Моделирование процессов разрушения частично наблюдаемой системы центрифугирования

• Автор: Кузин, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор процессов и моделей центрифугирования
1.1. Классификация процессов
1.2. Системы центрифугирования
1.3. Проектирование центрифуг для эксплуатации в условиях
радиационно-опасных производств
1.4. Математические модели теории надёжности
Глава 2. Задача об оптимальной угловой скорости вращения
2.1. Моделирование процесса осаждения
2.2. Технические аспекты центрифугирования
2.3. Модель вибрационной надёжности
2.4. Модель осадительного центрифугирования
2.5. Численный метод
2.6. Описание комплекса программ
Глава 3. Расчёт системы центрифугирования и проверка адекватности
моделей
3.1. Анализ технологичности
3.2. Техническое нормирование
3.3. Оценка себестоимости продукции
3.4. Сравнительная эффективность новой техники и выбор
оптимального материала
3.5. Расчёт параметров центрифуги
3.6. Оценка оптимальной угловой скорости вращения и проверка
адекватности
Заключение
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение
Моделирование процессов разрушения частично наблюдаемой системы центрифугирования предполагает исследование оптимальных режимов эксплуатации с оценкой параметров надежности, долговечности, технологичности и экономичности погружной центрифуги вертикального типа, применяемой в процессах осаждения для разделения суспензий (см.[1-18]).
Авторы большинства работ (см. [1-4, 8, 16-18]), посвященных построению математических моделей процессов и аппаратов для разделения неоднородных систем, используют при описании объектов термины обыкновенных дифференциальных уравнений. Зачастую техническая система представляет собой совокупность множества подсистем, зависящих друг от друга и от случайных внешних факторов. Аналитическое исследование процессов, возникающих при эксплуатации таких устройств, как центрифуги, часто является невозможным. Наиболее эффективным в этом случае будет использование стохастических имитационных моделей. Исследования процессов с характеристиками, изменяющимися в случайные моменты времени, представлены во многих работах (см. [19-21, 30-34]).
Систематические исследования в области разработки аппаратов осадительного центрифугирования суспензий начались в середине 60-х годов. Однако высокая стоимость и сложность экспериментов не позволили наладить регулярное и комплексное исследование. В настоящий момент проводят исследования по разработке центрифуги для процессов осаждения суспензий (см. [1, 9-18, 22-29]). Так, в работах (см. [1]) рассмотрено влияние конструктивных параметров на режимы работы центрифуг. Работы авторов (см. [9-18, 22-29]) посвящены определению взаимосвязи конструктивных и технологических

параметров центрифуги и процессов осаждения соответственно, например, радиуса внутреннего стакана сборника центрифуги и угловой скорости вращения при сборе осадка с учётом возможности обращения с отходами процессов осаждения (см. [12, 14, 24, 27-29]). Однако, применяемые сегодня центрифуги имеют недостатки в плане надежности, регулярности и стабильности сбора осадка, точности достижения заданного количества сбора, для устранения которых требуется выделение значительных финансовых средств. Кроме того, не решенными остаются задачи по оценке оптимальной угловой скорости вращения и выбору материалов при масштабировании процессов осаждения в условиях радиационно-опасных производств, где также необходимо учитывать вопросы обращения с отходами [14-18].
Необходимость снижения стоимости разработки центрифуги и отсутствие математических моделей, включающих конструктивные, технологические, экономические компоненты, определяет значительную потребность в разработке таких моделей (см. [1, 8-18]).
Объектом исследования является погружная система центрифугирования вертикального типа. Предметом исследования -модели и методы оценки производительности, надёжности, долговечности и экономичности погружной центрифуги вертикального типа с учётом специфики её эксплуатации в радиационно-опасных производствах.
Целью диссертационной работы является разработка новых методов оценки надежности, долговечности и производительности аппаратов для разделения суспензий - центрифуг. Научная проблема исследования заключается в построении моделей центрифуги для её расчёта, проектирования и эксплуатации с применением методов теорий надёжности и случайных процессов, критериев и условий технологичности, экономической эффективности.

собой полый тонкостенный цилиндр с открытым нижним основанием для загрузки суспензии, а также четырьмя отверстиями в цилиндрической оболочке для выхода осветленной жидкости. Очевидно, что центр тяжести сборника не совпадает с местом крепления его на валу. Для простоты расчета представим штангу со сборником как круглый цилиндр с диаметром равным внешнему диаметру сборника. Учитываем также, что эксплуатация центрифуги происходит в докритической области (в зоне рабочих скоростей меньших первой критической скорости). Расчетная схема вращающейся системы вал центрифуги - штанга - сборник приведена на рис. 2.4.
На вал действуют:
- инерционные силы от распределенной массы вала;
- сила инерции от системы штанга - сборник Рсб, приложенная в ее центре тяжести БСб, Н:
Рсб = ~тсб ' Ъ (2Л9)
где т - масса системы; 5 - перемещение центра тяжести 8Сб;
5 - вторая производная от перемещения 5 по времени, м/с2;
- момент от этой силы Мсб:
Мсб=Рсб-к1, (2.20)
где к1 - расстояние от центра тяжести сборника 8сб до места крепления штанги центрифуги к валу (точка 1 на рис. 2.4):