НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

ПІДДУБНИЙ

ВОЛОДИМИР АНТОНОВИЧ

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

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 ви- робництв Національного університе-

ту 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, аудито-рія А-311.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного універси-тету харчових технологій.

Автореферат розісланий “6” травня 2003 р.

Вчений секретар спеціалі-

зованої вченої ради Зав’ялов В.Л.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Забезпечення конкурентноспроможності продукції пивоварної галузі України на внутрішньому та зовнішньому ринках є невід-кладним завданням, вирішення якого лежить на шляху підвищення якості соло-ду 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 пророщу-вання 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 під-ходів в оцінці вказаних процесів та приведення їх у відповідність до сучасних поглядів і можливостей.

Вдосконалення вказаних процесів можливе на основі комплексного вико-ристання 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 комплекс-ної механізації для харчових та переробних галузей АПК” та у зв’язку з вико-нанням 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 розванта-женням 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 плат-форми при розвантаженні.

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

3. Створити модель і алгоритм розрахунків елементів системи з мініміза-цією 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.

5. Розробити методику експериментальних досліджень, пов’язану з пере-віркою окремих положень розробленої теорії і визначенням параметрів, пов’я-заних 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 робо-ту солодовень, в тому числі:

- по удосконаленню систем аерації замочувальних чанів;

- по забезпеченню рівномірного розподілу повітря в пристроях для проро-щування 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 проро-щуванні;

- по комплексному використанню вторинних теплових ресурсів в систе-мах 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 експерименталь-них досліджень науково обґрунтовано удосконалення системи підготовки, про-рощування та сушіння солоду.

На захист виносяться:

- аналітичні моделі по визначенню статичних навантажень елементів платформи сушарки солоду з гравітаційним розвантаженням в умовах пере-орієнтації 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 ди-намічних параметрів підвіски платформи в умовах перехідних процесів за змін-них значень жорсткостей на основі нелінійних динамічних моделей;

- результати експериментальних визначень параметрів внутрішнього тер-тя солоду з висушеними паростками і зовнішнього тертя зернової маси з плат-формою.

Практична цінність. Результати теоретичних і експериментальних дос-ліджень реалізовані за такими напрямками.

1. Розроблена методика розрахунків елементів платформи сушарки соло-ду 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 проро-щуваного солоду.

4. Запропоновано нову конструкцію дезінтегратора потоку води в систе-мах 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 впровад-ження в харчову промисловість сучасних технологій, обладнання та нових ви-дів 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, загаль-них 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-розвантажу-вальних 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 тех-нологічні 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 проду-вається шар солоду, нагрівається на 2-3 °С і в результаті його відносна воло-гість 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 зрівнова-женому стану вологи в системі солод – повітря. Компенсація втраченої вологи звичайно досягається за рахунок зрошування зернової маси. При цьому в ви-робничих умовах слід звертати увагу на такі положення: вода, що використо-вується 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 зро-шування аерацію бажано припинити для можливості проникнення вологи на всю глибину шару солоду. Існуючі розпилювачі води не задовольняють повніс-тю 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 локаль-не підведення в підситовій простір повітря явно не сприяють рівномірному розподілу повітря за існуючих газоводів. Твердження за літературними джере-лами про високу ступінь рівномірності розподілу не відповідають дійсності, на що вказують експериментальні дані. Розв’язання цієї задачі можливе за вико-ристання газоводів постійного тиску.

4. На більшості виробництв України залишаються не розв’язаними питан-ня 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 вивантажен-ня зеленого солоду з барабанів відсутні, проте можливе використання відомого ефекту осьового зміщення вантажу в обертальній оболонці (трубі), яка встанов-люється під обмеженим (до 1-3°) кутом до лінії горизонту. Такий ефект вико-ристовується в транспортних трубах, хоча теоретична база його відсутня, а роз-рахунки виконуються на основі наближеного емпіричного апарата.

Переведення на такий спосіб розвантаження солодовирощувальних бара-банів потребує створення грунтовних методів розрахунків і аналізу суті фізич-них явищ, які мають місце в таких системах.

5. Відсутність засобів механізації розвантаження сушарок солоду приво-дить до необхідності використання ручної праці. При цьому виникає необхід-ність 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 ниж-ній ярус має місце термічна фаза зі зниженням вологості до 3-6 %. Технологіч-на зупинка супроводжується охолодженням сушильних камер і солоду для за-безпечення умов безпеки праці робітників, які здійснюють операції розван-таження і перевантаження. За таких умов виробництво несе вагомі збитки на додаткових втратах енергоресурсів, економічні втрати по оплаті праці ван-тажників, зниження якості готового солоду через порушення температурних режимів роботи ростковідбивних машин.

Вказаних недоліків можливо уникнути за рахунок повної механізації опе-рацій розвантаження сушарок. Аналіз літературних джерел приводить до висновку про перспективність сушарок з гравітаційним розвантаженням, коли тримальна платформа змінює своє положення і в результаті повороту встанов-люється 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 невиз-начуваних 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 не-доліком одноярусних сушарок. З цієї точки зору найкращою є організація без-перервного 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 випарову-вання і конденсації. Експлуатація такої системи дещо ускладнюється зміною температури відпрацьованого сушильного агента і добовими змінами темпера-тури 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-розван-тажувальних 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 плат-форми. Аналітичне моделювання статики і динаміки робочих процесів ґрунту-ється 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 наванта-жень 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 ? = 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 поворотно-го 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 платфор-ми 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 розді-лі.

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 ? = 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 сушар-ки, завданнями яких було визначення гео-метричних зв’язків і статичних наванта-жень опор платформи, динаміку зміни навантажень, створення математичної мо-делі розвантаження платформи та здій-снення оптимізаційного вибору геомет-ричних параметрів.

Платформа сушарки 1 встановлю-ється на ексцентричний шарнір А (рис. 1) і утримується гнучкою підвіскою (ланцю-гами), яка збігає з зірочки 2 привода. Таке розміщення опор дозволяє забезпечувати відповідний момент і поворот платформи на кут ?. Вихідними даними на визна-чення геометричних зв’язків є довжини ділянок ; ; і кут ?, що відповідає горизонтальному положенню платформи. Встановлено, що

;

.

Реакції опор RA та RB є функціями геометричних параметрів, кута повороту ? 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 по-вороту платформи ? знайдено ітераціями з формули

.

Результати розрахунків за зна-чень V = 0,01 м/с; ? = 50°; lAB = 4 м; показано на рис. 2.

Розрахунки з перебором ? від ? = 45° до ? = 70° показали малий вплив цього кута на результат і що залежність ? = ц(t) ?ожна вважати наближеною до лінійної виду ? = 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 ?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 визначен-ню реакцій опор в процесі розвантаження платформи, що дало можливість перейти до визначення параметрів головних ба-лок.

Складання моделей виконано з при-пущеннями, 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 qп знайдено (при ? = 90°) (рис. 5), що пікові моменти згину МІІ і МІІІ у відповідних перерізах можуть бути однаковими за модулем. Оскільки

; ,

то, прирівнявши праві частини цих виразів по модулю, знайдемо координату z, яка відпо-відає умові

.

Звідси і умова оптимізації балки має вигляд z = .

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

В умовах завантаження платформи сушарки реалізується нерівномірне роз-поділення навантаження по довжині бал-ки. За випадку трикутникового закону (рис. 6) аопт = і максимальний мо-мент згину приблизно в 10 разів мен-ший, ніж за значення а = 0.

В четвертому розділі виконано дослідження динаміки навантажень еле-ментів підвіски платформи сушарки. Піднімання або опускання платформи супроводжується зміною довжини і жор-сткості системи підвіски. За початкової довжини підвіски lo 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 Рпр 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 ? 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 визна-ченню Рпр.

Числові розв’язання рів-нянь руху показують, що і в нелі-нійних моделях, складених без врахування дисипативних явищ співвідношення жорсткостей та мас визначає частоту власних ко-ливань системи. Величини почат-кових жорсткостей загальних за-кономірностей динаміки не змі-нюють, однак амплітуди дина-мічних складових навантажень від них не залежать, а врахування дисипативних особливостей сис-теми 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 реку-перації теплоти відпрацьованого сушильного агенту. Впровадження рекупе-раторів 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 замкне-ною системою з проміжним теплоносієм.

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

Висновки

1. Різні закони симетричного розподілу маси солоду по платформі прак-тично не впливають на величину реакцій опор, однак умови навантаження си-лових 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 при-чиною 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 відпо-відає сходження тієї частини зернової маси, яка знаходиться за межами кута природного укосу. Оскільки кут тертя в парі “солод – опорна площина” приб-лизно у 2 рази менший за кут природного укосу, то другому етапу розванта-ження відповідає масове переміщення залишкової частини солоду. Для обме-ження цього недоліку рекомендується опорну сітку платформи виконувати го-фрованою.

4. Аналітичними дослідженнями показана можливість оптимізації сило-вих балок за рахунок вибору місць встановлення опор. Для балки на двох опорах за рівномірно розподіленого навантаження досягається зниження ек-стремальних моментів згину більше, ніж у 5 разів. Показано можливість сут-тєвого обмеження моментів згину за інших законів навантаження балок.

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

7. Обґрунтовано доцільність дослідження динаміки гравітаційної плат-форми солодосушарки на основі двомасової моделі зі змінним значенням приведеної жорсткості. Складено і виконано аналіз динаміки на основі неліній-них диференціальних рівнянь другого порядку.

8. Одержано математичні моделі динаміки перехідних процесів з враху-ванням 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 співпада-ють. Однак, повторні пуски системи для якої збільшилася жорсткість, супро-воджуються зростанням динамічних навантажень.

9. До факторів впливу на динаміку навантаження відносяться початкова жорсткість та швидкість переміщення ведучої маси. Раціональним є викорис-тання 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), дезинте-гратор потоку води в системах зрошування солоду, схеми рекуперації матері-альних і теплових потоків при пророщуванні і сушінні солоду тощо. Еконо-мічний ефект від впровадження розробок становить 183 тис. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

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

2. Справочник специалиста пищевых производств. Книга 1. Механи-ка.Соколенко А.И., Украинец А.И., Яровой В.Л., Васильковский К.В., Шев-ченко А.Е., Поддубный В.А., Добровольская Н.Г., Максименко И. Ф., Лензи-он 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. Теплофизи-ческие процессы. Энергосбережение / Соколенко А.И., Украинец А.И., Яро-вой 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., Добро-вольська Н.Г., Соколенко А.І. // Міжвідомчий тематичний науковий журнал "Харчова промисловість", К.: УДУХТ, 2001, № 1 (46), – с. 16-17 – показав неза-лежність енерговитрат від траси системи.

6. Дослідження динаміки перехідних процесів зупинки вантажів. / Під-дубний 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 рі-дини вуглекислим газом. / Соколенко А.І., Шевченко О.Ю., Добровольсь-ка 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., Ми-сан Г.Ф. Опубл. 17.02.2003. Бюл. № 2 – запропонував аератор виконати у ви-гляді 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., Піддуб-ний В.А. Опубл. 15.11.2002. Бюл. № 11 – запропонував тиск в системі про-міжного 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., Піддуб-ний В.А. Опубл. 16.12.2002. Бюл. № 12 – запропонував підситовий простір зро-бити змінним в поперечному напрямку.

12. Динаміка навантажень силових елементів змінної жорсткості в сушар-ках солоду. / Піддубний В.А., Українець А.І. // Матеріали VII міжнародної нау-ково-технічної конференції. К.: УДУХТ, 2001, № 10, с. 154 – сформулював ме-тоди 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 розван-таженням.

АНОТАЦІЯ

Піддубний В.А. Розробка методів розрахунку і удосконалення обладнан-ня 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 мікробіоло-гічно 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 обо-рудования систем производства солода. – Рукопись.

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

Диссертация содержит результаты анализа современного состояния тех-ники и технологии, использующихся для производства солода. Показана необ-ходимость разрешения задач снабжения этих процессов физически и микробио-логически чистым воздухом, рекуперации материальных и тепловых потоков при проращивании солода, рекуперации теплоты сушильного агента во взаи-мосвязи с механизацией погрузочно-разгрузочных работ. За направление меха-низации принято использование поворотных платформ сушилок, на которых разгрузка осуществляется под действием гравитационных сил.

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

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, отме-чены 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 соло-да, составляющие технологии и соответствие используемого оборудования современным требованиям, намечены основные задачи, подлежащие разреше-нию.

В связи с этим сформированы выводы по результатам обзора, форми-руется актуальность проблемы.

Во втором разделе излагаются методики аналитических и эксперимен-тальных 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 прове-дения 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, сформу-лирована и решена задача по выбору геометрических координат опор плат-формы, 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 отрица-тельных 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 наг-рузки гибких подвесок платформы на основе двухмасовых систем с изменя-ющейся жесткостью. Такая постановка задачи приводит к нелинейным моде-лям,, не имеющим решений в явном виде. Анализ систем выполнен на основе численного их решения.

Определена оценка влияния диссипативных свойств системы на динами-ку нагружения элементов системы подвески. Учет диссипативных явлений вносит определенные коррективы и расширяет временные границы, связанные с достижением отрицательных нагрузок. Выполненный анализ систем с изме-няющейся жесткостью и с учетом диссипативного рассеивания показал полное соответствие классическим положениям теории колебаний. С учетом начальной жесткости интенсивность затуханий возрастает, уменьшаются амплитуды ско-ростей 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 значи-тельным 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, ди-намика, 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.