Совершенствование технологии и оборудования для сушки стланцевой льняной тресты
На правах рукописи
УДК 677.021: 677.051
ВАСИЛЬЕВ Юрий Витальевич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ
ДЛЯ СУШКИ СТЛАНЦЕВОЙ ЛЬНЯНОЙ ТРЕСТЫ
| Специальности: | 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (лёгкая промышленность) |
| 05.19.02 – Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья |
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Кострома, 2013
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КГТУ»)
| Научные руководители: | Киселёв Николай Владимирович, доктор технических наук, доцент Пашин Евгений Львович, доктор технических наук, профессор |
| Официальные оппоненты: | Гусев Вадим Александрович, доктор технических наук, профессор, КГТУ |
| Потарин Александр Анатольевич, кандидат технических наук, доцент, Костромская государственная сельскохозяйственная академия (КГСХА) | |
| Ведущая организация: | Костромской НИИ льняной промышленности ( ОАО «КНИИЛП»), г. Кострома |
Защита состоится 21 марта 2013 года в 12 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.093.01 в Костромском государственном технологическом университете по адресу: г.Кострома, ул. Дзержинского, д.17.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ. Текст реферата размещен на сайте ВАК Минобрнауки РФ vak2.ed.gov.ru
Автореферат разослан 21 февраля 2013 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета, д.т.н., профессор Г.К. Букалов
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В условиях рыночной экономики вопросы рентабельности производства на предприятиях первичной обработки являются первостепенными для обеспечения текстильной промышленности качественным льноволокном. Анализ структуры себестоимости продукции льнозаводов выявляет значительные затраты, связанные с энергоресурсами. Их доля составляет примерно четвертую часть. Наиболее энергозатратной технологической операцией при производстве волокна является сушка стланцевой тресты. При её реализации в настоящее время используются морально устаревшие машины повышенной метало- и энергоёмкостью, промышленный выпуск которых по данной причине прекращен.
Наряду с этим при использовании в АПК интенсивных механизированных технологий производства льнотресты стал проявляться ещё один недостаток: неэффективная сушка льнотресты, поставляемая на льнозаводы в рулонах, длина стеблей в которых значительно варьирует. В результате этого слой стеблей имеет разную ширину, что ведет к утечкам горячего воздуха помимо слоя, расположенного на сетчатом транспортере сушилки и, как следствие, к снижению эффективности термовлажностной подготовки. В результате стебли тресты перед механической обработкой имеют различную влажность и поэтому – различную декортикационную способность, наблюдается рост уровня недоработанного волокна. Его доведение до ликвидного состояния требует дополнительной обработки, что приводит к росту волокнистых потерь, снижению качества трепаного волокна и увеличению производственных затрат.
В этой связи задача по разработке новых технологических и технических решений по повышению эффективности процесса сушки льняной тресты является актуальной, направленной на укрепление сырьевой базы отечественной текстильной промышленности.
Актуальность изучаемой темы подтверждается соответствием основным положениям развития отечественного льняного комплекса, отраженных в целевой ведомственной программе «Развитие льняного комплекса России на 2008-2010 годы», утвержденной Минсельхозом РФ 16.06.2008 г., приказ № 261; региональной программы развития льноводства в Костромской области на период до 2014 года, а также планам научных исследований КГТУ.
ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является повышение выхода длинного волокна за счет совершенствования процесса и оборудования для сушки стланцевой льняной тресты.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- анализ известных способов и оборудования для сушки льняной тресты, а также анализ опубликованных результатов исследований влияния термовлажностной подготовки стеблей льняной тресты на результаты ее механической обработки;
- исследование декортикационной способности стеблей льнотресты по их длине в процессе термовлажностной подготовки. Разработка предложений по совершенствованию процесса сушки льняной тресты и вариантов их технической реализации;
- разработка адекватной компьютерной модели процесса сушки, оценка эффективности предложенных решений и оптимизация параметров процесса методом вычислительного эксперимента;
- оценка технологической эффективности разработанных предложений, разработка рекомендаций по совершенствованию сушильных машины для льняной тресты и оценка их экономической эффективности.
Методы исследования.
В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Разработанные математические модели базируются на законе фильтрации Дарси, уравнениях гидродинамики вязкой несжимаемой жидкости, современных моделях турбулентности, заложенных в САЕ-систему ANSYS, критериальных уравнениях массообмена при сушке лубоволокнистых материалов, теории математического моделирования и оптимизации. Достоверность полученных результатов обеспечивается обоснованным уровнем абстракции при замене реальных процессов их математическими моделями и подтверждается соответствием полученных теоретических результатов данным контрольных экспериментов. Обработка экспериментальных данных производилась в среде LabView 8.5. Результаты ряда экспериментальных исследований согласуются с данными других авторов.
Научная новизна работы заключается в разработке теоретических положений для моделирования процесса термовлажностной обработки льна, включающих новые методы расчета параметров процесса и рабочих органов сушильной машины, обеспечивающих рациональное распределения остаточной влаги и формирование технологических свойств по длине стеблей.
В диссертационной работе впервые:
по специальности 05.02.13
– разработана компьютерная модель процесса конвективной сушки льняной тресты, реализованная в среде ANSYS CFX, учитывающая параметры технологического процесса, геометрию сушильной камеры и способ подачи сушильного агента, фильтрационные характеристики слоя тресты с учетом их неоднородности, обеспечивающая возможность оптимизации параметров оборудования и процесса сушки;
– дано теоретическое обоснование новой схемы подвода теплоносителя в слой тресты в камере сушильной машины, обеспечивающей дифференциацию влажности по длине стеблей;
– теоретически определена оптимальная степень рециркуляции сушильного агента для новой схемы сушки, обеспечивающая максимальное снижение удельных затрат тепловой энергии при минимальной потере производительности сушильной машины;
по специальности 05.19.02
- обоснована необходимость одновременного изменения прочностных и декортикационных свойств по длине стеблей тресты в соответствии с энергетическими затратами на обескостривание по высоте активной зоны трепальной машины;
- дано обоснование нового способа термовлажностной подготовки стеблей тресты с дифференцированным распределением остаточной влажности с учетом особенностей силового нагружения обрабатываемых прядей по высоте поля трепания и формирования требуемых различий технологических свойств по их длине.
Практическая ценность и реализация полученных результатов.
В результате выполнения диссертационного исследования разработан автоматизированный лабораторный стенд для исследования процесса сушки лубоволокнистых материалов с программным обеспечением в среде LabVIEW, используемый в учебном процессе на кафедре «Технология производства льняного волокна» при выполнении выпускных квалификационных работ и магистерских диссертаций.
Обоснован выбор рационального способа подачи сушильного агента в слой тресты, и разработаны рациональные варианты устройства для сушки льняной тресты, защищенных патентами РФ. Определена оптимальная толщина слоя тресты и степень рециркуляции сушильного агента при сушке по предлагаемой схеме, обеспечивающие минимум затрат на сушку единицы массы тресты. Доказана возможность повышения выхода длинного волокна на 1% (абс.) при обеспечении массовой доли костры на уровне стандартных норм.
Рекомендации по совершенствованию конструкции сушильной машины для стланцевой льняной тресты приняты для использования Ивановским механическим заводом им. Г.К. Королёва. Ожидаемый экономический эффект от использования новых технических решений составляет 180 рублей на одну тонну тресты при сроке окупаемости новой машины не более одного года.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы получили одобрение, путем апробации на: 9-й Международной конференции пользователей ANSYS/CADFEM, Москва, 2011 г.; Всероссийской научно-практической конференции «Реинжиниринг технологических, организационных и управленческих процессов как основа модернизации экономики регионов», Кострома, 2010 г.; Всероссийской научно-практической конф. «Производственная инфраструктура: экономические, технико-технологические, организационно-управленческие и информационные аспекты», Кострома, 2011 г.; заседании кафедры технологии производства льняного волокна КГТУ, 2011 г.; заседании семинара по теории машин и механизмов (Костромской филиал семинара по ТММ РАН, секция «Текстильное машиноведение»), 2010, 2012 г.г.; на расширенном заседании кафедры теории механизмов и машин, деталей машин и проектирования текстильных машин КГТУ 2012 г.; Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий (Лен–2012), г.Кострома, 2010, 2012 г.; заседании научно-технического совета ОАО «Завод имени Г.К.Королева», г.Иваново, 2013 г.
Основные положения диссертации опубликованы в материалах 11 статей, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Техническая новизна предложенных решений защищена 2 патентами РФ на изобретения.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из пяти глав, изложенных на 145 страницах, содержит 72 рисунка, 13 таблиц, список литературных источников из 40 наименований, а также имеет выводы и приложения.
Содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы её цель и задачи, представлена общая характеристика работы, включающая описание использованных теоретических и экспериментальных методов исследований, формулировку новых научных результатов и их научной новизны, практической значимости, достоверности и обоснованности выводов и рекомендаций, полученных в работе.
В первой главе выполнен критический анализ современного оборудования для сушки лубоволокнистого сырья, а также изложены основные теоретические положения по моделированию процессов массобмена при термовлажностной обработке материалов.
Обзор опубликованных работ по проблемам развития льноводства позволил констатировать, что вследствие интенсификации технологических процессов в льноводстве, сокращения требуемых сортировок льна на льнозаводы поступает треста с повышенным уровнем неоднородности по основным технологическим свойствам. Это вынуждает льнозаводы при её переработке получать волокно с повышенной долей недоработанного льна (до 40–60%), характеризующегося увеличенным содержанием костры, прежде всего, в средних частях горсти. Образование таких волокон требует их дополнительной обработки и поэтому ведет к росту издержек производства, снижению выхода длинноволокнистых фракций, ухудшению их качества и конкурентоспособности отечественных льняных изделий.
Используя результаты работ В.П. Благовещенского, В.В. Волкова и других исследователей, посвященных исследованию зависимости технологических свойств льняной тресты от влажности, установлена целесообразность повышения эффективности обескостривания за счёт использования нового способа терможлажностной подготовки с дифференцированным распределением остаточной влажности по длине стеблей тресты.
В этой связи был проведен анализ направлений и технических средств, связанных с сушкой лубоволокнистых материалов.
Выявлено, что впервые продольная продувка горизонтального слоя тресты была предложена в 1984 году Е.Л. Пашиным при очистке от костры стеблей конопли. В последующее время улучшением процессов сушки занимались Е.Н. Токмаков, А.А. Потарин, а также специалисты ПО «Псковмаш» и других организаций. Например, была предложена сушильная установка, в которой горячий воздух подаётся вдоль стеблей, которые ограничены направляющими, в том числе и по высоте слоя. В этом случае негативное влияние различий по ширине и толщине слоя в значительной степени исключается.
Теоретические основы процесса сушки лубоволокнистых материалов сформированы в работах А.В.Лыкова, Б.С.Сажина, Н.Д. Хомуцкого. Указанными авторами были даны общие дифференциальные уравнения процесса, получено критериальное уравнение массообмена при сушке льняной тресты.
В заключительной части главы рассмотрены возможности САЕ-системы ANSYS, и предложен новый подход к моделированию процессов конвективной сушки слоевых материалов с ее использованием, на основе принципа гомогенизации и критериального уравнения массообмена. Это позволяет избежать необходимости прямого моделирования тепломассообменных процессов в сложной многоуровневой структуре слоя льняной тресты.
Во второй главе дано технологическое обоснование новой схемы сушки стланцевой льняной тресты с дифференцированным распределением остаточной влажности.
Анализ особенностей механической обработки льна, в частности, трепания, позволил установить, что по высоте поля трепания интенсивность и характер механических воздействий существенно отличается. Согласно выводам С.В.Бойко, на обработку концевых свободных участков затрачивается больше энергии, чем участков прядей в слое у зажима. С учётом разницы в толщине слоя по длине прядей и большей плотности волокон в верхней части поля трепания, эти различия способствуют ухудшению обескостривания волокна. Более интенсивная обработка путём повышения частоты вращения барабанов ведет к образованию волокнистых отходов за счёт обсечки концевых участков. Поэтому на практике сохранение выхода трепаного льна всегда сопряжено с ростом остаточного содержания костры у зоны зажима, что снижает качество волокна.
При обосновании решений по устранению этих недостатков за счет дифференциации влажности различных участков стеблей тресты, в развитие к известным данным, были проведены эксперименты с использованием разной по степени вылежки стланцевой тресты (рис. 1).
Установлено, что изменение влажности стеблей тресты от 5-6% до 14–22% приводит к увеличению разрывного усилия волокна в 1,75 раза. Такое увеличение наблюдается во всех зонах по длине стеблей с разной степенью вылежки. Наряду с этим, изменение влажности от 14 до 5–6% значительно улучшает способность стеблей к обескостриванию. Показатель отделяемости возрастает в 1,5 раза. Таким образом была доказана целесообразность дифференцированной подсушки стеблей по их длине. Средняя часть должна иметь влажность не более 10%, а концевые участки – 14–17%.
Данное предположение было подтверждено путем оценки технологических показателей при механической обработке тресты (рис. 2).
При обработке недолежалой тресты были реализованы следующие варианты опытов: 1- существующий способ сушки; 2- дифференцированная по длине сушка; 3- с увлажнением концевых участков. Оказалось, что новое предложение, а именно 2 вариант, существенно снижает содержание костры в средней части гости. При этом наблюдается снижение волокнистых потерь из концевых участков и их выравнивание по длине. Аналогичные результаты были получены и для перележалой тресты. Это позволило рекомендовать способ дифференцированной по длине термовлажностной подготовки в качестве основы для обоснования режимно-конструктивных параметров новой сушильной машины.
Рис. 1.Зависимость разрывного усилия волокна и отделяемости от влажности стеблей
Рис.2. Содержание костры в волокне и волокнистые потери
для недолежалой тресты
В третьей главе приведена компьютерная модель процесса сушки тресты с учетом предлагаемой схемы, обеспечивающей дифференциацию влажности участков стеблей, и результаты экспериментального уточнения критериального уравнения массообмена для стланцевой льняной тресты. Слой тресты рассматривается как ортотропная пористая среда с распределенными параметрами, а для расчета массообмена используется критериальное уравнение, полученное Н.Д.Хомуцким.
Модель реализована в среде САЕ-системы ANSYS, область моделирования представляет отдельную секцию сушильной машины. Основные соотношения, замыкающие систему уравнений Навье-Стокса, сплошности и энергии, заложенных в ANSYS, представлены формулами (1–14). Проницаемость слоя стеблей при поперечном и продольном обтекании стеблей рассчитывалась с использованием данных А.Н.Гавриловой.
Входными данными для данной модели являются температура атмосферного воздуха и массовая доля влаги в нем; температура сушильного агента; скорость воздуха во входных сечениях воздуховодов; длина стебля тресты, и закон изменения его диаметра по длине; объемная плотность загрузки тресты, ее начальная влажность; законы изменения проницаемости слоя в направлении осей стеблей и по нормали к нему; степень рециркуляции воздуха в зоне сушки; геометрия области течения (слоя тресты и воздуховодов). Выходные данные модели: время сушки тресты до равновесной влажности; кривая сушки слоя в целом или любого его элемента; распределение параметров воздуха и влажност тресты в слое в любой момент времени; затраты тепла и электроэнергии на сушку суммарные, удельные, изменение их в ходе сушки.
Для выполнения расчетов по данной модели выполнено также уточнение эмпирических коэффициентов в уравнении Г.К.Филоненко и критериальном уравнении Н.Д.Хомуцкого, применительно к стланцевой льняной тресте. Опыты по сушке тресты производились на разработанном автоматизированном лабораторном стенде, программное обеспечение которого создано в среде LabVIEW. Полученное критериальное уравнение имеет вид:
. (15)
Уравнение (15) получено при 80<Re<360 (скорость воздуха на входе в слой 0,4–1,4 м/с), плотности слоя 63–128 кг/м3, температуре воздуха 68–92С, влажности тресты 4–30%. Зависимость относительной скорости сушки от разности текущей и равновесной влажности тресты полностью совпадает с данными Н.Д.Хомуцкого. Оценка адекватности модели по данным контрольных экспериментов показала, что при плотности слоя 20–80 кг/м3 и скорости воздуха 0,73–2,5 м/с расхождение не превышает 30%, а при плотности слоя не менее 40 кг/м3, снижается до 15%, что можно признать удовлетворительным.
В четвертой главе дано обоснование рациональных параметров предлагаемой схемы сушки, обеспечивающей дифференциацию влажности участков стеблей тресты, и устройства для его реализации.
Моделирование процесса сушки тресты с чисто продольной подачей теплоносителя показало невозможность получения необходимого для улучшения технологических свойств тресты распределения влажности по длине стеблей. Для реализации нового способа сушки, обеспечивающего преимущественную подсушку средней части стеблей, предложены варианты подачи теплоносителя, представленные на рисунке 3. Оказалось, что вариант 1 приводит к значительному замедлению сушки правой части слоя, в связи с чем он был исключен.
Рис. 3. Предлагаемые схемы сушки
Как следует из таблицы 1, наиболее целесообразным оказался вариант 4.
Влажность элементов стебля определялась как средняя в соответствующей трети длины стебля. Данный вариант позволяет не только обеспечить требуемое распределение влажности между элементами стеблей, но и уменьшить затраты тепла на килограмм испаренной влаги. Как следует из рис. 4, схема с центральным подводом воздуха позволяет обеспечить достаточную для получения технологического эффекта дифференциацию влажности участков стебля.
Результаты вычислительных экспериментов показали, что увеличение степени рециркуляции как при продольной продувке, так и для предлагаемой схемы, целесообразно до величины 3–3,5, т.к. дальнейшее ее повышение не приводит к существенному снижению энергозатрат, увеличивая время сушки.
При этом время сушки возрастает примерно на 20–22%, что является неизбежной платой за рост энергоэффективности.
Таблица 1. Результаты расчета процесса сушки для вар.2–4 подачи воздуха
| Без рециркуляции | |||||||||
| № вар. | Время сушки, с | Неравномерность сушки, % | Влажность элементов стебля, % | Уд.затраты тепла, кДж/кг вл. | Производительн., кг/ч/м2 | ||||
| W min | W max | Средн. | Верш. | Сер. | Комель | ||||
| 2 | 175 | 5,3 | 22,4 (серед.) | 9,5 | 10,6 | 7,3 | 10,8 | 3082 | 148 |
| 3 | 170 | 5,1 | 19,7 (концы) | 9,5 | 11,5 | 6,4 | 10,8 | 3006 | 152 |
| 4 | 152 | 5,1 | 22,1 (концы) | 9,5 | 11,6 | 5,9 | 11,7 | 2703 | 170 |
| С рециркуляцией (степень рециркуляции 4) | |||||||||
| 3 | 220 | 5,3 | 21,1 (концы) | 9,5 | 11,7 | 6,1 | 10,7 | 2284 | 118 |
| 4 | 200 | 5,4 | 23,4 (концы) | 9,5 | 11,4 | 5,5 | 11,5 | 2110 | 130 |
В связи с особой актуальностью вопросов повышения энергоэффективности нового оборудования, в рамках разработанной модели решалась также технико-экономическая задача по оптимизации параметров слоя тресты с целью получения минимальных затрат на тепловую и электрическую энергию, затрачиваемую на сушку тресты. Задача решалась в интегрированной среде WorkBench пакета ANSYS.
Выражение для расчета целевой функции, представляющей затраты на сушку 1 кг тресты по основным статьям расходов:
( 16 )
где Z – затраты на сушку тресты, руб./кг; Ст – стоимость 1 Гкал тепловой энергии, полученной при сжигании костры с теплотой сгорания 2600 ккал/кг при стоимости 1 руб. за кг костры, 385 руб./Гкал; Qуд– удельные затраты тепла на сушку, кДж/кг исп. вл.; W0 – начальная влажность тресты, кг/кг сух.мат.; Nв – мощность, затрачиваемая на перемещение воздуха, Вт ; k1 – переводный коэффициент, 4,19 кДж/ккал; k2 – переводный коэффициент, 1·109 кал/Гкал; Ps – производительность сушилки на 1 м2 площади, кг/(с·м2).
 | Рис. 4. Распределение влажности по длине стеблей на полуширине слоя |
Зависимость затрат от толщины слоя имеет выраженный минимум при оптимальном значении толщины слоя 150–160 мм. При этом в исследованном диапазоне толщины 80–250 мм затраты изменяются от 135 до 162 руб./т тресты, или в 1,2 раза. Существование оптимума объясняется тем, что в толстом слое по обе стороны от места подвода воздуха образуются зоны, отстающие в сушке за счет того, что скорости воздуха в них невелики, и затягивающие сушку слоя в целом.
В заключительной пятой главе диссертации представлены предлагаемые устройства для сушки стланцевой льняной тресты и результаты технологической и экономической эффективности нового способа сушки.
С учётом результатов моделирования процесса сушки по новой схеме, были предложены разные устройства для суши тресты и варианты общей компоновки модульной сушильной машины. Один из них представлен на рис. 5. Для проверки их эффективности был разработан экспериментальный стенд.
 | Рис.5. Модульная сушильная машина с использованием паровых калориферов |
Оценку технологической эффективности нового способа осуществляли с использованием метода контрольной разработки с применением мяльно-трепального агрегата АЛС. Процесс трепания проводили при различных скоростных режимах с использованием тресты разной степени вылежки. Испытывали два варианта термовлажностной подготовки тресты: типовой (опыт 1) и вновь предлагаемый (опыт 2). В качестве оценочных параметров использовали массовую долю костры в получаемом волокне (рис.6), выход волокна и распределение потерь по длине волокнистых прядей (рис. 7). Последний показатель оценивали, используя метод профилирования. Результаты технологической переработки тресты подтвердили теоретические выводы. При неизменности волокнистых потерь в средней части горсти, новый способ сушки обеспечил снижение остаточного содержание костры (особенно в средней части горсти) (рис. 6). В итоге, общий выход длинного волокна увеличился примерно на 1% абс., при увеличении его номера (за счет снижения костры).
Расчет технико-экономических показателей был осуществлен применительно к Даниловскому льнозаводу Ярославской области, на котором установлен новый мяльно-трепальный агрегат МТА-3Л, созданный в рамках программы развития льноводства в РФ. В основу расчета положены полученные экспериментальные данные, указанные в предыдущем разделе. При этом приняли разницу в выходе длинного волокна 0,55%, объясняемую иным оборудованием для получения трепаного волокна (агрегат МТА-3Л взамен АЛС). При использовании новой сушильной машины льнозавод может получать дополнительную прибыль в размере 180 рублей на одну тонну тресты. При этом срок окупаемости новой машины составит не более одного года.
Рис. 6. Изменение массовой доли костры при использовании сравниваемых приёмов сушки тресты и трепании с частотой вращения барабанов 150 мин-1
Рис.7. Распределение площади сечений горсти волокна по ее длине
Общие выводы И рекомендации
- Анализ известных способов термовлажностной подготовки стланцевой льняной тресты к её механической обработке в условиях повышенного варьирования свойств льна и роста цен на энергоносители выявил несовершенство существующих на практике сушильных машин: нерациональное использование теплоносителя, большие габариты и масса. Применяемые на практике и разработанные ранее схемы сушки льнотресты требуют использования теплоизолирующих камер и не обеспечивают рационального распределения остаточной влаги по длине стеблей.
- Предложен новый подход к моделированию процессов конвективной сушки слоевых материалов с использованием САЕ-системы ANSYS на основе принципа гомогенизации и критериального уравнения массообмена, что открывает новые возможности для расчета и конструирования сушильных машин.
- Обоснована целесообразность изменения прочностных и декортикационных свойств по длине стеблей тресты в соответствии с изменением энергетических затрат на их обескостривание по высоте активной зоны (поля трепания) трепальной машины.
- Экспериментально подтверждено, что улучшение технологических свойств льняной тресты возможно в процессе термовлажностной подготовки стеблей путем дифференцированного распределения остаточной влажности по их длине за счет недосушивания концевых участков стеблей и пересушивания их средней части.
- Разработана компьютерная модель процесса конвективной сушки льняной тресты, учитывающая параметры технологического процесса, геометрию сушильной камеры и способ подачи сушильного агента, фильтрационные характеристики слоя тресты с учетом их неоднородности, включающая возможность оптимизации параметров оборудования, слоя и процесса сушки, которая может использоваться для модернизации существующей и разработки новой техники для сушки лубоволокнистых материалов.
- Оценка адекватности модели показала, что отклонение расчетного времени сушки образца льняной тресты от данных эксперимента при плотности слоя 20–80 кг/м3 и скорости воздуха 0,73–2,5 м/с не превышает 30%, а при плотности слоя не менее 40 кг/м3, используемой на практике, снижается до 15%.
- Моделирование процесса сушки тресты с чисто продольной подачей теплоносителя показало невозможность получения необходимого для улучшения технологических свойств тресты распределения влажности по длине стеблей.
- Организация подвода теплоносителя в процессе сушки непосредственно к центральной части формирующих слой стеблей, с поджатием слоя в центральной части и чередованием верхней и нижней подачи в смежных секциях сушильной машины позволяет обеспечить требуемую дифференциацию распределения влажности по длине стеблей. По данным вычислительного эксперимента, при использовании данной схемы влажность концевых участков стеблей после сушки сохраняется на уровне 11,4–11,7%, при влажности срединных участков 5,5–5,9%.
- Увеличение степени рециркуляции для предлагаемой схемы сушки целесообразно до величины 3–3,5, т.к. дальнейшее ее повышение не приводит к существенному снижению энергозатрат, увеличивая время сушки.
- Определена оптимальная толщина слоя тресты при сушке по предлагаемой схеме, составляющая 150–160 мм, обеспечивающая минимум затрат на сушку единицы массы тресты.
- При оценке технологической эффективности от применения новой схемы сушки льнотресты на экспериментальном стенде установлена возможность увеличения выхода длинного волокна на 1% (абс.) при обеспечении массовой доли костры на уровне стандартных норм.
- Расчетный экономической от использования новой сушильной машины, реализующей дифференциацию подсушки по длине стеблей, составляет в условиях одноагрегатного льнозавода 1 937,95 тыс. руб. (или в расчете на одну тонну тресты 180 рублей). При этом срок окупаемости новой машины составит не более одного года.
- По результатам проведённых исследований, разработок и их проверок для практического использования предложены: компьютерная модель процесса сушки слоевых материалов для обоснования рациональных параметров процесса и конструкции машины; новые технологические схемы рабочих зон модульной сушильной машины, исключающих использование теплоизолирующих камер, различные варианты подачи и обеспечения параметров теплоносителя; рекомендации для проектирования новой сушильной машины в условиях ОАО «Ивановский механический завод им. Г.К. Королёва».
ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Журналы, входящие в «Перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий»
- Васильев Ю.В. Компьютерная модель сушки слоя льняной тресты / Ю.В.Васильев, Н.В.Киселев, Е.Л.Пашин // Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. –2010. –№5. –С.28–32.
- Васильев Ю.В. Исследование свойств льняной тресты от влажности по длине стеблей / Ю.В.Васильев, Е.Л.Пашин, Н.В.Киселев // Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. –2010. –№8. –С.22–23.
- Васильев Ю.В. Компьютерная модель сушки слоя льняной тресты / Ю.В.Васильев, Н.В.Киселев, Е.Л.Пашин // Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. –2011. –№3. –С.119–123.
Научно-технические журналы и сборники научных трудов
- Васильев Ю.В. Сравнительная оценка способов подачи воздуха в слой льняной тресты при конвективной сушке / Ю.В.Васильев, Н.В.Киселев, Е.Л.Пашин // Вестник КГТУ. – Кострома: Изд-во КГТУ, –2010. – №1
- Пашин Е.Л. Разработка экспериментального стенда для изучения процесса сушки тресты и отходов трепания льна / Е.Л.Пашин, Н.В.Киселев, Ю.В.Васильев, Е.Э.Иванов //Вестник КГТУ. – Кострома: КГТУ, 2012.– №2 (29), с. 14–17.
Сборники материалов и тезисы докладов на Международных, всероссийских и межвузовских конференциях
- Васильев Ю.В. Компьютерная модель сушки слоя льняной тресты в зоне сушильной машины / Ю.В. Васильев, Н.В. Киселёв, Е.Л.Пашин // В сб. мат. Всероссийской научно-практической конференции «Реинжиниринг технологических, организационных и управленческих процессов как основа модернизации экономики регионов».– Кострома: изд-во КГУ им. Н.А.Некрасова,– 2010.– С.46
- Васильев Ю.В. Зависимость прочностных и декортикационных свойств льняной тресты от влажности, степени вылежки стеблей и зоны по их длине / Ю.В. Васильев, Е.Л.Пашин, Н.В. Киселёв // В сб. трудов Междуной научно-технич. конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий (Лен-2010), Кострома: изд-во КГТУ, 2010, с. 13–15.
- Васильев Ю.В. Автоматизация исследования в среде LABVIEW процесса сушки льняной тресты / Ю.В. Васильев, Н.В. Киселёв // В сб. мат. Всероссийской научно-практической конф. «Производственная инфраструктура: экономические, технико-технологические, организационно-управленческие и информационные аспекты», Кострома, КГУ им.Н.А.Некрасова, 27-28 мая 2011 г., с.25-32
- Васильев Ю.В. Оценка технологической эффективности нового способа термовлажностной подготовки льняной тресты / Ю.В. Васильев, Е.Л.Пашин, Н.В. Киселёв // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы междун. науч.-техн. конф. / РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства». – Минск, 2011. – Том 2, с.78-82.
- Васильев Ю.В. Причины низкой эффективности существующего способа сушки льняной тресты / Ю.В. Васильев, Е.Л.Пашин, Н.В. Киселёв // Научные труды молодых учёных КГТУ / КГТУ. – Вып.13. Кострома, 2012, с. 13-16.
- Васильев Ю.В. Экспериментальный стенд для сушки льняной тресты с продувкой горячего воздуха вдоль стебелей / Ю.В. Васильев, Е.Л.Пашин, Н.В. Киселёв, Е.Э.Иванов // В сб. трудов Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий (Лен–2012), Кострома: изд-во КГТУ, 2010, с. 12–13.
Техническая новизна важнейших решений признана изобретениями:
- Пат. 2431095 Российская Федерация, МПК F 26 B 17/04. Установка для сушки льнотресты / Ю.В. Васильев, И.И. Круглий, А.М. Крапостин, Н.В. Киселев, Е.Л. Пашин, В.М. Каравайков. – Опубл. 10.10.2011.
- Пат. 2430319 Российская Федерация, МПК F 26 B 17/04. Установка для сушки льняной тресты / Ю.В. Васильев, А.М. Крапостин, Н.В. Киселев, Е.Л. Пашин. – Опубл. 27.09.2011.
