Опыт создания эффективных транспортних норийных систем

22.05.2014 Статьи

Опыт создания эффективных транспортних норийных систем

Опыт создания эффективных транспортних норийных систем

Среди основных операций технологических линий зерноперерабатывающих производств особо следует выделить задачи вертикального перемещения зерна нориями. Вместе с тем существующие ковшовые элеваторы при всех своих достоинствах обладают рядом недостатков, ухудшающих показатели предприятий хранения и переработки зерна.
Многолетние исследования специалистов ГК «Зерновая Столица» совместно с кафедрой «Технологическое оборудование зерновых производств» Одесской Национальной Академии пищевых технологий (ОНАПТ), позволили установить основные недостатки современных ковшовых элеваторов. Среди которых следует отметить:

  • дробление зерна кромками ковшей;
  • недостаточная надежность конструкций;
  • значительные затраты на обслуживание и эксплуатацию;
  • превышение предельно-допустимых концентраций взрывоопасной пыли в элементах укрытия норий.

Современные требования к транспортному оборудованию предполагают взвешенный баланс качества технологических процессов, сохранности-целостности зерна, энергоэффективности, надежности, затрат эксплуатации - обслуживания, взрывобезопасности и экологии окружающей среды.
Комплексный поход, реализованный специалистами производственно-научного комплекса ОНАПТ и ГК «Зерновая Столица», метод компромиссного уравнивания ограничений; технологических требований к целостности зерновок, производительности, энергоэффективности, надежности, себестоимости позволили внести ряд улучшений в конструктив норий.

Устранение боя зерна

Мероприятия по минимизации боя зерна осуществлены после детального анализа всех причин возникновения предельных разрушающих напряжений в зерновой массе транспортных потоков в нории, в частности:

  • отсутствие синхронизации скоростных режимов зерновых потоков с тяговым органом;
  • геометрия ковша;
  • геометрия выпускных устройств;
  • обратная сыпь продукта.

Ввиду непрерывного заполнения ковшей нории бой зерна осуществляется в результате импульса, вызванного разностями векторов направления частиц зерна и норийных ковшей при их столкновении. В случае подачи продукта по ходу загрузки ковшей ударные импульсы менее существенны, чем при подаче продукта против хода ковшей ввиду того, что в этом случае его направление синхронизируется с направлением кинетической энергии ковшей и потоков.

Комплексная система синхронизации подачи и выпуска продукта из корпуса оборудования позволяет снизить бой зерна на 0,15%. Идеология синхронизации потоков загрузки реализована применением стабилизаторов потока в приемном носке нории, бой происходит в основном из-за подачи продукта неплотной массой. Перераспределение ударных нагрузок на плотный поток зерна, позволяет уменьшить разрушающие напряжения в несколько раз).

Регулировка плотности потока и его направления производится исполнительным механизмом в зависимости от производительности и типа продукта, что позволяет управлять величиной ударных напряжений зерновой массы в пределах области докритических-разрушающих значений.

Уменьшению величины разрушающих воздействий на зерновки также способствует применение в конструкции нории ГК «Зерновая Столица» ковша со скругленной кромкой, приемная часть которого повторяет траекторию плотного потока продукта из загрузочного устройства.

Устранение разрушающих воздействий в головке нории реализовано путем использования оптимальной геометрии разгружающего устройства, адаптированного под траекторию выгрузки. Выпускное устройство ковшового элеватора обустроено таким образом, что верхняя стенка головки нории плавно изменяет траекторию потока зерна и минимизирует гашение его кинетической энергии.

С целью уменьшения себестоимости производимого оборудования сегодня ряд производителей ковшовых элеваторов идут на «хитрость» – специально занижают диаметры приводных и натяжных барабанов. Это позволяет им производить оборудование с более высокой рентабельностью и дает зазор для демпинга при участии в тендерах на поставку оборудования. Прежде чем принимать решение об использовании такого оборудования, необходимо понимать все риски. При снижении диаметра барабана пропорционально уменьшается центробежная сила выгрузки ковша, что приводит к неполному его опустошению. Процесс опустошения ковша становится хаотичным, увеличивается обратная сыпь продукта, а это приводит к увеличению прироста боя.

По данным проведенных исследований транспортирования зернового продукта норией 100 т/ч с диаметром приводного барабана 530 мм, коэффициент поврежденного зерна на партии 100 тонн увеличился на 0,5 %, а прирост боя составил порядка 0,5 тонны.

Энергоэффективность, надежность, эксплуатационные расходы

Примечательной особенностью ковшовых элеваторов ГК «Зерновая Столица» нового поколения является система самодиагностики и управления параметрами работы оборудования (Smart-elevator).

Как известно, надежность ковшового элеватора определяется наработкой на отказ без выходов из строя и аварийных остановок, а также затратами на их устранение. Большинство проблем, связанных с надежностью существующих конструкций норий, минимизировано благодаря внедрению системы Smart-elevator. Идеология создания системы обусловлена современными проблемами финансовых потерь из-за низкой надежности ковшовых элеваторов и ряда вышеперечисленных проблем существующих конструкций.

Система Smart-elevator создана для контроля и управления качеством технологического процесса, энергозатратами, в режиме «онлайн», а также для самодиагностики технического состояниятранспортно-технологической линии. Сразу возникает вопрос: «Это необходимость или роскошь?» Мы утверждаем, что это необходимость! Система Smart-elevator состоит из четырех уровней:

  • контроль технического состояния жизненно важных узлов оборудования;
  • контроль и управление качеством процесса транспортирования;
  • оптимизация энергозатрат;
  • создания требований и графика проведения регламентных работ по обслуживанию и ремонту оборудования, контроль выполнения регламентных работ.

Smart-elevator состоит из набора контрольно-измерительных приборов и логического модуля.Рис. 1. Структура Smart-elevator

На первом уровне Smart-elevator проводит постоянный сбор данных о техническом состоянии основных узлов ковшового элеватора, а именно:

  • состояние тягового органа;
  • состояние шарнирных соединений;
  • состояние приводных механизмов;
  • концентрация пылевоздушной смеси в корпусе оборудования и за его пределами;
  • производительность транспортно-технологической линии.


Первый уровень полностью исключает влияние человеческого фактора на полноту и адекватность данных о техническом состоянии.

На втором уровне система передает информацию о техническом состоянии нории и состоянии процесса транспортирования. Кроме того система предупреждает о перспективе необходимости вмешательства обслуживающего персонала.

На третьем уровне за счет контроля управления производительностью, расходом воздуха на аспирацию обеспечиваются оптимальные режимы энергопотребления при соблюдении требуемых характеристик перемещения.

На четвертом уровне Smart-elevator проводит оценку всех параметров оборудования и рекомендует график проведения регламентных работ по обслуживанию и ремонту оборудования, контролируется выполнение регламентных ремонтных работ.
Предварительные итоги тестирования указанных выше разработок приведены в табл. 1

Экологическая безопасность

Решение задач экологии внутренних и внешних помещений, пожаровзрывобезопасности зерноперерабатывающих предприятий осуществляется путем синхронизации режимов работы нории и систем обеспыливания. Замена автономных систем аспирации на органически встроенные установки, адаптированные под фактическую схему источников пылеобразования и оптимальные режимы пылеподавления, позволяет создать системы с коэффициентом полезного действия, в 2-3 раза превышающие существующие. 

Применение собственных методик, автоматизированного проектирования:

  • определения аэродинамических характеристик источников пылевыделения и их связи;
  • разработки средств подавления источников пылеобразования;
  • создания укрытий нории обоснованной герметичности;
  • обоснования режимных параметров конструкции обеспыливателей, учитывающих аэродинамические свойства пылевоздушных потоков норий;
  • моделирования компоновочных схем воздействия на пылевоздушные потоки через холостую и рабочую ветвь;
  • позволяет создать индивидуальную для каждого конкретного случая установку с показателями эффективности КПД пылеочистки – 99,6%, энергетический КПД - до 83%.
  • Перечисленные выше методики моделирования процессов обеспыливания основываются на анализе величины мощности встроенных вентиляторных установок. В соответствии с результатами исследований [1,2] минимально необходимое значение мощности системы обеспыливания определяется зависимостью:Na = Hyz(Q1+Q2+Q3+Q4),
    где Hyz – потери давления на перемещение пылевоздушных потоков к аспирационному приемнику локального фильтра;
    Q1,Q2,Q3,Q4 – соответственно расход пылевоздушной массы, перемещаемой через самотеки устройства ввода-вывода сыпучего материала и засасываемой через неплотности башмака и головки.
    Значения Hyz , а также Q1,Q2,Q3,Q4, определяются режимами работы тяговых органов, соответственно скоростью воздушных потоков, зерновой массы, устройства загрузки и выгрузки, скоростью норийной ленты, а также аэродинамическими параметрами башмака, головки; сопротивлением перемещения пылевоздушных потоков рабочей, холостой ветви прямоточного, противоточного участка и аэродинамических характеристик участка загрузки и выгрузки нории.
    Оптимальные режимы обеспыливания – минимизация потребляемой мощности, место расположения локального фильтра определяется из системы уравнений.


    где Q5,Q6 – расход пылевоздушных потоков, перемещаемых через рабочую и холостую ветвь

    Минимизация потребляемой мощности обеспыливающими установками осуществляется за счет снижения расхода воздуха, засасываемого через неплотности головки нории вследствие уменьшения разрежения с величины противоточного перемещения до величины эжекционного давления, развиваемого самотеком разгрузки нории.

    Применение схемы синхронизации режимов обеспыливания и параметров рабочих органов позволяет уменьшить энергоемкость системы аспирации на 60%, уменьшив тем самым нагрузку на фильтровальные элементы и объем воздуха, выбрасываемого в окружающую среду.

    Разработанная система автоматизированного проектирования норий позволяет создать оптимальные транспортно-технологические линии с учетом технологических приоритетов того либо иного производства. По сути, новый подход нацелен на адаптацию норийных линий под конкретную технологию с широким диапазоном параметров зерновых потоков. В табл. 2 приведены некоторые технические характеристики норий.

    В процессе создания эффективных норийных систем ГК «Зерновая Столица» пошло по пути полномасштабного моделирования механики сыпучих потоков и воздушных сред.

    Высокая эффективность созданной новой линейки норий основана на использовании:

    • системы управления, учитывающей закономерности транспортирования динамических нагрузок зерновых материалов в башмаке и головке норий, а также условия пылеобразования и аэродинамические связи холостой и рабочей ветви.
    • высококачественных комплектующих европейского производства с длительным сроком качественной службы;
    • собственной эффективной системы сервисного обслуживания.
    • Опыт использования разработанных норий на множестве предприятий отрасли хранения и переработки зерна указывает на возможность существенного улучшения ковшовых элеваторов, в частности:

      • КПД увеличен на 11% за счет максимального заполнения норийных ковшей;
      • Минимизировано сопротивление ввода зерна в башмак;
      • Предотвращена обратная сыпь в холостую ветвь;
      • Уменьшен прирост боя зерна в головке и башмаке на 10%;
      • Уменьшены эксплуатационные затраты 25%.
    • Компания ГК «Зерновая Столица» оказывает бесплатные консультации по вопросам модернизации ТТЛ и предприятий хранения и переработки зерна.
      Литература
      1.Гапонюк О.І. Основи теорії та практика функціонування систем знепилення зернопереробних підприємств. - Одеса, ОДАХТ. – 1997.
      2.Экологическая безопасность как неотъемлемая часть элеватора. Журнал «Хранение и переработка зерна» № 3 (153)март 2012. Стр. 34, Днепропетровск.