Анализ влияния параметров греющей камеры и теплоизоляционного покрытия на эффективность работы выпарного аппарата

МАШИНЫ, АГРЕГА ТЫ И ПРОЦЕССЫ

УДК 66.974.434

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГРЕЮЩЕЙ КАМЕРЫ

И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ВЫПАРНОГО АППАРАТА

Э.В. Боровкова

Рассматриваются основные показатели влияния диаметра греющей камеры выпарного аппарата и количества установленных перегородок на гидравлическое сопротивление межтрубного пространства и влияние применения современной теплоизоляции на тепловые потери аппарата

Ключевые слова: выпарной аппарат, выпаривание, концентрирование, тепловые потери, теплоизоляция.

Процесс выпаривания представляет собой концентрирование растворов при кипении. Основным назначением процесса является получение концентратов при сохранении физико-химических свойств их компонентов [1]. Данный процесс широко применяют в металлургической, химической и медицинской промышленности, но более актуальное применение он нашел в пищевой промышленности при производстве концентрированных фруктовых соков, молока, джемов, мармелада, сахара, соусов, бульонов и других продуктов [2].

В процессе анализа было выявлено, что самым эффективным методом выпаривания является поверхностное выпаривание под вакуумом, которое реализуется в различных конструкциях выпарных аппаратов [3]. В работе [4] были проанализированы существующие конструкции выпарных аппаратов и выявлены их достоинства и недостатки.

Одним из основных недостатков выпарных аппаратов является неравномерный прогрев продукта в греющей камере, снижающий эффективность работы выпарного аппарата. Установка перегородок в греющей камере выпарного аппарата, способствующая созданию турбулентного потока по межтрубному пространству и увеличению гидравлического сопротивления, обеспечит равномерность прогрева продукта [5, 6, 7].

324

В работе [8] было выявлено, что гидравлическое сопротивление межтрубного пространства греющей камеры определенного диаметра конкретного выпарного аппарата с перегородками по сравнению с выпарным аппаратом без перегородок увеличивается при наличии 3-х перегородок в 2,5 раза, 6-ти перегородок в 4 раза и 19-ти перегородок в 18 раз.

Проведем анализ влияния указанных параметров на гидравлическое сопротивление различных конструкций выпарных аппаратов, которое определяется выражением

Dp = Dpi + KDpтр + (K - 1)Лроп

где Dpi - потеря давления потока при входе в межтрубное пространство; Dp 2 - потеря давления потока при выходе из межтрубного пространства; Dp^ - потеря давления на трение в одном ходе межтрубного пространства, ограниченного стенками кожуха и соседними перегородками; Dp оп -потеря давления при огибании перегородки потоком пара.

Потери давления на трение в трубах греющей камеры

=! L рЮтр

¿ЛРтр ^тр d 2 '

где 1 тр - коэффициент трения; L - длина трубы греющей камеры, м;

d - внутренний диаметр греющих труб, м; р - плотность продукта, кг/м3; w тр - скорость жидкости в трубах, м/с.

Коэффициент трения 1 тр в межтрубном пространстве

- = 4 + 6,6 • m

1 тр = ^e02^

0 28

где m - число рядов труб в греющей камере; Re ' - критерий Рейнольд-са, определяемый по выражению

Re0,28 = V d р

m ,

где v - скорость жидкости, м/с; m - динамический коэффициент вязкости, Пас.

Число рядов труб m в греющей камере находится по выражению

m = 0,35 • —, d

где D - диаметр греющей камеры, м.

Общее количество перегородок определяется по формуле

к=L -1,

l

где l - расстояние между перегородками.

325

На рис. 1 показаны графики зависимостей гидравлического сопротивления от диаметра греющей камеры и количества установленных перегородок. Для анализа были использованы диаметры греющих камер, которые строго соответствуют ГОСТ 11987-81 для выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией.

Др, Па

1 / 2 ! X

/ у / / / Ж 3

/

5 10 15 К

Рис. 1. График зависимости гидравлического сопротивления от количества перегородок и диаметра греющей камеры: 1 - диаметр 0,6м; 2 - диаметр 0,8 м; 3 - диаметр 1 м

Анализ полученных графиков показал, что гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве с увеличением диаметра греющей камеры и количества перегородок увеличивается. Тем самым создается турбулентный поток пара, прогрев продукта становится равномерным и обеспечивается эффективная работа выпарного аппарата.

При проектировании выпарных аппаратов необходимо снизить тепловые потери в окружающую среду, что достигается использованием теплоизоляции, в качестве которой могут быть использованы войлок, совелит, асбест, стеклянная вата, абслюдовая масса, асбестит и другие материалы.

Тепловые потери с 1 м2 поверхности выпарного аппарата

Я =

1 +§ст +5н , 1

а1 1 ст 1 н а 2

где 'в - температура внутри выпарного аппарата; 'н - температура окружающего воздуха (среды).

В работах [8, 9] был проведен анализ влияния материала стенки выпарного, один из слоев которого - изоляционный, на тепловые потери с 1 м2 его поверхности. Было выявлено, что удельные потери теплоты с 1 м2 поверхности теплообменника принимают гораздо меньшие значения для

вакуума, по сравнению с полиэтиленом и фольгопластом. Удельные потери теплоты при использовании фольгопласта в качестве изоляции, особенно при его толщине 8 менее 0,06 м, значительно выше, чем при использовании вакуума. Ещё более худшими свойствами обладает полиэтилен [9]. Также было получено, что удельные потери теплоты с 1 м2 поверхности выпарного аппарата с теплоизоляцией по сравнению с выпарным аппаратом без теплоизоляции уменьшаются при использовании гликоля в 1,1 раза, К-Пвх в 2,5 раза, вакуум-панелей в 3,2 раза [8].

Проанализируем графики зависимостей тепловых потерь выпарного аппарата с различными современными теплоизоляционными материалами (гликоль, К-Пвх и вакуум-панели), представленные на рис. 2. Стенка выпарного аппарата выполнена из стали, толщиной 8 = 10 мм.

\ \

\ N

> 2 1\

0 0,02 0,04 0,06 0,08 8ст,м

Рис. 2. График зависимости тепловых потерь толщины различных видов теплоизоляций: 1 - гликоль; 2 - К-Пвх; 3 - вакуум-панели

Анализ показал, что наименьшие тепловые потери с 1 м2 поверхности выпарного аппарата возможно достигнуть с применением теплоизоляции из вакуум-панелей и К-Пвх., которые позволят снизить потери тепла в окружающую среду и, тем самым, повысить эффективность работы выпарного аппарата.

Полученные в процессе анализа результаты позволят повысить эффективность процесса выпаривания в различных отраслях промышленности.

Список литературы

1. Боровкова Э.В., Клименова Н.А. Анализ процесса выпаривания // Инновационные подходы в современной науке: материалы международной (заочной) научно-практической конференции; под общ. ред. А.И. Востре-цова. Нефтекамск, 2017. С. 54-58.

2. Боровкова Э.В. Актуальность применения процесса выпаривания в различных отраслях промышленности // Молодежный вестник Политехнического института: сб. статей. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. С.54-58.

3. Боровкова Э.В., Пантюхина Е.В. Анализ различных методов процесса выпаривания и конструкций выпарных аппаратов // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: материалы междунар. научно-техн. конф. «АПИР-22»; под ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. С. 21-27.

4. Боровкова Э.В. Анализ недостатков выпарных аппаратов // Современная наука: вопросы теории и практики: материалы международной (заочной) научно-практической конференции; под общ. ред. А.И. Востре-цова. Нефтекамск, 2018. С. 8-12.

5. Боровкова Э.В., Клименова Н.А., Пантюхина Е.В. Пути модернизации кожухотрубчатого теплообменика // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: материалы междунар. научно-техн. конф. «АПИР-22»; под ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. С. 38-42.

6. Боровкова Э.В., Давыдов И.Б., Пантюхина Е.В. Анализ недостатков и путей модернизации выпарных аппаратов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 2. С. 331337.

7. Боровкова Э.В., Пантюхина Е.В., Пантюхин О.В. Анализ влияния параметров продукта на поверхность теплопередачи выпарного аппарата// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 2. Ч. 2. С. 346-350.

8. Боровкова Э.В., Пантюхина Е.В. Анализ основных показателей эффективности работы выпарного аппарата // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 6. С. 509-513.

9. Клименова Н.А., Пантюхина Е.В., Пантюхин О.В. Анализ тепловых процессов нагревания и теплопередачи через плоскую стенку тепло-обменных аппаратов с изоляцией // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 9. Ч. 1. С. 296-303.

Боровкова Элеонора Владимировна, магистрант, eleonora. borovkova@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ANALYSIS OF THE INFL UENCE OF PARAMETERS OF THE HEA TING CHAMBER AND THERMAL INSULA TION COA TING ON THE EFFECTIVENESS OF THE EVAPORA TOR

E.V. Borovkova

The main indicators of the influence of the diameter of the heating chamber of the evaporator and the number of installed partitions on the hydraulic resistance of the intertubular space and the influence of the use of modern heat insulation on the heat loss of the apparatus are considered.

Key words: evaporation apparatus, evaporation, concentration, heat loss, thermal insulation.

Borovkova Eleonora Vladimirovna, master, eleonora. borovkova@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 51-74:621

ВЫБОР ЗАКОНА СООТНОШЕНИЯ УГЛОВ ПОВОРОТА КОЛЕС ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ

А.Г. Амосов, А.А. Автушенко, М.В. Капитонов, М.Т. Лычкин

Показано что,для транспортно-технологических агрегатов, у которых проходимость является не менее важным качеством по сравнению с долговечностью, закон изменения соотношения углов поворота управляемых колес, различных осей должен обеспечивать максимальный поворачивающий момент при максимальных углах поворота передних управляемых колес, а также обеспечивать равенство износа при незначительных углах.

Ключевые слова: многоосный автопоезд, многоосный автомобиль, угол поворота, управляемое колесо.

Процесс доставки ракетоносителей (РН) к пусковой установке (ПУ) осуществляется специальными транспортно-технологическими агрегатами (ТТА). Эти агрегаты представляют собой двухзвенный автопоезд и состоят из тягача и полуприцепа (общая длина автопоезда более 35 м). Обычно мощности и сцепных свойств тягача недостаточно для обеспечения требований по проходимости, поэтому полуприцеп оснащается дополнительной силовой установкой и 4 - 8 парами активных колес.

При движении любого колесного агрегата между колесами и дорожным полотном, в пятне контакта, возникают значительные нагрузки, особенно при прохождении поворотов, влияющие на траекторию движения, и поэтому весьма важно правильно оценивать параметры системы рулевого управления [1 - 3]. В случае с ТТА специального назначения этот вопрос стоит более остро в связи со значительной массой автопоезда (нагрузка на одну ось 16 тонн). Далее будет рассмотрен вопрос распределения углов поворота колес полуприцепа.

Вопросам кинематического соотношения углов поворота левого и правого управляемых колес при повороте автомобиля посвящено много работ различных исследователей н накоплен определенный статистический материал [2, 4 - 9]. Поэтому при дальнейшем рассмотрении будем считать, что закон распределения углов поворота между левыми и правыми колесами известен. Необходимо определить соотношения между углами поворота управляемых колес по осям полуприцепа, считая углы средними между углами поворота левого и правого колес. На рисунке представлена схема принятых обозначений.

329