WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Для получения математических моделей технико-экономических параметров при различных значениях управляющих факторов и возмущающих воздействий, на производстве были проведены эксперименты. В основе активных экспериментов, положен план Хартли второго порядка на кубе, характеризующийся для семи параметров сравнительно небольшим числом опытов N = 47. Используемая контрольно-измерительная аппаратура позволила с достаточной точностью определить значения параметров, характеризующих сушку шпона в газовых роликовых сушилках.

Для оценки достоверности результатов экспериментов и взаимосвязи входных и выходных показателей сушки шпона были проведены статистические анализы. Показатель точности вычислений средне арифметических значений выходных параметров Р находится в пределах 0,96…0,99, обеспечивающих получение достаточно точных значений коэффициентов регрессии для разработки математических моделей.

В третьей главе разработаны математические модели технологических показателей – конечной влажности шпона Y1 и температуры на выходе из сушилки Y2 с учетом внешних возмущающих воздействий. Модели были получены на ЭВМ методом наименьших квадратов

(1)

(2)

(3)

где Пшп – производительность роликового транспортера, м3/ч, рассчитываемая по формуле ЦНИИФ

(4)

где Kоп – коэффициент оперативного времени; – длина ролика, м; – толщина шпона, м; – количество этажей сушилки, шт; Kш – коэффициент заполнения сушилки шпоном по ширине; Kдл – коэффициент заполнения сушилки шпоном по длине.

. (5)

где Y4 – удельная себестоимость сушки шпона, руб.; C1 – стоимость 1кв/ч электроэнергии; Pэл – потребляемая мощность электрооборудования сушилки, кВт/ч; C2 – стоимость 1м3 природного газа, руб.

Проверку адекватности полученных моделей осуществляли сравнением экспериментальных и расчетных значений по каждому опыту. При этом допустимая ошибка в деревообработке Kj5%. Численные значения средних ошибок по результатам экспериментов для каждой выходной функции составили: Y1 – K1=1,54 %; Y2 – K2=1,93 %; Y3 – K3=0,76 %; Y4 – K4=0,97 %. Следовательно, разработанные модели сушки шпона в газовых роликовых сушилках являются достаточно адекватными реальному процессу.

С целью учета влияния породы и толщины шпона в процессе сушки введем в модели (1), (2), (3) поправочный коэффициент kт.п.. Определим его как отношение общего времени сушки шпона, взятого в проведенных экспериментах для шпона толщиной 1,15 мм, к рассчитанному с помощью математических моделей тепломассопереноса общему времени сушки шпона искомой толщины и породыт.п.. При этом общее время сушки выразим из отношения длины сушилки L=14,2 м. к скорости движения транспортера сушилки.

Математические модели тепломассопереноса разработаны для поиска режимов сушки шпона в газовых роликовых сушилках, учитывающих отличную от проведенных в производственных экспериментах, породу и толщину шпона.

Тепло- и влагообмен между высушиваемым шпоном, теплоносителем и нагретой теплоносителем поверхностью роликов является одним из основных факторов процесса сушки. Обезвоживание материала с точки зрения переноса теплоты и влаги представляется возможным разделить на стадии прогрева, периода постоянной и падающей скоростей сушки.

Задача решена методом интегрального преобразования Лапласа с учетом изменяющихся коэффициентов тепломассообмена при соответствующих технологии начальных и граничных условиях и принимаемых допущениях.

Для периода прогрева температурное поле материала

(6)

где tп – температура шпона в периоде прогрева, °С; х – текущая координата шпона, м; – время, сек; – коэффициент температуропроводности шпона в периоде прогрева, м2/с.

Соответствующее начальное условие:

(7)

где – начальная температура шпона, °С.

Граничные условия для периода прогрева:

(8) (9)

где – коэффициент теплопроводности шпона, Вт/м·°С;, – коэффициенты теплообмена шпона с агентом сушки и нагретой поверхностью соответственно, Вт/м·°С (п – период прогрева); tкд – температура нагретых роликов, °С; tкв – температура агента сушки, °С.

Решение для изменения температуры шпона в периоде прогрева

(10)

где – корни характеристического уравнения; – теплообменные критерии Био у конвективной и кондуктивной поверхности, соответственно.

Изменение температуры и влажности в периоде постоянной скорости сушки определим из следующей системы:

(11)

где – температура шпона, °С; – влагосодержание шпона, кг/кг;
, – коэффициенты температуро- и влагопроводности материала, м2/с
(1 – первый период сушки).

Начальное условие тепловой задачи

(12)

Граничные условия

(13) (14)

где – коэффициент теплопроводности шпона, Вт/м·°С;, – коэффициенты теплообмена шпона с агентом сушки и нагретой поверхностью соответственно, Вт/м·К;, – интенсивности испарения влаги с «открытой» поверхности шпона и у нагретой поверхности соответственно, кг/м2·ч.

Решение тепловой задачи

(15)

(16)

(17)

где ; ; и – теплообменные критерии Био у открытой агенту сушки и контактирующей с нагретыми роликами поверхности материала соответственно.

Для решения задачи влагопереноса начальным условием краевой задачи будет среднеинтегральное влагосодержание шпона

(18)

где – начальное влагосодержание шпона, кг/кг.

Граничные условия

(19) (20)

Решение для изменения влагосодержания в периоде прогрева

(21)

Изменение температуры и влажности в периоде падающей скорости сушки определим из следующей системы:

(22)

где – температура шпона; – коэффициент температуропровод-
ности, м2/с; – плотность влажного шпона, кг/м3; – влагосодержание шпона, кг/кг (2 – второй период сушки).

Начальные условия

(23)

(24) (25)

Граничные условия

;(26) (27)

(28)

где – коэффициент теплопроводности шпона, Вт/м2°С; – коэффициент теплообмена материала с окружающей средой, Вт/м2°С; – интенсивность испарения влаги с открытой поверхности материала, кг/м2·ч.

Окончательное решение системы (22) запишется

(29)

(30)

где

По разработанным моделям тепломассопереноса в периодах прогрева, постоянной и падающей скоростей сушки получены численные решения изменений полей температуры и влагосодержания шпона с учетом специфики проведения процесса в газовых роликовых сушилках. На рисунке 2 графически отражены результаты математической идентификации изменения температуры и влагосодержания шпона в процессе сушки.

а б

Рисунок 2 – а-изменение среднеинтегральной температуры; б-изменение среднеинтегрального влагосодержания шпона в процессе сушки (толщина шпона = 0,9 мм; 1,15 мм; 1,5 мм

В качестве примера для расчета взят березовый шпон с среднеинтегральным начальным влагосодержанием 0,85 кг/кг. Шпон сушится до конечного влагосодержания 0,08 кг/кг при температуре теплоносителя на входе в сушилку X6=280 °C, при этом критическое влагосодержание составляет uкр =0,32 кг/кг.

Отклонение расчетных значений среднеинтегрального влагосодержания и температуры от значений, полученных экспериментально не превышает 5 %, что подтверждает адекватность разработанных математичеких моделей тепломассопереноса.

Поправочный коэффициент kт.п, учитывающий отношение общего времени сушки шпона, взятого в активном производственном эксперименте, к рассчитанному с помощью математических моделей изменения полей

температуры и влажности общему времени сушки шпона искомой толщины и породы, для толщины = 0,9 мм, 1,15 мм и 1,5 мм, равен соответственно – kт.п. = 0,8915, 1,0 и 1,3134.

В результате по моделям (1), (2), (3) через коэффициенты kт.п. представляется возможным провести численные расчеты технико-экономических показателей с учетом толщины и породы шпона.

В четвертой главе решена задача многокритериальной оптимизации технологии сушки шпона в газовых роликовых сушилках.

Решение задачи оптимизации сводится к поиску таких значений режимных воздействий, принадлежащих допустимой области, при которых целевые функции принимают экстремальные значения с учетом объективно изменяющихся значений возмущающих воздействий.

Для оптимизации находим экстремумы целевых функций:

, (31)

, (32)

, (33)

, (34)

где – отклонение конечной влажности шпона, %; – температура сушильного агента на выходе из сушилки; – производительность сушилки по испаряемой влаге, м3/ч; – удельная себестоимость сушки, руб./м3.

Аддитивная функция была нормализована и получена методом взвешенных сумм и представляет совокупность целевых функций, умноженных на соответствующие весовые коэффициенты.

, (35)

где – рассчитанные на основе экспертных оценок коэффициенты веса.

Целевая функция производительность газовой роликовой сушилки по испаряемой влаге, которую надо максимизировать, бралась со знаком «минус» для последующей минимизации функции. Поиск минимума нормализованной аддитивной функции сводился к расчету аддитивной функции в точках, =1,2,3,…, H, расположенных в интервале [z1,z2]. Далее по полученным значениям строилась модель, аппроксимирующая на интервале [z1,z2]. По ней впоследствии определялось расположение глобального минимума G° функции. Оптимизационная процедура реализована методом сканирования для условий соответствующих производственным экспериментам.

Многокритериальная оптимизация режимов сушки шпона проводилась по пяти интервалам начальной влажности шпона : 50…60 %, 60…70 %, 70…80%, 80…90 %, 90…100%. Сравнение результатов полученных и существующих на производстве режимов при одинаковых условиях проведения испытаний представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Испытания оптимальных режимов сушки шпона

Выходные технико-экономические показатели

Ед.

изм.

Режим сушки

Производственный

Оптимальный

Конечная влажность шпона

%

10,1

8,04

Температура агента сушки на выходе из сушилки,

С

147

136

Производительность сушилки по шпону *

м3/ч

3,68

4,14

Удельная себестоимость сушки (в ценах 2009 г.)

руб/м3

175

170,38

Количество проведенных опытов

шт.

41

41

Применение разработанного метода многокритериальной оптимизации режимов сушки шпона показало повышение производительности сушилок, снижение удельной себестоимости, уменьшение отклонения конечной влажности шпона и температуры, принятой за оценку степени пожароопасности.

Годовой экономический эффект рассчитан по формуле:

, (36)

где – снижение удельной себестоимости сушки, руб/м3; П – годовая программа сушки шпона, м3.

Режимы сушки внедрены в ОАО «Мантуровский фанерный комбинат» (г. Мантурово, Костромская обл.) и ООО «Каштан» (г. Нововоронеж).

Основные результаты и выводы

1. Предлагаемые режимы сушки шпона в газовых роликовых сушилках на основе метода многокритериальной оптимизации по сравнению с существующими на производстве, позволили снизить отклонение конечной влажности шпона на 19,5%, повысить производительность сушилок на 12,5 % и снизить удельную себестоимость на 2,7 %. Уменьшилась на 5,5 % температура агента сушки на выходе из сушилки, что снизило степень пожароопасности.

2. Разработанные математические модели технико-экономических показателей и математические модели тепло- и влагопереноса, учитывающие толщину и породу шпона, отражают закономерности функционирования технологии сушки шпона в газовых роликовых сушилках.

4. Разработанный способ автоматического управления процессом сушки листовых материалов, защищенный патентом РФ на изобретение
№ 2285215 позволяет при приводящем к возгоранию превышении нормы температуры высушиваемого материала, оперативно изменять режим. Такое регулирование в результате способствует снижению вероятности возникновения пожара и повышает качество сушки.

5. Предлагаемые практические рекомендации в деревообрабатывающем производстве не требуют существенной реконструкции сушилок, значительной перепланировки производственных площадей. Комплектация новых сушилок рекомендуемой системой многокритериального автоматического управления не сопровождается значительным повышением их стоимости.

6. Экономический эффект от внедрения результатов научно-практической работы в производство ОАО «Мантуровский фанерный комбинат» и ООО «Каштан» составил 4,62 руб/м3 и 6,38 руб/м3 по двум предприятиям соответственно. Годовой экономический эффект составил по объемам производства предприятий соответственно 122850,43 и 53071,12 рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в работах

В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России

1. Сергеев, С.В. Математическое моделирование процесса сушки шпона в газовых роликовых сушилках [Текст] / С.В. Сергеев // Лесной вестник – №2. – М.: МГУЛ – 2008. – с. 152-155.

2. Сафонов, А.О. Разработка энергосберегающей системы управления сушкой шпона в газовых роликовых сушилках. [Текст] / А.О. Сафонов, С.В. Сергеев // Деревообрабатывающая промышленность. – №2. – 2007. с. 3–6.

В авторских свидетельствах, патентах

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»