Айтбаева З

Тараз мемлекеттік университеті, Казахстан

РОТОРЛЫ МЕХАНИКАЛЫҚ ҰСАТҚЫШТА ОРГАНИКАЛЫҚ СУБСТРАТ ДАЙЫНДАУ, ОРГАНИКАЛЫҚ СУБСТРАТТЫ БІРІНШІ САТЫДАН КЕЙІН КАВИТАЦИЯЛЫҚ АППАРАТТА ӨҢДЕУ

Кейбір жағдайларда материалды ұсатуда ротордағы кинетикалық энергияны беруді қамтамасыз ету үшін қатты балғаны бекітіп қояды. Мұндай ұсатушылар роторлы деп аталады.

Өнеркәсіп қалдықтары мен тұрмыстық қалдықтарды ұсатуга арналған ең жетілгендері 1 суретте көрсеткендей роторлы болып табылады. Ұсатушылар ағаш, алюминий және басқа металл кесінділері, қатқан лак пен бояу, қораптар, резина, кабель,картон және т.б. ұсатады.

Сурет 1 - роторлы механикалық ұсатушы

Балғаның айналу жылдамдығы (м/с-пен) келесі формуламен анықталады:

(1)

мұндағы

Р-соғу күші, Н;

-соғу уақыты, с;

т -ұсатылатын дене массасы,кг; Балға ұсатушының өнімділігі (т/с-пен) келесі формуламен анықталады:

(2)

мұндағы:

D - ротор диаметрі, м;

L-ротордың ұзындығы,м; n-ротордың 1 минутта айналу саны; і-ұсату дәрежесі;

к- тәжірибе коэффиценті; оның шамасы ұсатушы конструкциясы мен ұсатылатын материал қаттылығынан тәуелді (к = 4,0...6,2) немесе қысқартылған формула бойынша:

С = 35DLр (3)

мұндағы:

р -ұсатылатын материалдардың массасының көлемі, кг/м Балга ұсатушының тұтынатын N (кВт) қуаты жуықтап алғанда келесі эмпирикалық формуламен есептеледі:

(4)

мұндагы n- ротордың айналу жиілігі, айн/мин.

Кавитациялық көпіршік пен оған жанасатын сұйық көлемінде жүретін физикалық-химиялық үрдістер моделі келесі түрде беріледі. Кавитациялық қуысқа су буы, еріген газдар енеді, сондай-ақ жоғарғы серпінді бу заттары және иондар немесе ұшпайтын еріген заттар молекулалары ене алмайды.

Көпіршіктің жарылу үрдісінде шығатын энергия су молекуласын иондауга және диссоцияциялауға жеткілікті. Бұл кезеңде кездесетін кез-келген газ қайта зарядттау және басқа үрдістерде қатыса отырып белсенді компонент болып табылады. Қуысқа енетін дыбыстық өрістің затқа әсері орташа, тікелей болады, және 0₂, Н₂ и И₂ белсенді газдардың әрекетін кавитациялық қуысты қосалқы түр алады:

- біріншіден 0₂ жэне Н₂ радикалдарды трансформалау реакциясына қатынасады:

- газдық дыбыстық химиялық реакциясы, оның нәтижесі азот:

- екіншіден химиялық белсенді газдар кавитациялық қуысқа ене отырып, асыл газдар сияқты су молекулаларын энергияны электронды қорғауға катысады. Мұнда дыбыстық химиялық әрекеті ))) символмен белгіленген.

Кавитациялық көпіршік жарылғанда ерітінді Н°,ОН° радикалдарына ауысады, иондар мен су энергиясының электрондары газдың фазасында түзілгенде Н₂0 молекуларына ыдырайды.

Су молекулаларының кавитациялық ыдырауының қосынды схемасы келесі түрде берілген:

Н₂0 —>)))Н°, ОН°, Н₂, Н₂0₂.

жүйеде пайда болған белсенді бөлшектер ерітіндіге ауысқанда еріген заттармен сольватирленеді. Бұл сатыда акустикалық тербелістің жанама әрекеті жүзеге асқанда, үрдіс барысында 0₂ мен Н₂ - химиялық белсенді газдар әсер ете алады.

Нәтижесінде кавитацияның су ерітінділеріне әсері жалғыз үрдіске жетелейді - кавитациялық көпіршіктегі су молекулалары ыдырайды. Дыбыс еріген заттардың табиғатынан тәуелсіз суға ғана әсер етеді, ол оның физикалык- химиялық қасиеттерін өзгертеді: рН,судың электроөткізгіштігі артады, бос нондар мен белсенді радиксалдар саны артады, молекула белсенді болады.

Сонолюминесценцияны зерттегенде бұл құбылысты түсіндіретін дыбыстың химиялық реакциялар мен ұсынылған көптеген гипотезаларға карағанда бір ғана қорытынды жасауға болады: кавитациялық көпіршік ішіндегі молекуланы алғашқы белсенді ету табиғаты не жылулық, не электрлік болуы мүмкін. Бұл құбылыспен жақынырақ танысуға болады.

Қатты денелердің эрозиясы (бетінің бұзылуы), бетін тазалау, жабысқан нәрселерді алып тастау және тегістеу, қатты бөлшектерді диспергирлеу мен эмульгирлеу кавитацияның екі сипатынан көрінеді: кавитациялық көпіршіктер жарылған кезде құрылатын толқын соққылары мен кумулятивті ағындар.

Қатты денелер мен бөлшектер бетінде микросызат түрінде концентратор кернеулері болады және беттер тегіс болмайды, сол жерлерде кавитациялар пайда болады. Дыбыстың капиллярлық эффектісі мен сұйықтың интенсивті микроағыны сызаттарға енеді, ал кавитациялық көпіршіктер жарылғанда куатты толқын соққысы пайда болады, ол материалды бұзуга қабілетті.

Қатты заттардың майда бөлшектері, кумулятивті ағындардың көлденең қимасымен өлшенеді, қатты бөлшектердің бұзылу үрдісінде қосымша үлес қосады.

Өнеркәсіпте кавитация коллоидты сұйық құрамындағы бөлшектер тұнбасы гомогенизирлеу немесе араластыруға колданылады. Көптеген өндірістегі араластырушылар осы өңделген принциптерге негізделген. Кәдімгі жағдайда қоспаны сақина тәрізді тесіктен гидротурбина конструкциясына сәйкес жүзеге асады: қысымды кеміту кавитацияға әкеледі де сұйық үлкен көлемі жаққа асығады. Бүл әдісті ену тесігінің мөлшерін бақылайтын гидравликалык қондырғылармен басқарылады, сондықтан әр түрлі ортадағы жұмыс үрдісін реттеуге болады. Қоспа клапандарының сыртқы жағындагы кавитациялық көпіршіктер қарама-карсы жағына ауысып, имплозия шақырады (ішкі жарылыс), яғни үлкен қысымга ұшырайды және өте берік немесе қатты материалдарды орындалады, мысалы тот баспайтын болат, стеллит т.б.

Кавитациялық ұсақтау үшін жасалған қондырғы құрылғысы, негізінен козғалмайтын етіп орнатылған статор және үдемелі күшпен айналатын сақиналы саңылауы бар ротор көрсетілген.

Кавитациялық эффектіні қолдану технологиялық аппарат түрінде сәйкес үрдістерді жүргізу көрсетілгендей майдаланатын шикізат қасиетіне әсер ететін өзара орын ауыстыру жылдамдығы мен құрылымының жұмысшы бетін өңдеу сапасын оқып-үйренумен байланысты.

Жүргізілген тәжірибелер мен әдебиеттердегі мәліметтер негізінде мұндай конструкциялардың майдалау қасиеті жүмысшы беттерінің өзара орын алмасу жылдамдығына және өңдеу сапасына тәуелді екендігі көрінді, сондай-ақ экспериментті жоспарлау барысында келесілер таңдалды:

- ротордың айналу жиілігі 160 + 280 айн/с интервалында;

- ротордың бетінің бүдырлыгы 0,2 -г 0,6 мкм интервалында.

Ұсақтау үрдісінің параметрлерін физикалық өлшем бірлікпен таңдау келесі формуламен жүргізіледі:

және (5)

Эксперимент зауыттан шыққан және арнайы өңделген статор мен ротор жұмысшы беттері бар кавитациялық ұсатушылар көмегімен жүргізіледі.

Эксперемент жүргізудің бірінші сатысында жұмысшы органдардың жұмыс жүргізу параметрлерінің тәуелділігі ізделінді, баға беру функциясы (отклик) келесі параметрлермен қабылданды:

Алдын-ала зерттеу нәтижесінде анықталған, берілген деңгейде таңдалған факторлар өте жоғары дәлдікті беру үшін үш параллель тәжірибе жүргізумен шектелді. Шартты сынақтар нәтижелері сәйкес таңдалған кесте бағаналарында, нәтижелері баға беру функцияларына арналған бағаналарға жазылды:

- алынған өнімнің тұтқырлығының тиімділігі, Па*с;

Ү₂ - жүргізілетін үрдістің тиімділігінің көрсеткіші, 1/м*кДж.

Статистикалық дұрыс математикалық модель алу үшін эксперименттік мәліметтерді талдағанда жэне Ү₂ баға беру функцияларының дисперсиясының біркелкілігі тексерілді. Ол үшін Фишер критериінің мәні есептелді. Эксперимент мәліметтер үшін бүл мән 4-ке тең болды, ал кестелік мән 9,28, яғни 95% сенімділік ықтималдығы үшін, кестелік мәннен кем. Фишер критериінің есептелген және кестелік мәндерінің мұндай ара катынасы жасалған эксперименттің дұрыстығын көрсетеді.

Орындалған эксперименттерді есептеу үшін Ехсеl -дің қолданбалы пакет программаларының көмегіне жүгінеміз, оның нәтижесінде регрессия теңдеулерінің коэффиценттерін бағалаймыз:

а₀= 1007; = -42,50; а₂ = 32,53.

Жүргізілген есептеулер нәтижесіне сәйкес регрессия теңдеуі келесі түрде жазылады:

Ү₀ = 1007 - 42,50, + 32,53Х₂.

Баға берудің екінші функциясы үшін де сәйкес жүргізілген есептеулерден соң регрессия теңдеуі келесі түрде жазылады:

Ү₂= 118 + -0,21Х₂.

Осы формулалар бойынша құрылған регрессия теңдеуі, егер баға беру функциясынан кездейсоқ ауытқулар мәні ең аз болатын болса, нақты үрдіске сол кезде ғана сәйкес болады. Бүл шарт орындалады, егер сенімділік интервалындағы Стьюдент критериінің еркіндік дәрежесі көмегімен анықталган коэффициенттің абсолют шамасынан кем болса.

Алынған эксперименттік қатынастарды қолданудың соңғы адымы оның сәйкестігін тексеру. Бұл тексеру алынған моделдің дұрыс екендігі, нақты үрдіске сәйкестігін, өңдеу кезінде факторлардың түсіп қалмағандығы туралы пікір айтуға болады. Ол Фишер критериінің есептелген мәндерін кестелік мәндермен салыстырады. Жоғарыда келтірілген есептеулер нәтижесінде Фишер критериінің есептелген мәні Ғр = 14,2222. Ықтималдығы 95% сенімділік интервалы үшін және сәйкес еркіндік дәрежесі мен кестелік мәні 12,6744 тең болды.

> Ғ болуына байланысты бірінші сатыда алынған сызықтық математикалық модель эксперимент факторларына тазалаушы машинаның жұмысы органдардың сипаттамаларынан тәуелді алғанда сәйкес келмейтіндігі көрінді. Нақты құбылысқа сәйкес тәуелділікті табу үшін эксперимент жоспарын орталық ротатабелді композицияға дейін тұрғыздық.

Алынған параметрлерге сәйкес Ү1 жэне Ү2 келесі түрде ізделеді:

Ехсеl пакетінің көмегімен жүргізілген есептеулер алынған коэффициенттердің мәнділігін қоса есептегендегі, регрессия теңдеуі келесі түрде жазылды:

(6)

(7)

Баға беру функцияларының мәні есептеу нәтижесінде алынған мәндермен салыстырылды, соның негізінде зерттеліп отырған ұсатқыш машинаның эксплуатациялық сипаттамасы мен эксплуатациялық параметрлеріне берілген теңдеу деректерінің сәйкестігі анықталды. Жазылған қатынастар қоспаның тұтқырлық шамасын және ұсақтаудың эксплуатациялық мәндері үшін жұмысшы бетінің бұдырлығының және ротордын айналу жылдамдығы шамалары бойынша іске асатын үрдістің тиімділігінің көрсеткіші болжау үшін көмектеседі. Алынған регрессия теңдеулерін талдау график түрінде жүргізіледі, ол үшін сәйкес баға беру функцияларының сызбалары түрғызылды осі бойынша ротордың айналу жылдамдығының мәні, ал Х₂ бойынша ұсатушының жұмысшы бетінің бұдырлығы алынды.

Бірінші сызбадан ұсатылатын шикізаттың бұзылуы кавитациялық сипатта болады, егер жылдамдығы үлкен және бұдырлығы аз болса. Бүл кезде жылдамдық аз болғанда < 4 тұтқырлық жұмысшы беттің едәуір бүдырлығын тегістеу арқылы жүзеге асады және үрдістің энергетикалық тиімділігі айтарлықтай кемиді. Өте аз жылдамдықта және бұдырлықта майдаланбайды, ал тұтқырлық сұйықтағы өнімнің көп қабаттануы арқасында жүреді. Екінші график үрдістің энергетикалык тиімділігі айқын көрсетілген экстремум нүктесі бар екендігін көрсетті.

Экстремум облысын дәл анықтау, яғни өзгеретін параметрлер мәндерінің экстремал мәндерін тауып алынған теңдеуді дифференциалдаумен анықталады және Сильвестер критериімен тексеріледі.

Оңтайлы энергетикалық тиімді технологиялық параметрлер мәндерінде жүзеге асады: =0,732 жэне Х₂= - 0,469.

Бұл мәндерді Ү1 регрессия теңдеуіне қосып тиімді тұтқырлық мәнін алуға болады, ол қоспа үшін алынуы мүмкін және Ү1=963,0 Па-с тең.

Баға беру функцияларының алдын-ала берілген мәндері үшін жұмысшы бетінің бұдырлығының шамасы және ротордың айналу жылдамдығы тапсырыс берушілерді технологиялық және экономикалық түрғыдан қанағаттандырғандығы туралы қорытынды жасалды.

Зерттеулер нәтижесі алынған тұтынушы қасиеті (тұтқырлық тиімділігі) деңгейіне ротордың жұмысшы бетінің бұдырлығы мен ұсатушының кавитациялық статоры едәуір әсер ететіндігін көрсетті.

Кавитация жанасатын екі бетті де бұзатындықтан: шикізатты және майдалайтын орган бетіне белгілі шаралар қолданып, кавитациялық ұсатушының жұмысшы бетін дқұыс жағдайда ұстау керек.

Ол үшін ұсатушының жұмысшы бетін қалпына келтіретін құрылғы өңделген. Құрылғы екі иілгіш пластинадан 1 тұрады, металл фольгадан дайындалған, оның сыртқы жағына гальваностегия әдісімен абразив жолақтары 2 жүргізілген, 2-маркасы 24А16-24А50 ақ электрокорунд және никелмен байланысқан. Жолақтары үзілген ромба тәрізді элементтер түрінде, екі қарама- қарсы жағы пластинаның бүйір бетіне параллель бағытталған арасындағы қуыс барлық еннің 10-20% тең. Бір жағынан бүл диспергатор роторы немесе статорына жанасып, сәйкес жұмысшы органның ішкі немесе сыртқы орын ауыстыруына мүмкіндік береді. Екінші жағынан өңдеу үрдісінде алынып тасталған металл суытатын сүйықпен майланған жиектің арасындағы қуыспен шығып кетеді. Пластина 1 тік бұрышты металдармен 3 жабдықталган, оның пластинаның перпендикуляр жазықтығынан ауытқу мүмкіндігі, ал кавитациялық ұсатушының үлгісі көрсетілген.

$D:\..\DOCUME~1\777\LOCALS~1\Temp\FineReader11.00\media\image24.jpeg$

Сурет 2- Жұмысшы органның үлгісі

Кавитациялық үрдістерді жетілдіру мен биологиялық ыдырайтын тұрмыстық қалдықтарды ұсатуға арналған аппараттардың зкономикалық тиімділігін багалау жүргізілді, бұл кезде қолданылган шикізат қана емес, басқа қорлардың шыгындары да есептелген: энергия, қосымша материалдар, қол еңбегі т.б.