесса; модель позволяет оценивать температурное и механическое состояние системы «агрегат-рабочая масса» и вероятность отказа агрегата. Сформулированы конструктивные принципы и разработан алгоритм расчета агрегатов непрерывного действия для термической переработки предварительно спрессованных углеродистых материалов, включая смеси твердых промбытотходов с оценкой их работоспособности при разных режимах процесса и свойствах исходного сырья.

Все основные научные результаты работы прошли проверку на практике в процессе промышленной эксплуатации оборудования традиционного коксового производства, крупноблочных коксовых батарей, ряда новых конструкций механизмов и устройств коксовых машин и при эксплуатации экспериментальных установок. На основе комплекса проведенных исследований разработан ряд новых конструкций, технических и технологических решений и рекомендаций, что позволило в результате их внедрения на промышленных предприятиях обеспечить получение значительного экономического, экологического и социального эффекта. Показаны перспективы использования результатов работы при создании агрегатов для переработки различных углеродистых масс, включая смеси твердых отходов бытового и промышленного происхождения.

Ключевые слова: надежность, коксовые машины и агрегаты, углекоксовая масса, физико-механические характеристики, напряженно-деформированное состояние, крупноблочная кладка, математическая модель.



ANNOTATION

Parfenyuk A.S. The development of the scientific bases of the reliability of machines and aggregates for processing of solid carbonaceous materials in the chamber ovens. - the manuscript.

Thesis for Doctor of sciences (engineering) degree on speciality 05.05.13 - Machines and apparatuses of chemical production. - National Technical University of Ukraine “Kiev Polytechnic Institute ”. Kiev, 2010.

The dissertation is devoted by development of scientific bases of support of the reliability of traditional and new machines and aggregates requiring reliability level.

The trend of coke aggregates and serving machines development was worked out. Influence of processing mass mechanical behavior and human factor on their reliability was taken in consideration.

Reliability and efficiency of the coke ovens large-size block masonry from refractory concrete was substantiated. Principles of its design were developed. Mathematical models were worked out and new laws of reliability change of whole coke production complex, that depends process modes, single aggregates power, their resource and technical service and repairs level were defined.

The device complex for investigation of processing mass physical and mechanical properties, new ways of technological process conduction, coke aggregates and serving machines designs securiting reliability increase were worked out. Results of industrial use of developments with actual economical effect at the coke plants were presented.

Keywords: reliability, coke aggregates and serving machines, coal-coke mass, physical and mechanical characteristics, stress strain state, large-size block mason.

Размещено на Allbest.ru

...