Розробка методів розрахунку і удосконалення обладнання систем виробництва солоду

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

УДК. 663.433.1 663.434

РОЗРОБКА МЕТОДІВ РОЗРАХУНКУ І УДОСКОНАЛЕННЯ ОБЛАДНАННЯ СИСТЕМ ВИРОБНИЦТВА СОЛОДУ

Спеціальність 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового

ступеня кандидата технічних наук

ПІДДУБНИЙ ВОЛОДИМИР АНТОНОВИЧ

Київ 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті харчових технологій.

Науковий керівник Українець Анатолій Іванович, доктор технічних наук, професор кафедри технічного обладнання харчових виробництв Національного університету харчових технологій.

Офіційні опоненти Буляндра Олексій Федорович, доктор технічних наук, професор кафедри теплотехніки Національного університету харчових технологій

Ковальчук Володимир Петрович, кандидат технічних наук, завідувач відділом Українського науково-дослідного інституту спирту і біотехнологій продовольчих продуктів Міністерства аграрної політики України

Провідна установа Інститут харчової хімії і технології Національної Академії Наук України та Міністерства аграрної політики України

Захист відбудеться “11” червня 2003 р. о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.02 у Національному університеті харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 68, аудиторія А-311.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного університету харчових технологій.

Автореферат розісланий “6” травня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Зав'ялов В.Л.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Забезпечення конкурентноспроможності продукції пивоварної галузі України на внутрішньому та зовнішньому ринках є невідкладним завданням, вирішення якого лежить на шляху підвищення якості солоду та пива з одночасним зменшенням матеріальних та енергетичних витрат. Останні на окремих ділянках у 2-3 рази перевищують світові досягнення.

Невідкладним є удосконалення обладнання для замочування і пророщування ячменю та сушіння солоду. У використовуваних технологіях існують незадіяні резерви приведення до номінальних значень параметрів води, повітря, режимів замочування, аерації та сушіння солоду з використанням рекуперації матеріальних та енергетичних потоків. Об'єктивно склалися нові запити до підходів в оцінці вказаних процесів та приведення їх у відповідність до сучасних поглядів і можливостей.

Вдосконалення вказаних процесів можливе на основі комплексного використання і удосконалення нових технологій підготовки повітря, забезпечення його оптимальних параметрів, рекуперації енергетичних потоків у поєднанні з механізацією навантажувально-розвантажувальних робіт.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота пов'язана з державною Науково-технічною програмою “Підвищення надійності і довговічності машин і конструкцій” та Програмою Кабінету Міністрів “Україна-2010” (проект 4 - “Технологічне та технічне оновлення виробництва”) від 26.02.1998 р. № 43-98рп і виконувалася у відповідності з пріоритетним напрямком робіт УДУХТ на 1996-2000 рр. “Розробка наукових основ теплообмінних процесів обладнання, законів автоматизації та комплексної механізації для харчових та переробних галузей АПК” та у зв'язку з виконанням господарчої теми № 234-Ц “Розробити конструкторську документацію на пристрій для піднімання вантажів з навантаженням до 10 кН”.

Здобувач виконав розрахункову частину системи підвіски пристрою.

Мета роботи полягає у створенні методик розрахунку процесів та конструкційних елементів платформ сушарок солоду з гравітаційним розвантаженням та удосконаленні обладнання для виробництва солоду.

Задачі дослідження. Виконаний огляд теоретичних положень і вивчення практики виробництва солоду дозволяють сформулювати задачі досліджень.

1. Розробити теоретичну базу для розрахунку платформ солодосушарок з гравітаційним розвантаженням і в аналітичних моделях знайти взаємозв'язки між геометричними та силовими параметрами в умовах зміни орієнтації платформи при розвантаженні.

2. Здійснити вибір принципової схеми встановлення і приведення в дію платформи сушарки.

3. Створити модель і алгоритм розрахунків елементів системи з мінімізацією внутрішніх силових факторів і в зв'язку з вирішенням задачі обмеження маси конструкції.

4. Здійснити оцінку реакцій опор і змінний характер внутрішніх силових факторів у зв'язку з особливостями завантаження і розвантаження платформи сушарки. сушарка платформа енерговитрати розвантаження

5. Розробити методику експериментальних досліджень, пов'язану з перевіркою окремих положень розробленої теорії і визначенням параметрів, пов'язаних з розрахунками.

6. Розробити пропозиції, які стосуються економії енерговитрат в умовах одноярусної сушарки і використання рекупераційних режимів.

7. Розробити пропозиції по комплексу проблем, які супроводжують роботу солодовень, в тому числі:

- по удосконаленню систем аерації замочувальних чанів;

- по забезпеченню рівномірного розподілу повітря в пристроях для пророщування солоду;

- по удосконаленню схем кондиціонування повітря і підвищенню рівня рекуперації повітря в системах аерації солоду при пророщуванні;

- по удосконаленню пристроїв для зрошування зернової маси при пророщуванні;

- по комплексному використанню вторинних теплових ресурсів в системах підготовки повітря на забезпечення аерації солоду і його сушіння;

- по створенню теплообмінника-рекуператора з проміжним теплоносієм.

Об'єктами досліджень є системи підготовки повітря, пророщування та сушіння солоду.

Предметами досліджень є гравітаційні платформи та окремі елементи систем.

Методи досліджень включають в себе аналітичне моделювання в силових розрахунках статичних та динамічних навантажень з використанням комп'ютерних технологій з пошуком мінімізації силових параметрів стосовно гравітаційних платформ сушарок, експериментальну перевірку окремих положень, що стосуються динаміки розвантаження сухого солоду та визначення параметрів зовнішнього і внутрішнього тертя в переміщеннях зернової маси.

Наукова новизна. На основі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень науково обґрунтовано удосконалення системи підготовки, пророщування та сушіння солоду.

На захист виносяться:

- аналітичні моделі по визначенню статичних навантажень елементів платформи сушарки солоду з гравітаційним розвантаженням в умовах переорієнтації платформи;

- аналітична модель, пов'язана з мінімізацією моментів згину в силових фермах платформи за рахунок вибору геометричних параметрів;

- вперше формалізовані взаємозв'язки геометричних, кінематичних і динамічних параметрів підвіски платформи в умовах перехідних процесів за змінних значень жорсткостей на основі нелінійних динамічних моделей;

- результати експериментальних визначень параметрів внутрішнього тертя солоду з висушеними паростками і зовнішнього тертя зернової маси з платформою.

Практична цінність. Результати теоретичних і експериментальних досліджень реалізовані за такими напрямками.

1. Розроблена методика розрахунків елементів платформи сушарки солоду в умовах сталих і змінних навантажень. Показано можливість зменшення екстремальних моментів згину в силових балках в 5-8 разів для різних законів розподілених навантажень.

2. Розроблено нові конструкції аераційних систем замочних чанів, які дозволяють уникнути забруднення зернового середовища.

3. Розроблено пропозиції по забезпеченню рівномірної аерації пророщуваного солоду.

4. Запропоновано нову конструкцію дезінтегратора потоку води в системах зрошування солоду.

5. Розроблено схему рекуперації теплової енергії відпрацьованого сушильного агента на основі теплообмінних апаратів з проміжним теплоносієм.

Особистий внесок здобувача полягає в критичному аналізі теорії та практики виробництва солоду, формулюванні задач досліджень та напрямків і їх розв'язання, розробці математичних моделей, які стосуються статики і динаміки навантажень платформи сушарки та її елементів, проектуванні та створенні лабораторної установки і проведенні експериментальних досліджень та обробці їх результатів, розробці рекомендацій по впровадженню пропозицій і обладнання.

Апробація роботи. Основні положення роботи доповідались на VII Міжнародній науково-технічній конференції “Приоритетні напрями впровадження в харчову промисловість сучасних технологій, обладнання та нових видів продуктів оздоровчого в спеціального призначення (Київ, жовтень 2001 р.); міжнародній науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів (Київ, НУХТ, квітень 2002 р.); міжнародній конференції молодих вчених, аспірантів і студентів (Київ, НУХТ, квітень 2003 р.), на семінарі головних енергетиків пивзаводів України (Київ, НУХТ, березень 2002 р.), семінарі головних інженерів пивзаводів України (Ялта, жовтень, 2002 р.), семінарі головних механіків пивзаводів України (Київ, НУХТ, грудень 2002 р.).

Робота виконувалася на кафедрі “Технологічне обладнання харчових виробництв” Національного університету харчових технологій. Автор висловлює подяку працівникам “Пивзаводу на Подолі” та науковому керівникові за допомогу у виконанні досліджень.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 14 друкованих праць, в тому числі 4 публікації у фахових виданнях, 1 монографія, 2 довідника, 3 тези на наукових та науково-технічних конференціях, отримано 4 патенти України.

Структура і обсяг роботи. Основний зміст дисертації викладено на 128 сторінках машинописного тексту, який складається зі вступу, 5 розділів, загальних висновків. Робота містить 54 рисунка, 4 таблиці, список літературних джерел із 104 найменувань та додатки.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована доцільність і актуальність дисертаційної роботи. Відмічено необхідність комплексного підходу та наукового вивчення запитів технології, енергозабезпечення та механізації навантажувально-розвантажувальних робіт у виробництві солоду.

В першому розділі виконано огляд і аналіз теорії та практики виробництва солоду з наголосом на відповідність технологічним запитам параметрів потоків повітря, що подається на пророщування та теплових агентів для сушіння солоду з увагою до можливості рекуперації енергетичних потоків.

За результатами аналізу зроблено такі висновки.

1. Для більшості підприємств України і особливо південної її частини актуальною залишається проблема кондиціювання повітря, яке забезпечує технологічні запити режимів пророщування солоду. У весняно-літні періоди за високих температур не вдається охолоджувати повітря до необхідних 12 °С, оскільки існуючі схеми і обладнання за рахунок насичення його до 100 % відносної вологи дозволяє знизити початкову температуру лише приблизно на 6 °С.

2. Вирішуючи завдання охолодження пророщуваного солоду (поруч з відведенням утворюваного СО₂ і підведенням кисню), повітря, яким продувається шар солоду, нагрівається на 2-3 °С і в результаті його відносна вологість знижується до 92-94 %. В таких умовах солод починає втрачати вологу, що неприпустимо з точки зору інтересів технології. Вказане протиріччя лежить в фізичній суті явища, оскільки охолодження кожної зерновки досягається в основному за рахунок випаровування певної частини вологи і в меншій мірі за рахунок зміни температури повітря. На це вказує такий показник, як абсолютний вологовміст повітря до і після аерації і аналіз даних по зрівноваженому стану вологи в системі солод - повітря. Компенсація втраченої вологи звичайно досягається за рахунок зрошування зернової маси. При цьому в виробничих умовах слід звертати увагу на такі положення: вода, що використовується на зрошування повинна мати температуру не вищу за температуру солоду; розпилення води має бути якомога кращим; витрати води по всій поверхні пророщуваного солоду повинні бути рівномірними; на період зрошування аерацію бажано припинити для можливості проникнення вологи на всю глибину шару солоду. Існуючі розпилювачі води не задовольняють повністю вимогам рівномірного зрошування, складні конструктивно і потребують постійного нагляду під час експлуатації, тому необхідний подальший пошук і удосконалення їх конструкцій.

3. В умовах циклічного перемішування пророщуваного солоду важливе значення має забезпечення однакових температурних режимів і показників вологості по всьому об'єму зернової маси. Це досягається лише за рахунок рівномірного роздавання повітря по всій ситовій поверхні ящиків, барабанів чи пересувних грядок. Співвідношення габаритних (в площі) розмірів сит і локальне підведення в підситовій простір повітря явно не сприяють рівномірному розподілу повітря за існуючих газоводів. Твердження за літературними джерелами про високу ступінь рівномірності розподілу не відповідають дійсності, на що вказують експериментальні дані. Розв'язання цієї задачі можливе за використання газоводів постійного тиску.

4. На більшості виробництв України залишаються не розв'язаними питання механізації розвантаження ящиків або барабанів солодовень. Стосовно ящичних солодовень або солодовень типу “пересувна грядка” існують типові вирішення по конструкціях розвантажувальних пристроїв, на які є можливість орієнтуватись вітчизняним виробникам. Пропозиції по механізації вивантаження зеленого солоду з барабанів відсутні, проте можливе використання відомого ефекту осьового зміщення вантажу в обертальній оболонці (трубі), яка встановлюється під обмеженим (до 1-3°) кутом до лінії горизонту. Такий ефект використовується в транспортних трубах, хоча теоретична база його відсутня, а розрахунки виконуються на основі наближеного емпіричного апарата.

Переведення на такий спосіб розвантаження солодовирощувальних барабанів потребує створення грунтовних методів розрахунків і аналізу суті фізичних явищ, які мають місце в таких системах.

5. Відсутність засобів механізації розвантаження сушарок солоду приводить до необхідності використання ручної праці. При цьому виникає необхідність створення і використання таких технологічних регламентів, коли процес сушіння продовжується близько 12 годин на добу. В двоярусних сушарках солод перебуває практично дві доби і процес поділяється на дві частини. На протязі першої частини відбувається зниження вологи з 42-43 до 12 %, потім здійснюється технологічна зупинка на 12 годин і після перевантаження на нижній ярус має місце термічна фаза зі зниженням вологості до 3-6 %. Технологічна зупинка супроводжується охолодженням сушильних камер і солоду для забезпечення умов безпеки праці робітників, які здійснюють операції розвантаження і перевантаження. За таких умов виробництво несе вагомі збитки на додаткових втратах енергоресурсів, економічні втрати по оплаті праці вантажників, зниження якості готового солоду через порушення температурних режимів роботи ростковідбивних машин.

Вказаних недоліків можливо уникнути за рахунок повної механізації операцій розвантаження сушарок. Аналіз літературних джерел приводить до висновку про перспективність сушарок з гравітаційним розвантаженням, коли тримальна платформа змінює своє положення і в результаті повороту встановлюється під кутом, більшим за кут тертя матеріалу з решіткою.

6. Створення поворотної платформи потребує врахування і об'єднання інтересів забезпечення умов міцності і одночасно мінімізації її власної ваги і матеріаловмісткості. Розв'язання цієї частини проблеми потребує додаткового аналізу методів розрахунку просторових і плоскопросторових статично невизначуваних систем, визначення співвідношень геометричних параметрів, які приводять до оптимізації конструкції.

7. Доцільною є організація сушіння солоду в одному шарі збільшеної висоти при безперервному веденні технологічного процесу на протязі 18-20 годин. За таких умов температура сушильного агента на виході з сушарки за час технологічного циклу змінюється від 20 до 80-100 °С, що є головним недоліком одноярусних сушарок. З цієї точки зору найкращою є організація безперервного сушіння, однак і вказаного недоліку одноярусних сушарок можливо уникнути використанням пристроїв для рекуперації теплоти відпрацьованого сушильного агента.

8. Складність в організації рекуперації теплової енергії полягає в тому, що в цьому процесі задіяно два значних газових потоки. Розв'язання цієї задачі лежить на шляху використання систем з проміжним теплоносієм. Якщо досягти умови роботи останніх з фазовими переходами, то така система перетворюється в теплову трубу з розвиненими поверхнями теплопередачі в зонах випаровування і конденсації. Експлуатація такої системи дещо ускладнюється зміною температури відпрацьованого сушильного агента і добовими змінами температури свіжого повітря, що потребує регулювання тиску в герметизованій системі проміжного агента. За відсутності фазових переходів в якості проміжного теплоносія можливе використання води.

9. Подальший взаємопов'язаний розвиток технологій і обладнання для виробництва солоду лежить на шляху механізації завантажувально-розвантажувальних робіт з виключенням ручної праці; удосконалення технологічних режимів сушіння і відмови від технологічних пауз в цих процесах; рекуперації теплових потоків шляхом створення первинних і замкнених на кожній одиниці обладнання контурів, а також вторинних контурів рекуперації, які охоплюють кілька технологічних процесів; використання теплових труб і теплових насосів.

Другий розділ присвячений опису методики проведення досліджень і результатам експериментального визначення параметрів розвантаження платформи. Аналітичне моделювання статики і динаміки робочих процесів ґрунтується на положеннях класичної механіки, принципів суперпозиції, можливих переміщень, Даламбера. У зв'язку з симетричними зовнішніми навантаженнями прийнято припущення про симетричність навантаження шарнірів і реакцій в них для гравітаційної платформи.

В режимах переорієнтації платформи симетричність зовнішніх навантажень зберігається і завдяки цьому залишаються в силі рівняння статики, а реакції опор будуть функціями узагальненої координати (кута повороту). Показано, що в процесі розвантаження платформи мають місце дві фази. Першій фазі відповідає кут повороту платформи від ц = 0 до значення кута тертя в парі “солод - опорна поверхня решітки”. На першій фазі розвантаження платформи пов'язується тільки з кутом природного укосу, а на другій - за значень кута повороту більших за кут тертя відбувається масове розвантаження платформи. Співвідношення кутів природного укосу (внутрішнього тертя) і кута тертя зернової маси на опорній площині дають можливість здійснити оцінку геометричних параметрів платформи. На основі цих зв'язків виконано розрахунки по проектуванню експериментального стенду у вигляді поворотного лотка з засобами виміру кута природного укосу і кута повороту лотка. Для вивчення характеру руху зернової маси одна зі стінок лотка виконана прозорою і стенд устатковувався відеокамерою.

Наведено результати експериментальних досліджень, метою яких було визначення співвідношень коефіцієнтів внутрішнього і зовнішнього тертя, встановлення характеру сходження зернової маси за зміни орієнтації платформи та розробка рекомендацій по обмеженню масового розвантаження, яке відбувається при куті нахилу платформи близькому до кута зовнішнього тертя.

Особливістю досліджуваної зернової маси є наявність в ній паростків, як відокремлених від зернівок, так і таких, які представлені одним цілим. Таке поєднання впливає на внутрішнє тертя і порівняно з очищеним солодом коефіцієнт внутрішнього тертя (і кути природного укосу) дещо більші.

Відомо, що опорною поверхнею солоду на сушарках є перфоровані сита, тому експериментальний стенд було виконано з можливістю заміни опорної поверхні. Особливості побудови стенду, методики досліджень, результати досліджень, їх аналіз та пропозиції, що витікають з аналізу, викладено в 2 розділі.

Результатами досліджень встановлено, що кут природного укосу сухого солоду з паростками складає величину 30,4 ± 0,25°, а кут тертя в парі “сухий солод з паростками - опорне сито” ~ 20°.

За зміни кута нахилу платформи від значення ц = 0 до величини кута тертя має місце пошарове поступове сходження солоду в зонах масиву, що лежать вище площини, встановленої під кутом природного укосу. Цей висновок відповідає як фізиці явища, так і результатам вимірів (сума кутів на нерухомій відносно платформи шкалі і кута повороту платформи залишалася сталою). Інтенсивність розвантаження платформи при цьому однозначно залежить від швидкості її повороту. Однак за досягнення кутом повороту платформи величини кута тертя починається самоплинне розвантаження. Обмеження цього явища можливе лише за збільшення кута тертя і наближення його до кута природного укосу.

В третьому розділі виконано дослідження параметрів платформи сушарки, завданнями яких було визначення геометричних зв'язків і статичних навантажень опор платформи, динаміку зміни навантажень, створення математичної моделі розвантаження платформи та здійснення оптимізаційного вибору геометричних параметрів.

Платформа сушарки 1 встановлюється на ексцентричний шарнір А (рис. 1) і утримується гнучкою підвіскою (ланцюгами), яка збігає з зірочки 2 привода. Таке розміщення опор дозволяє забезпечувати відповідний момент і поворот платформи на кут ц. Вихідними даними на визначення геометричних зв'язків є довжини ділянок ; ; і кут г, що відповідає горизонтальному положенню платформи. Встановлено, що

;

.

Реакції опор R_A та R_B є функціями геометричних параметрів, кута повороту ц платформи та її маси m:

;

,

де g - прискорення вільного падіння; а та b - відстані від шарнірів до лінії дії сили тяжіння відповідно.

За заданого значення швидкості V опускання гнучкої підвіски кут повороту платформи ц знайдено ітераціями з формули

.

Результати розрахунків за значень V = 0,01 м/с; г = 50°; l_AB = 4 м; показано на рис. 2.

Розрахунки з перебором г від г = 45° до г = 70° показали малий вплив цього кута на результат і що залежність ц = ц(t) можна вважати наближеною до лінійної виду ц = kt, де k - тангенс кута нахилу прямої з віссю О-t.

Від початку сходження солоду з платформи його маса змінюється і (рис. 3), де х - шлях, який солод пройшов по платформі.

Зміна загальної маси солоду не впливає на динаміку його переміщення і її можна вважати умовно сталою. Рівняння руху записується у формі

,

де f - коефіцієнт тертя в парі “солод - опорна площина”. Звідси маємо

;

,

де ц_о = arctg f - кут тертя в парі “солод - опорна площина”.

Підстановкою х = l (де l - довжина платформи) одержуємо можливість знайти час t_(к) розвантаження платформи. Графік залежності k = k(V) наведено на рис. 4.

Одержано залежності по визначенню реакцій опор в процесі розвантаження платформи, що дало можливість перейти до визначення параметрів головних балок.

Складання моделей виконано з припущеннями, що загальне навантаження між балками розподіляється рівномірно, шарніри А та В розташовані симетрично, а навантаження зернової маси на платформу рівномірне.

Для горизонтальної орієнтації балки за розподіленого навантаження q_п знайдено (при в = 90°) (рис. 5), що пікові моменти згину М_ІІ і М_ІІІ у відповідних перерізах можуть бути однаковими за модулем. Оскільки

; ,

то, прирівнявши праві частини цих виразів по модулю, знайдемо координату z, яка відповідає умові

.

Звідси і умова оптимізації балки має вигляд z = .

Розрахунки показують, що для балки з оптимальним вибором z максимальні моменти згину зменшуються в ~ 5,8 разів порівняно з випадком, коли z = 0, а кут в для горизонтальної орієнтації балки слід приймати рівним 90°.

В умовах завантаження платформи сушарки реалізується нерівномірне розподілення навантаження по довжині балки. За випадку трикутникового закону (рис. 6) а_опт = і максимальний момент згину приблизно в 10 разів менший, ніж за значення а = 0.

В четвертому розділі виконано дослідження динаміки навантажень елементів підвіски платформи сушарки. Піднімання або опускання платформи супроводжується зміною довжини і жорсткості системи підвіски. За початкової довжини підвіски l_o одержуємо значення жорсткості

,

де Е - модуль пружності І-го роду матеріалу підвіски; F - приведена площа поперечного перерізу підвіски; V(t) - закон зміни швидкості точки підвіски. Знак “мінус” відноситься до випадків, коли довжина підвіски зменшується на величину координати переміщення . Для випадку V = const одержуємо і рівняння руху маси платформи записується для випадку піднімання у вигляді:

і для випадку опускання -

.

Тоді зусилля Р_пр в системі підвіски

.

Аналіз розрахунків вказує на те, що на перших екстремумах значення відрізняються мало і має місце за неврахування дисипативних явищ монотонне зростання або монотонне зменшення екстремумів.

Попередня модель є ідеалізованою, оскільки елементи її вважаються ідеально пружними. Коефіцієнт ш розсіювання енергії для більшості машин складає величину 0,4-0,65 і за монохроматичних коливань

,

де А₁ та А₂ - два послідовних значення амплітуди, розділених одним періодом.

Тоді лінеаризована сила опору і коефіцієнт пропорціональності b дорівнюватиме

,

де - частота коливального процесу.

Для нашого випадку

.

Тоді для першого і другого випадків рівняння руху записуються у вигляді

;

.

На рис. 7 наведено приклад результатів розрахунків по визначенню Р_пр.

Числові розв'язання рівнянь руху показують, що і в нелінійних моделях, складених без врахування дисипативних явищ співвідношення жорсткостей та мас визначає частоту власних коливань системи. Величини початкових жорсткостей загальних закономірностей динаміки не змінюють, однак амплітуди динамічних складових навантажень від них не залежать, а врахування дисипативних особливостей системи практично не впливає на перші пікові навантаження.

У п'ятому розділі наведено обґрунтування і опис розробок, переданих до впровадження. До їх числа відносяться: система аерації замочувальних чанів, система рівномірного розподілу повітря в підситовому просторі пристроїв для вирощування солоду, системи рекуперації матеріальних і теплових потоків, пристрої для розчинення газів в рідинах тощо.

Перехід до сушіння солоду в одному ярусі потребує обов'язкової рекуперації теплоти відпрацьованого сушильного агенту. Впровадження рекуператорів теплової енергії тут завжди стримувалося відносно великими потоками повітря, в яких необхідно здійснити теплообмін. Запропоновано розв'язання задачі здійснити за рахунок двох калориферів, які між собою з'єднані замкненою системою з проміжним теплоносієм.

Матеріали по виконаних розробках і методики розрахунку передано АТ “Пивзавод на Подолі” у зв'язку з наміченою реконструкцією сушарки солоду № 3 і створенням гравітаційної саморозвантажувальної платформи.

Висновки

1. Різні закони симетричного розподілу маси солоду по платформі практично не впливають на величину реакцій опор, однак умови навантаження силових балок будуть різними. Вибір геометрії гнучкої підвіски та її орієнтації доцільно виконувати таким чином, щоб реакції опор в режимі сушіння мали тільки нормальні складові.

2. Зміна геометрії підвіски за переорієнтації платформи є головною причиною перерозподілу навантажень на опори і розроблені аналітичні моделі пов'язують геометрію системи з динамікою їх навантаження.

3. Розвантаження платформи здійснюється в два етапи і першому відповідає сходження тієї частини зернової маси, яка знаходиться за межами кута природного укосу. Оскільки кут тертя в парі “солод - опорна площина” приблизно у 2 рази менший за кут природного укосу, то другому етапу розвантаження відповідає масове переміщення залишкової частини солоду. Для обмеження цього недоліку рекомендується опорну сітку платформи виконувати гофрованою.

4. Аналітичними дослідженнями показана можливість оптимізації силових балок за рахунок вибору місць встановлення опор. Для балки на двох опорах за рівномірно розподіленого навантаження досягається зниження екстремальних моментів згину більше, ніж у 5 разів. Показано можливість суттєвого обмеження моментів згину за інших законів навантаження балок.

6. Експериментальні дослідження гравітаційного розвантаження підтверджують двоетапну модель. Знайдено співвідношення кутів природного укосу солоду з проростками і кутів тертя.

7. Обґрунтовано доцільність дослідження динаміки гравітаційної платформи солодосушарки на основі двомасової моделі зі змінним значенням приведеної жорсткості. Складено і виконано аналіз динаміки на основі нелінійних диференціальних рівнянь другого порядку.

8. Одержано математичні моделі динаміки перехідних процесів з врахуванням дисипативних явищ на основі систем змінної жорсткості. Екстремальні навантаження, що відповідають перехідним процесам пуску для нелінійних та лінійних моделей з врахуванням дисипативних явищ, достатньо добре співпадають. Однак, повторні пуски системи для якої збільшилася жорсткість, супроводжуються зростанням динамічних навантажень.

9. До факторів впливу на динаміку навантаження відносяться початкова жорсткість та швидкість переміщення ведучої маси. Раціональним є використання системи, яка забезпечує змінний або регульований режим руху ведучої маси.

10. Опрацьовані і передані до використання на виробництві пристрій для аерації зерно-водяної суміші в замочних чанах, пристрій для насичення рідин вуглекислим газом (патент № 47840 А), пристрій для газонасичення рідинних середовищ (патент № 54296 А), пристрій для пророщування солоду (патент 52219 А), пристрій для охолодження пивного сусла (патент 51340А), дезинтегратор потоку води в системах зрошування солоду, схеми рекуперації матеріальних і теплових потоків при пророщуванні і сушінні солоду тощо. Економічний ефект від впровадження розробок становить 183 тис. грн.

Список опублікованих праць

1. Транспортно-технологічні системи пивзаводів / Соколенко А.І., Українець А.І., Піддубний В.А., К.: "АртЭк", 2002, 290 с. написав глави 2-3.

2. Справочник специалиста пищевых производств. Книга 1. Механика. /Соколенко А.И., Украинец А.И., Яровой В.Л., Васильковский К.В., Шевченко А.Е., Поддубный В.А., Добровольская Н.Г., Максименко И. Ф., Лензион В.И.,К.: "АртЭк", 2001, 303 с. написав розділи 4.8.1 4.8.3 та 4.9.1 4.9.3.

3. Справочник специалиста пищевых производств. Книга 2. Теплофизические процессы. Энергосбережение / Соколенко А.И., Украинец А.И., Яровой В.Л., Васильковский К.В., Шевченко А.Е., Поддубный В.А., Лензион В.И., Максименко И.Ф., Добровольская Н.Г., К.: "АртЭк", 2003, с. 430 написав главу 5.

4. Оцінка ефективності утилізації теплоти повітря в сушарках солоду. / Піддубний В.А., Українець А.І., Соколенко А.І. // Наукові праці УДУХТ, К.: 2001, № 9, с. 121-122 обґрунтував систему рекуперації теплоти сушильного агента.

5. Визначення параметрів транспортних систем. / Піддубний В.А., Добровольська Н.Г., Соколенко А.І. // Міжвідомчий тематичний науковий журнал "Харчова промисловість", К.: УДУХТ, 2001, № 1 (46), с. 16-17 показав незалежність енерговитрат від траси системи.

6. Дослідження динаміки перехідних процесів зупинки вантажів. / Піддубний В.А., Українець А.І. // Науковий журнал "Харчова промисловість", К.: НУХТ, 2003, № 2, с. 72-72 розробив теоретичну модель.

7. Дослідження ударних навантажень. Піддубний В.А. / Науковий журнал "Харчова промисловість", К.: НУХТ, 2003, № 2 с. 70-71.

8. Патент України № 47840 А 7 В01 Д 19/00. Пристрій для насичення рідини вуглекислим газом. / Соколенко А.І., Шевченко О.Ю., Добровольська Н.Г., Васильківський К.В., Піддубний В.А. Опубл. 15.07.2002. Бюл. № 7 запропонував двоступеневу систему ежекторів.

9. Патент України № 54296 А 7 А23L2/54. Пристрій для газонасичення рідинних середовищ. / Соколенко А.І., Шевченко О.Ю., Піддубний В.А., Мисан Г.Ф. Опубл. 17.02.2003. Бюл. № 2 запропонував аератор виконати у вигляді диспергатора з подвійними лопастями.

10. Патент України № 51340 А 7 F25B1/00. Пристрій для охолодження пивного сусла. / Соколенко А.І., Українець А.І., Шевченко О.Ю., Піддубний В.А. Опубл. 15.11.2002. Бюл. № 11 запропонував тиск в системі проміжного теплоносія встановити з умови його кипіння при температурі меншій на 5-10 °С температури, до якої охолоджується сусло.

11. Патент України № 52219 А 7 С 12С1/00. Пристрій для пророщування солоду. / Соколенко А.І., Українець А.І., Шевченко О.Ю., Яровий В.Л., Піддубний В.А. Опубл. 16.12.2002. Бюл. № 12 запропонував підситовий простір зробити змінним в поперечному напрямку.

12. Динаміка навантажень силових елементів змінної жорсткості в сушарках солоду. / Піддубний В.А., Українець А.І. // Матеріали VII міжнародної науково-технічної конференції. К.: УДУХТ, 2001, № 10, с. 154 сформулював методи визначення збурень системи.

13. Особливості динаміки перехідних процесів у системах зі змінною жорсткістю. / Піддубний В.А., Васильківський К.В. // Міжнародна наукова конференція молодих вчених, аспірантів і студентів. К.: НУХТ, 2002, частина ІІ, с. 96, сформулював положення особливостей динаміки систем змінної жорсткості.

14. Перспективи вирішення завдань розвантаження сушарок солоду. / Піддубний В.А., Васильківський К.В. // Матеріали 69-ї наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. К.: НУХТ, 2003, частина ІІ, с.107 обґрунтував доцільність використання сушарок солоду з гравітаційним розвантаженням.

Анотація

Піддубний В.А. Розробка методів розрахунку і удосконалення обладнання систем виробництва солоду. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв. - Національний університет харчових технологій, Київ, 2003.

В дисертації представлено аналіз сучасного стану технологій і обладнання для виробництва солоду, в тому числі процесів миття, дезинфекції ячменю та його замочування, пророщування та сушіння солоду. Показано перспективи і необхідність забезпечення виробництва фізично і мікробіологічно чистим повітрям, поєднання інтересів технології, процесів і механізації перевантажувальних та розвантажувальних робіт, рекуперації матеріальних та енергетичних потоків. Розроблено методику розрахунку платформ сушарок солоду з гравітаційним розвантажуванням за оптимізації елементів конструкції по величинам внутрішніх силових факторів та динаміки перехідних процесів в системах зі змінною жорсткістю, якими моделюються приводи платформ.

Здійснено промислове впровадження розробок у виробництво.

Ключові слова: виробництво солоду, сушіння, платформа, навантаження, динаміка, рекуперація.

Аннотация

Поддубный В.А. Разработка методов расчета и усовершенствования оборудования систем производства солода. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. - Национальный университет пищевых технологий, Киев, 2003.

Диссертация содержит результаты анализа современного состояния техники и технологии, использующихся для производства солода. Показана необходимость разрешения задач снабжения этих процессов физически и микробиологически чистым воздухом, рекуперации материальных и тепловых потоков при проращивании солода, рекуперации теплоты сушильного агента во взаимосвязи с механизацией погрузочно-разгрузочных работ. За направление механизации принято использование поворотных платформ сушилок, на которых разгрузка осуществляется под действием гравитационных сил.

Целью работы есть создание методик расчета процессов и конструктивных элементов платформ сушилок солода с гравитационной разгрузкой и усовершенствование оборудования для производства солода.

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, отмечены основные направления решения проблем, показаны необходимость и перспективы их решения.

В первом разделе выполнен анализ литературных источников и обобщен опыт промышленности. Показаны особенности технологии производства солода, составляющие технологии и соответствие используемого оборудования современным требованиям, намечены основные задачи, подлежащие разрешению.

В связи с этим сформированы выводы по результатам обзора, формируется актуальность проблемы.

Во втором разделе излагаются методики аналитических и экспериментальных исследований. В основу аналитического моделирования положены общепринятые в динамике машин гипотезы и допущения, экспериментальные исследования касаются определения параметров внутреннего и внешнего трения сухого солода с ростками. Излагается методика выбора геометрических параметров стенда, алгоритм постановки экспериментов, результаты из проведения и обработки.

В третьем разделе излагаются результаты исследований по определению нагрузок элементов платформы и динамике изменения реакций опор при ее переориентации.

Составлены математические модели перемещения массы солода, сформулирована и решена задача по выбору геометрических координат опор платформы, приводящая к минимизации изгибающих моментов в силовых фермах.

Последнее объясняется тем, что смещение опор внутрь балки приводит к перераспределению изгибающих моментов в области положительных и отрицательных значений. Приравнивание модулей максимальных и минимальных значений изгибающих моментов дает возможность найти значения координат опор, соответствующих их минимизации.

Для различных законов распределения внешних нагрузок применительно к силовым балкам платформы достигается снижение экстремальных значений изгибающих моментов в 5-8 раз.

В четвертом разделе излагаюся результаты исследований динамики нагрузки гибких подвесок платформы на основе двухмасовых систем с изменяющейся жесткостью. Такая постановка задачи приводит к нелинейным моделям,, не имеющим решений в явном виде. Анализ систем выполнен на основе численного их решения.

Определена оценка влияния диссипативных свойств системы на динамику нагружения элементов системы подвески. Учет диссипативных явлений вносит определенные коррективы и расширяет временные границы, связанные с достижением отрицательных нагрузок. Выполненный анализ систем с изменяющейся жесткостью и с учетом диссипативного рассеивания показал полное соответствие классическим положениям теории колебаний. С учетом начальной жесткости интенсивность затуханий возрастает, уменьшаются амплитуды скоростей и перемещений. Учет диссипативных явлений, однако, практически не отражается на первых пиках нагрузок.

Экстремальные нагрузки, соответствующие переходным процессам пуска для нелинейных и линейных систем, достаточно хорошо совпадают, однако повторные пуски систем с увеличившейся жесткостью сопровождаются значительным возрастанием динамических нагрузок.

В пятом разделе изложены материалы, относящиеся к разработкам и предложениям, переданным промышленности. К их числу относятся системы аэрации замочных чанов, аэрации проращиваемого солода, воздухоподготовки, дезинтеграции потоков воды в системах орошения, устройства для рекуперации материальных и тепловых потоков. Осуществлено промышленное внедрение разработок.

Ключевые слова: производство солода, сушка, платформа, нагрузки, динамика, рекуперация.

The summary

Poddybny V.A. Development of methods of account and improvement of the equipment of systems of manufacture of malt. - Manuscript.

Dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.18.12 - processes and equipment of food, microbiological and pharmaceutical manufactures. - National university of food technologies, Kiev, 2003.

In the dissertation the analysis of a modern condition of technologies and equipment for manufacture of malt, including processes washing, disinfection of barley and it steeping, growing and drying of malt is submitted.

The prospects and necessity of maintenance of manufacture physically and microbiological by pure air, association of interests of technology, processes both mechanization transfer and discharging, recuperation of material and power flows are shown.

Is developed a technique of account of platforms of dryers of malt with gravitational unloading by optimization of elements of a design on sizes of the internal power factors and dynamics of transients in systems with replaceable rigidity, with which the drives of platforms are simulated.

The industrial introduction of development in manufacture is executed.

Key words: manufacture of malt, drying, platform, loading, dynamics, recuperation.

Размещено на Allbest.ru

...