Опыт создания эффективных транспортних норийных систем

2014-05-22 10:58:00

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 ГП «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 ГП «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 ГП «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 ГП «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 состояния
транспортно-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 ГП «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 ГП «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.