Влияние амплитуды колебаний вибрационного аппарата на затраты мощности

УДК 664.8

Н. З. Дубкова

ВЛИЯНИЕ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ ВИБРАЦИОННОГО АППАРАТА

НА ЗАТРАТЫ МОЩНОСТИ

Ключевые слова: мощность, растительные материалы, вибрационный аппарат.

Проведены экспериментальные исследования по определению влияния амплитуды колебаний вибрационного аппарата на величину затрат мощности. Получены экспериментальные зависимости изменений затрат мощности и проведено их сравнение с данными теоретических расчетов.

Keywords: power, vegetable materials, vibrating machine.

Experimental study of the effect of vibration amplitude vibratory apparatus at the cost ofpower. The obtained experimental dependence of the changes in power costs were compared with the results of theoretical calculations.

Всовременных условиях внедрение энергосберегающих технологий является одним из важных направлений повышения эффективности производства. Предложен способ получения сухих порошковых продуктов в вибрационных сушилках-мельницах совмещением процессов сушки, измельчения и интенсивного вибрационного воздействия [1, 2]. Разработка теоретически обоснованных методов инженерного расчета подобных аппаратов открывают широкие возможности для их внедрения. Основной частью технологических расчетов вибрационных аппаратов является определение затрат мощности на циркуляцию загрузки, поскольку его значение является необходимым при проектировании и конструкторских расчетов самого аппарата и его привода.

Мощность привода, в основном, расходуется на колебание корпуса с загрузкой, а остальные составляющие значительно меньше [3].

Для расчета мощности на валу ротора вибросмесителя наиболее подходящей, учитывающей достаточно полно динамические параметры вибромашин и физико-механические свойства обрабатываемой среды, является следующая формула:

Лт 5

>,111 / V ШЫ/ Ц Л Ц

N _ 4qr2ma5 sin 2j ma3 (r - A)fmpd

204

204

где ю - угловая скорость вращения вала вибратора, с 1; £рр - приведенный коэффициент трения в подшипнике качения; d - внутренний диаметр наружного кольца подшипника по телам качения, м;т -масса дебаланса, кг; г - эксцентриситет дебаланса, м; А - амплитуда колебаний корпуса, м.

Для практического применения этих формул необходима экспериментальная проверка всех входящих в эти формулы величин. Комплексы экспериментальных исследований изменения затрат мощности при различных значениях жесткости упругих опор аппарата и по влиянию остаточного давления в камере аппарата в процессе получения порошка картофеля при различных значениях других рабочих параметров были проведены ранее [4].

Для необходимых исследований динамики виброперемешивании была собрана установка ВС-10 на основе вибромельницы (рис.1).

Привод корпуса 1 вибросмесителя осуществляется через систему гибких валов 8, динамометр 9 и вариатор 10 от электродвигателя 12 мощностью 4,5 квт с числом оборотов п = 2880 об/мин. Между динамометром, вариатором и электродвигателем связь осуществляется через клиноременную передачу. Вариатор позволяет менять частоту колебания корпуса, в пределах 20 - 100 гц с помощью сменных шкивов.

Рис. 1 - Экспериментальная установка

Амплитуда колебаний корпуса зависят от числа съемных секторов дебаланса на валу ротора вибросмесителя, менялась в пределах 0,5 - 2 мм. Такой предел установлен экспериментально [6] и обуславливался закономерностями виброперемешивания. Установка снабжена ваттметром Н395, предназначенным для измерения активной мощности. Корпус вибросмесителя снабжен рубашкой обогрева. Температурный режим создавался при помощи термостата ТС-16. Избыток тепла теряется в окружающую среду через поверхность шлангов и внешнюю поверхность рубашки корпуса.

Контроль и регистрация температуры производилась термопарами в трех точках: на входе теплоносителя в рубашку вибросмесителя, на выходе из рубашки, внутри корпуса смесителя (температура массы). Температура непрерывно записывалась электронным потенциометром КСП-4, датчиком к нему служили термопары ХК.

Из структуры формулы (1) видно, что мощность пропорциональна амплитуде в первой степени и частоте в третьей степени. Это будет ясно, если в первую часть уравнения (1) подставить амплитуду для случая вынужденных колебаний:

А =

qrrn

~2 2 p - rn

Проверка влияния амплитуды колебаний корпуса на мощность, затрачиваемую при виброперемешивании, производилась при постоянной частоте вибрации V = 60 гц и амплитудах 0,64; 1,03; 1,44; 1,83 мм на установке ВС-10.

На рис.2. приведены графики изменения мощности при различных амплитудах в ходе процесса получения порошка картофеля до установления конечной влажности материала 5-6%.

3 0,5 2

\ • -А=ш  -A-1,44  A? 1,03 ♦ A-0,FM

Cvv.,

*-;

X__

♦

Нремя сушки, м.'к

Рис. 2 - Изменение мощности в процессе получения порошка картофеля при частоте V = 50 Гц и различных амплитудах колебаний

С увеличением амплитуды колебания сокращаются: время нагрева массы до температуры сушки и время сушки.

Причиной такого изменения температурного режима массы является возрастание интенсивности движения массы с увеличением амплитуды, что ведет к улучшению условий теплообмена между корпусом и массой, а также большему прогреву массы за счет трения. Интенсификация этого движения соответственно требует дополнительных затрат энергии.

Линейную зависимость мощности от амплитуды колебаний подтверждают результаты экспериментальных опытов, проведенных на сыпучих материалах. Зависимости мощности для различных материалов от амплитуды по результатам этих экспериментов приведены на рис. 3.

0

1

а

2

1,0

о.;

№1 • -N»2 + -Nsrj * -№>4 yS « r ♦

/ ♦

О 0,5 1,0 1,5 2,0

Амплитуда, мм

Рис. 3 - Зависимость N = f (A) для сыпучих материалов: 1. Незагруженный смеситель; 2. 10 кг неподвижного груза; 3. Картофель влажностью 30%; 6. Картофель влажностью 5%

Приведенные экспериментальные данные подтвердили линейную зависимость мощности от амплитуды колебаний; это полностью согласуется с теоретической формулой (1), выбранной для экспериментальной проверки.

Литература

1. Пат. 2064477 Российская федерация, МПКС09В061/00 Способ получения порошков из растительного сырья/З.К.Галиакберов, Н.А. Николаев, Н.З. Галиакберова, заявитель и патентообладатель -93043938; заявл.07.09.93; опубл. 27.07.96; Бюл. № 21.-5с.

2. Дубкова Н.З. Взаимодействие загрузки с корпусом вибрационного тепло- и массообменного аппарата / Н.З. Дубкова, З.К. Галиакберов, О.В. Козулина, А.Н. Николаев Вестник Казанского технологического университета. 2010, - №11, С.100-108.

3. Варсанофьев, В.Д. Вибрационная техника в химической промышленности / В.Д. Варсанофьев, Э.Э. Коль-ман-Иванов // М.: Химия - 1985. - 240 с.

4. Дубкова Н.З. Влияние режимных характеристик вибрационного аппарата на затраты мощности / Н.З. Дубкова, З.К. Галиакберов, И.А. Дубков, А.Н. Николаев Вестник Казанского технологического университета. № 19, 2012.- С.105-108.

© Н. З. Дубкова - канд. техн. наук, доц. каф. оборудования пищевых производств КНИТУ, dubkova_n@rambler.ru.

© N. Z. Dubkova - candidate of technical Sciences, docent of the Department "Equipment for food industry", KNRTU, dubkova_n@rambler.ru.