Б. А. Қойайдаров1, Г. Ж айжанова



жүктеу 123.87 Kb.
Дата23.04.2019
өлшемі123.87 Kb.

ӘОЖ 631.862
Б.А. Қойайдаров1, Г.Ж Айжанова2
1Канд. техн. наук, доцент, 2Магистрант

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати, г. Тараз, РК
МЕХАНИКАЛЫҚ АРАЛАСТЫРҒЫШТЫҢ ПЛАСТИНАЛЫ ҚАЛАҒЫНЫҢ КЕДЕРГІ МОМЕНТІН ЕСЕПТЕУ
Горизонталь білікті пластиналы қалаққа органикалық массадан түсетін кедергі моментті есептеу әдістемесі құрылды.
Түйін сөздер: биогаз, реактор, блок, пластина, қалақ, қысым, кедергі, момент, органикалық масса.
Биогаз қондырғылары пассивті және активті режимдерде жұмыс жасайтын болып бөлінеді [1, 2].

Пассивті режимде жұмыс жасайтын биогаз қондырғылары негізінен жылы аймақтардың (Индия, Қытай, Африка елдері) жеке шаруашылық-тарында пайдаланылады. Мұндай биогаз қондырғыларында реактордағы органикалық массаға сырттан ешқандай әрекет жасалмайды. Сондықтан пассивті режимде жұмыс жасайтын биогаз қондырғыларының жұмыс өнімділігі төмен болады және реактордағы органикалық масса аяғына дейін өңделмейді, бірақ қондырғының құрылысы қарапайым, құны арзан, пайдалану шығыны төмен .

Фермерлік және өнеркәсіптік биогаз қондырғылыры активті режимде жұмыс жасайды. Активті режимде реактордағы органикалық масса араластырылады және өңдеу температурасы бір деңгейде ұсталады. Сондықтан, мұндай биогаз қондырғыларының жұмыс өнімділігі жоғары болады және органикалық масса реакторда жеткілікті дәрежеде өңделеді. Алайда, активті режимде жұмыс жасайтын биогаз қондырғыларының құны және пайдалану шығыны жоғары болады. Осыған байланысты қазіргі кездегі зерттеулердің негізгі бағыты активті режимде жұмыс жасайтын биогаз қондырғыларының құнын және пайдалану шығынын төмендету жолдарын анықтау. Бұл мәселе, әсіресе, фермерлік биогаз қондырғылары үшін өзекті.

Фермерлік биогаз қондырғыларында пайдалану шығыны негізінен реактордағы органикалық массаның температуралық режимін ұстауға және оны араластыруға жұмсалатын энергия мөлшерімен анықталады.

Реакторда температуралық режимді қалыптастыруға жұмсалатын энергия шығыны реактордың жұмысшы көлеміне және геометриялық формасына, жылу алмастыру және жеткізу жүйесіне, жылу алу, сақтау және реттеу әдістеріне байланысты. Сондықтан осы факторлардың оңтайлы варианттарын табу арқылы температуралық режимге жұмсалатын энергия шығынын төмендетуге болады.

Реактор ішіндегі органикалық массаның өңделу дәрежесін көтеруді, анаэробты процесті жеделдетуді және біркелкі температурада жүруін қамтамасыз ету үшін оны араластырып тұру керек [1, 2]. Фермелік биогаз қондырғыларында реактордағы органикалық массаны негізінен механикалық араластырғышпен күштеп араластыру әдісі қолданылады.

Рекаторының жұмысшы көлемі үлкен фермерлік биогаз қондырғыларында (мысалы, германиялық фермелік биогаз қондырғылары) органикалық массаны араластыруға көп энергия жұмсалады. Осыған байланысты реакторы бірдей шағын блоктардан құралатын фермерлік биогаз қондырғысының жобасы құрылды [3].

Ұсынылған фермерлік биогаз қондырғысында реактор блогының жұмысшы көлемі 10 м3 формасы тік төртбұрышты призма, ұзын өсі горизонталь орналасқан. Сиымдығы камераларға бөлінген. Камералардағы органикалық масса араластырылады.

Реактор блогындағы органикалық массаны араластыруға механикалық горизонталь білікті жетекті араластырғыш тура келеді. Механикалық білікті араластырғыш шнекті, күрек қалақты және пластиналы қалақты болады [1, 2].

Блок камераларының формасын және өлшемдерін, түрлі араластыру динамикасын құру мүмкіндігін және күрек қалақпен салыстырғанда энергия шығыны төмен болатынын ескеріп реактор блогының камераларындағы органикалық массаны араластыруға пластиналы қалақты механикалық араластырғыш таңдалды.

Қалақты құратын пластиналардың араларын ашып әртүрлі деңгейде орналастыру арқылы органикалық массаны блок камерасының көлемінде араластыруға, араласу динамикасын жақсартуға және қалаққа түсетін кедергі моментін төмендетуге болады.

Механикалық араластырғыштың білігін айналдыруға қажетті қуат


, Вт, (1)
мұнда: zл – реактор блогындағы қалақтар саны; – i қалақтың органикалық массаның ішінде айналуына кедергі моменті, Нм; –араластырғыш білігінің бұрыштық жылдамдығы, C-1; – араластырғыш білігінің тіректеріндегі үйкеліс моменті, Нм.

Қалақ органикалық массаны шашпай және микроорганизмдердің жұмысына кедергі жасамай араластыруы үшін механикалық араластырғыштың білігі ÷4 айн/мин айналым санымен айналады [1, 2]. Сондықтан қалақты айналдыруға қажетті қуат негізінен кедергі моментіне тәуелді болады.

Пластиналы қалақ бір немесе екі шыбыққа бекітілген, әртүрлі радиуспен айналатын, бірнеше пластинадан тұрады. Сондықтан бір пластинадан болатын кедергі моментін таба білсек, онда пластиналы қалақтың кедергі моментін анықтай аламыз.

Бір пластиналы қалақтың кедергі моменті пластина өлшемдеріне (ені, ұзындығы), айналу радиуысына және пластинаның органикалық массаға бату тереңдігіне тәуелді болады.

Реактордағы органикалық массаға батырылған қалақтың пластинасына түсетін гидростатикалық қысым өзара теңгерілген. Сондықтан пластинаның жүрісіне кедергі жасамайды. Кедергі органикалық массаның қабатының салыстырмалы жылжуынан болады.

Органикалық массаға батырылған қалақтың пластинасын жүргізгенде, ол алдындағы (қалыңдығы пластина еніне, ал ені пластина ұзындығына тең) органикалық массаның қабатын өзімен бірге жылжытады. Сол кезде жылжыған органикалық массаның қабатына онымен жанасатын қабаттардан үйкеліс күші түсіп, қозғалуына кедергі жасайды. Үйкеліс күштері пластина бетіне жылжитын органикалық масса арқылы біркелкі таралып түседі деп есептейміз. Осы кедергі қысым пластиналы қалақты айналдыруға кедергі моментін тудырады.

Араластыру процессі кезінде жылжитын органикалық масса қабатына және қалақтың пластинасына түсетін күштер схемасы 1-суретте көрсетілді. Суретте реактор блогының камерасындағы органикалық массаға батырылған бір пластиналы қалақ көрсетілген:

1 – блок камерасы; 2 – органикалық масса; 3 – механикалық араластырғыш білігі; 4 – қалақ рычагы; 5 – пластина.


Сурет 1. Пластиналы қалақтың кедергі моментін есептеу схемасы

Қалақты (4) білікті (3) айналдырып бұрғанда пластина (5) жылжытатын органикалық массаның қабатының жоғарғы және төменгі беттеріне түсетін гидростатикалық қысымдар (қалақ тік төмен орналасқанда) [4]:



, Н/м2; (2)

Н/м2,

мұнда: – органикалық массаның көлемдік массасы, кг/м3; Н – пластина ортасының органикалық массаға бату тереңдігі, м; пластина ені, м; g9,81м/с2ауырлық кұшінің үдеуі. – реактор блогындағы органикалық массаның бетіне түсетін қысым, Н/м2.

Пластина алдындағы органикалық массаның жылжитын қабатының жоғарғы және төменгі беттеріне олармен жанасатын органикалық массаның қабаттарынан түсетін үйкеліс күштері:

, Н; (3)
Н,

мұнда : – органикалық массаның жылжитын қабатының жоғарғы және төменгі беттеріне түсетін гидростатикалық қысымдар, Н/м2;  – органикалық массаның ішкі үйкеліс коэфиценті; – пластина ұзындығы, м; – жылжитын органикалық массаның қабатының ұзындығы, м.

Үйкеліс күштерін салыстырмалы қозғалыста болатын органикалық массаның қабатының бетінің ауданына бөліп, жылжитын органикалық масса қабатының беттеріне түсетін жанама қысымдарды анықтаймыз:
Н/м2 ; (4)

Н/м2 ,
мұнда: – пластина жылжытатын органикалық массаның қабатының жоғарғы және төменгі беттеріне түсетін жанама қысымдар, Н/м2; –жылжитын органикалық массаның қабатының бетінің ауданы, м2.

Сонда, органикалық массаның жылжитын қабаты арқылы пластина бетіне түсетін кедергі қысым () жанама қысымдардың қосындысына тең болады


Н/м2. (5)
Пластинаға түсетін кедергі қысым () қалаққа кедергі моментін түсіреді. Кедергі моментінің үлкен шамасы қалақ пластинасы органикалық массаға барынша терең батқанда болады (қалақ тік төмен орналасқанда)

Нм, (6)
мұнда: МСН – тік төмен орналасқан қалаққа пластинадан түсетін кедергі моменті , Нм; Н – қалақ пластинасының орта сызығының органикалық массаға бату тереңдігі, м; һ-қалақ білігінің өсінен реактор блогындағы органикалық массаның бетіне дейінгі биіктік, м.

Қалақ білігі реактордағы органикалық массаның бетінен жоғары немесе төмен орналасуы мүмкін (жалпы жағдайда ):



  1. жоғары орналасқанда – (6) формуладағы һ-тың таңбасы «+» болады;

  2. төмен орналасқанда - (6) формуладағы һ-тың таңбасы «-» болады.

Тік жоғары орналасқан қалақтың органикалық массадағы пластинасы жылжытатын органикалық массаның жоғарғы және төменгі беттеріне түсетін гидростатикалық қысымдар:

Н/м2; (7)

Н/м2,

мұнда: һ – блок ішіндегі органикалық массаның бетінен қалақ білігінің өсіне дейінгі биіктік, м; R – пластинаның орта сызығының қалақ білігінің өсінде айналу радиусы, м.

Тік жоғары орналасқан қалақтың пластинасынан қалаққа түсетін кедергі моменті
Нм. (8)
Механикалық араластырғыш білігінің бұралу моментін азайту мақсатымен қалақтарды білікке диаметрлік сызыққа симетриямен өзара теңгеріп, ал біліктің бойына өзара 900 бұрышпен кезекпен айқастырып орналастыру схемасы таңдалды (1-сурет). Сондықтан блоктың камерасының 1-ші бөліміндегі қалақ тік тұрса,онда одан кейінгі 2-ші бөліміндегі қалақ горизонталь тұрады, ары қарай осындай ретпен жалғаса береді. Осыған байланысты, үлкен кедергі моментін беретін тік қалақпен қатар, горизонталь қалақтың пластинасы түсіретін кедергі моментті де білу керек болады.

Горизонталь қалақтың пластинасы жүргізетін органикалық массаның қабатының жылжитын беттеріне түсетін гидростатикалық қысымдар бірдей болады және бойында сызықтық заңдылықпен өзгереді (1-сурет). Есептеуді жеңілдету үшін органикалық массаның жылжитын қабаттарының беттеріне түсетін орташа қысымды пластинаның бетіне түсетін гидрастатикалық қысымға тең деп аламыз


Н/м2. (9)
Бұл қысым көтерілетін пластина жақтағы орташа қысымнан артық, ал төмен түсетін пластина жақтағы орташа қысымнан кем болады. Механикалық араластырғыш білігі блоктағы органикалық массаның биіктігінің (НБ) ортасына жақын орналасатындықтан () есептеуге алынған орташа қысым (9) дәлдеп есептеу нәтижесіне жеткілікті жақын нәтиже береді.

Горизонталь қалақтың пластинасынан қалаққа түсетін кедергі моменті (8) формуламен есептеледі.

Қалақтың кедергі моментін () пластинаға шеңберлік күш () түсіретін кедергі қысымның ( шамасын кішірейту арқылы төмендетуге болады. Қалақ білігінің өсіне пластинаны параллель және бұрып көлбеу орналастыру жолдары бар.

Қалақ пластинасы (2) білік өсіне (1) «»бұрышпен көлбеу орналасқанда органикалық массаның жылжитын қабатынан пластинаға түсетін кедергі қысым ) екі құраушыға жіктеледі (2-сурет):



(10)
мұнда: – -шеңберлік күш () тудыратын кедергі қысым () құраушысы; өстік күш тудыратын кедергі қысым () құраушысы; -пластинаның қалақ білігінің өсіне көлбеу бұрышы.

Сурет 2. Пластинаны көлбеулеу схемасы


Қалаққа бекітілген пластиналарды біліктің өсіне туралап және екі бағытқа көлбеулеп орналастыру арқылы оганикалық массаның араласу динамикасын жақсартуға болады. Сонымен қатар пластиналарды жұптап екі бағытқа көлбеулеп бекіту арқылы қалақтың білігінің подшипниктеріне түсетін өстік күшті болдырмау мүмкіндігі бар.

Реактор блогында өңделетін органикалық массаның сулылығы 95%, температурасы аралығында [1, 2]. Сондықтан органикалық массаның көлемдік массасы () мен ішкі үйкеліс коэффиценті (fБ )судың осындай параметрлеріне () жақын болады (органикалық заттың 5% мөлшеріне өсірдік):


кг/м3;


мұнда: кг/м3 - судың көлемдік массасы; судың ішкі үйкеліс коэфиценті (динамикалық тұтқырлығы).

Пластина қалақ органикалық массаға тік төмен батып орналасқанда пластинадан қалаққа ең үлкен кедергі моменті түседі. Қалақтың осы қалпындағы пластинаға түсетін кедергі қысымның ( және пластинадан қалақа түсетін кедергі моменттің () пластинаның органикалық массаға бату тереңдігіне тәуелді өзгеруі келесі шартқа есептелді:



  1. Пластина – тік төртбұрыш формалы; ені -ұзындығы -қалақ білігіне параллель орналасқан.

  2. Блоктағы органикалық массаның биіктігі –

  3. Қалақ білігінің блок түбінен орналасу биіктігі -

  4. Пластинаның қалақтағы зерттелетін орналасу радиустары - R =400 мм; 500 мм; 600 мм;700 мм;800 мм.

Блоктағы органикалық массасының бетінен қалақ білігінің өсіне дейінгі биіктік




Тік төмен орналасқан қалақтағы пластинаның органикалық массаға бату тереңдіктері:

Пластина бетінің ауданы

Блоктағы органикалық массаның бетіне атмосфералық қысым түседі деп есептейміз

Осы қабылданған шартқа есептелген гидростатикалық (),жанама () кедергі ( қысымдар және қалаққа түсетін кедергі момент (МСН) шамалары кестеде келтірілді.


Н,м

1,17

1,27

1,37

1,47

1,57



109861

110891

111921

112951

113981



110376

111406

112436

113466

114496



116,5

117,5

118,6

119,7

120,8



117

118,1

119,2

120,3

121,4



233,5

235,6

237,8

240

242,2



0,94

1,18

1,43

1,68

1,94

Кестеде келтірілген есептелген шамалары бойынша тұрғызылған графиктер 3-ші және 4-суретттерде көрсетілді:

  1. пластинаға органикалық массадан түсетін кедергі қысымның тік төмен орналасқан қалақтағы пластинаның бату тереңдігіне тәуелді өзгеру графигі3-сурет;

  2. пластинадан тік төмен орналасқан қалаққа түсетін кедергі моментінің пластинаның бату тереңдігіне тәуелді өзгеру графигі 4-сурет.

Сурет 3. Пластинаға түсетін кедергі қысымның

оның бату тереңдігіне тәуелді өзгеру графигі
Тік төмен орналасқан қалақтағы пластина органикалық массаға тереңдеген сайын оған түсетін кедергі қысым сызықтық заңдылықпен өседі.

Пластинадан тік төмен орналасқан қалаққа түсетін кедергі моменті пластина қалақтың білігінен қашықтаған сайын сызықтық заңдылықпен артады.



Сурет 4. Пластиналы қалақтың кедергі моментінің

оның бату тереңдігіне тәуелді өзгеру графигі
Пластиналы қалақты механикалық араластырғыштың білігіне пластинадан түсетін кедергі моментін есептеу әдістемесі құрылды.

Ұсынылған әдістеме реактор блогына пластиналы қалақты механикалық араластырғышты оңтайлап жобалауға және қуатын анықтауға мүмкіндік жасайды.


ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ


  1. Баадер, В. Биогаз: теория и практика [Текст] / В. Баадер, Е. Доне, М. Бренндерфер; перевод с немецкого. – М.: Колос, 1982.

2. Веденев, А.Г. Строительство биогазовых установок. Краткое руководство [Текст] / А.Г. Веденев, А.Н. Маслов. – Бишкек: Евро, 2006.

3. Фермерская биогазовая установка [Текст] / Инновационный патент кz № 27285. Койайдаров Б.А.


Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет