Basis of thermo-vacuum waste processing, Innovatsionnaya

Результаты 
Установка для приготовления жидких кормовых 
смесей (рис. 4) совмещает в себе функции насоса и 
смесителя [17, c. 1; 20, с 23]. 
Рисунок 4 – Схема работы установки 
На рисунке 5 представлена зависимость макси-
мального значения подачи жидкости от частоты враще-
ния рабочего колеса [13, с. 77]. 
Рисунок 5 – Зависимость максимальной подачи жидкости 
Q
ж
от частоты вращения рабочего колеса 
Напорные и энергетические характеристики 
установки представлены на рисунке 6. Варианты 
отличаются наличием замкнутого (с герметичной 
крышкой) и разомкнутого контура, при частоте вращения 
n = 1 500 мин
-1 
[14, с. 36]. 
а 
б 
Рисунок 6 – Напорные и энергетические характеристики установки (а) открытый и закрытый контур (б) 
Анализ полученных напорных и энергетических 
характеристик показал, что с увеличением частоты 
вращения происходит возрастание напора, подачи и 
коэффициента полезного действия и, как следствие, рост 
потребляемой мощности. 
При работе схемы с закрытым контуром значения 
показателей выше. Во время работы установки в 
технологической линии при непрерывной подаче сухого 
компонента в загрузочную камеру, последний будет 
препятствовать попаданию воздуха. Поэтому можно 
прогнозировать соответствие показателей при работе по 
схеме с замкнутым контуром. 
Для учета сопротивлений в межлопастных каналах 
примем зависимость от расхода в виде, аналогичном для 
трубопровода [15, с. 80]: 
2
0
1
2
.
c
h
h
k Q
k Q



(6) 
Тогда зависимость Н=f(Q) с учетом сопротивления 
запишется как 
2
0
1
2
(
)
H
A
h
k Q
k Q




, (7) 
где h
0
– удельные потери в каналах, м; k
1
и k
2
– 
экспериментальные 
коэффициенты, полученные в 
результате исследования характеристики установки. 
Коэффициенты A, k
1
и k
2
в уравнений (7) опреде-
ляем, используя электронные таблицы «Microsoft Office 
Excel 2007» и метод наименьших квадратов, при этом 
получим: 
2
1500
6,97 0,292
0,044
закр
закр
закр
Н
Q
Q





, (8) 
2
1500
4,31 0,382
0,148
откр
откр
откр
Н
Q
Q





. (9) 
По составляющим уравнений (8) и (9) можно 
спрогнозировать напорную характеристику установки 
при различной частоте вращения вала рабочего колеса, с 
учетом соответствующих сопротивлений и схемы работы 
[14, с. 36]. 
При исследовании номинальных показателей оп-
ределяли напорно-расходную характеристику. Иссле-
довали взаимное влияние частоты вращения вала элек-
тродвигателя n, число неподвижных лопаток Z и давле-
ние в загрузочной камере р
3
(в процессе исследований 
изменялось случайным образом и фиксировалась по 
стандартной методике [16, с. 125]) на целевые функции: 
номинальная подача Q
н
, м
3
/ч; номинальный напор H
н
, м; 
номинальная полезная мощность P
н
, Вт и коэффициент 
полезного действия η, %. Давление р
3
в данном случае 

---

83
будет имитировать нахождение материала в загрузочной 
камере. 
При снятии напорно-энергетической характе-
ристики устройства был реализован полный факторный 
эксперимент типа 2
3
. 
При проведении испытаний давление в загрузоч-
ной камере изменялось и было непостоянным, поэтому 
фактор был неконтролируемым. 
Нормирование давления в камере при активно-
пассивном эксперименте проводили следующим образом 
[16, с. 169]: 
i
o
i
i
i
x
~
x
~
x



, (10) 
где 
i
x
– нормированное значение фактора; 
i
x
~
–
именованное значение фактора на i-м уровне; 
o
i
x
~
–
именованное значение фактора на нулевом уровне; 
i

–
интервал варьирования. 
2
н
i
в
i
i
x
~
x
~



, (11) 
где 
в
i
x
~
– именованное значение фактора на верхнем 
уровне, рекомендуется применять в качестве 
в
i
x
~
макси-
мальное значение фактора 
в
i
max
i
x
~
x

; 
н
i
x
~
–
именованное значение фактора на нижнем уровне. Реко-
мендуется применять в качестве 
н
i
x
~
минимальное зна-
чение фактора 
н
i
min
i
x
~
x

. 
Именованное значение фактора на нулевом уров-
не: 
2
н
i
в
i
o
i
x
~
x
~
x
~


. (12) 
Таблица 1 – Матрица плана 2
3
и результаты экспериментальных исследований
при изучении влияния факторов на номинальные показатели работы установки 
Уровни 
варьирования 
факторов 
Факторы 
Критерии оптимизации 
Частота вра-
щения вала n,
мин
-1
Число
неподвижных 
лопаток Z, шт. 
Давление
в загрузочной 
камере р
3
, кПа 
Подача Q
н
, 
м
3
/ч 
Напор 
H
н
, м 
Полезная 
мощность 
N
н
, Вт 
Коэф-
фициент
полезного 
действия, 
η, % 
x
1 
x
2 
x
3 
y
1
 
y
2
 
у
3 
y
4
 
Верхний 
уровень (+) 
1500 
18 
98,1 
- 
- 
- 
Нижний 
уровень (–) 
750 
0 
95 
- 
- 
- 
Опыты 
1 
–1 
–1 
–1 
2,79 
0,2 
1,52 
6,8 
2 
+1 
–1 
–1 
3,5 
1,57 
14,97 
6,74 
3 
–1 
+1 
–1 
2,75 
0,24 
1,79 
5,65 
4 
+1 
+1 
–1 
3,85 
1,72 
18,04 
5,73 
5 
–1 
–1 
+1 
1,75 
1,5 
7,15 
10,02 
6 
+1 
–1 
+1 
4,23 
3,13 
36,07 
15,13 
7 
–1 
+1 
+1 
3 
1,18 
9,64 
5,5 
8 
+1 
+1 
+1 
5 
4,02 
54,77 
11,32 
После исключения незначимых коэффициентов 
регрессии пересчитанные математические модели рабо-
чего процесса имеют вид: 
Q = 3,35+0,79·х
1
+0,32∙х
2
–0,14·х
3
–0,31·х
1
·х
3
–0,24·х
2
·х
3
, (10) 
H = 1,65+0,81·х
1
+0,07∙х
2
–0,69·х
3
+0,14·х
1
·х
2
–0,09·х
1
·х
3
, (11) 
N = 17,27+11,17·х
1
+2,84∙х
2
–7,85·х
3
+ 
+1,88·х
1
·х
2
–4,18·х
1
·х
3
–1,08·х
2
·х
3
, (12) 


=8,68+1,45·х
1
–0,48∙х
2
–2,21·х
3
+0,82·х
1
·х
2
–1,48·х
1
·х
3
. (13)