ВЛИЯНИЕ МЕСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ИЗМЕНЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ В РАСШИРЕННОМ ПНЕВМОТРАНСПОРТЕ

АННОТАЦИЯ

В этой статье основное внимание уделяется повышению качества продукции и снижению затрат для обеспечения эффективности мирового производства хлопкового волокна, в последнее время, увеличению потребления хлопкового волокна, его конкретному виду и навигации, изменению спроса на показатели качества, производству продукции с определенными показателями качества. На всех процессах производства хлопковой продукции, а также в процессах транспортировки хлопка с помощью пневмотранспорта, на основании анализов, проведенных исследований по определению факторов, оказывающих негативное влияние на качество продукции и их устранению, по созданию ресурсосберегающей технологии, снижающей расходы производства продукции, теоретически обоснована связь между потерей давления местного сопротивления смеси воздуха и волокнистых отходов. Ведутся широкомасштабные научные и прикладные исследования, направленные на усовершенствование процессов транспортировки хлопка и отделения его от воздуха. В этом направлении, в том числе, разрабатываются и развиваются научные основы процесса отделения хлопка от воздуха, который транспортирует его, пневмотранпсортом. Уделяется особое внимание созданию автоматизированного пневмотранспортного оборудования, а также, посредством широкого внедрения в производство ресурсосберегающей техники и технологии, улучшению потребительских свойств хлопковой продукции.

На основе анализа разработаны теоретические уравнения движения смеси воздуха и волокнистых отходов в расширяющейся части трубопровода в используемых в настоящее время пневмотранспортных системах. Теоретически доказано, что угол расширения расширяющейся трубы зависит от местных сопротивлений, возникающих в расширяющейся части трубы во время движения воздуха и волокнистых отходов в хлопкоочистительной установке.

По полученным результатам было доказано, что местное сопротивление равно значению , при оптимальных значениях угла расширения расширяющегося трубопровода местного сопротивления, равном .

Кроме того, разработаны теоретические уравнения, при диаметре выходящего трубопровода, равном  и при диаметре трубопровода скорости смеси воздуха и волокнистых отходов оптимальных значениях местного сопротивления, равном .

ABSTRACT

This article focuses on improving product quality and reducing costs to ensure the efficiency of the global production of cotton fiber, in recent years, an increase in the consumption of cotton fiber, its specific type and navigation, changing demand for quality indicators, production of products with certain quality indicators. In all processes of cotton production, as well as in the processes of transporting raw cotton using pneumatic transport, on the basis of analyzes, studies conducted to determine factors that have a negative impact on product quality and their elimination, to create resource-saving technologies that reduce production costs, theoretically the connection is substantiated by the pressure loss of the local resistance of the mixture of air and fibrous waste. Large-scale scientific and applied research is being conducted to improve the processes of transporting raw cotton and separating it from the air. In this direction, among other things, the scientific foundations of the process of separating raw cotton from the air that transports it by pneumatic conveyor are being developed and developed, special attention is paid to the creation of scientific automated pneumatic conveying equipment, as well as, through the widespread introduction of resource-saving equipment and technology into production, to improve consumer properties of cotton products.

Based on the analysis, theoretical equations of motion of a mixture of air and fibrous waste in the expanding part of the pipeline in currently used pneumatic transport systems have been developed. It has been theoretically proven that the angle of expansion of an expanding pipe depends on local resistances generated in the expanding part of the pipe during the movement of air and fibrous waste in the ginner.

According to the results obtained, it was proved that the local resistance is equal to the value, at the optimal values  of the expansion angle of the expanding pipeline of local resistance equal to .

In addition, theoretical equations have been developed, with the diameter of the outgoing pipeline equal and with the diameter of the pipeline the velocity of the mixture of air and fibrous waste, the optimal values  of local resistance equal to .

Ключевые слова: пневмотранспорт, местное сопротивление, коэффициент сопротивления, отходы волокна, поток, расширительная труба, воздух, скорость, потеря давления, поперечное сечение.

Keywords: pneumatic conveying, local resistance, drag coefficient, fiber waste, flow, expansion pipe, air, velocity, pressure loss, cross section.

Продукция, произведённая из хлопкового волокна является ведущей на мировом текстильном рынке. Для производства этих продуктов, каждый год, расходуется около 25 млн.тонн хлопкового волокна, и этот показатель растет из года в год [1]. В связи с увеличением потребления хлопкового волокна, определенного его вида и сорта, изменения спроса на качественные показатели, в последние годы особое внимание уделяется производству продукции с определенными показателями качества. Соответственно, для обеспечения эффективности производства хлопкового волокна в мировом масштабе, повышения качества продукции и снижения себестоимости, выявления и устранения факторов, негативно влияющих на качество продукции во всех процессах производства хлопковой продукции, а также в процессе транспортировки хлопка пневмотранспортом, создание ресурсосберегающей технологии, снижающих издержки производства продукции остается одной из важнейших задач в данной области [2].

Помимо основных процессов технологии первичной обработки хлопка в мире, проводятся широкомасштабные научные и прикладные исследования, направленные для совершенствования процесса транспортировки хлопка по воздуху и отделения его от воздуха. В этом направлении, также, разрабатываются и развиваются научные основы процесса пневмотранспортировки хлопка по воздуху и его отделения от воздуха, особое внимание уделяется улучшению потребительских свойств хлопковой продукции путем создания научного автоматизированного пневмотранспортного оборудования, посредством ускорения ориентированного на повсеместное внедрение современного ресурсосберегающего оборудования и технологий.

Первое пневмотранспортное устройство было применено для выгрузки зерна с кораблей Дорфманом [3] в 1893 году. Коэффициент полезного действия устройства был небольшим и потреблял много энергии.

В хлопкоочистительной промышленности пневмотранспортное устройство применяется с 1929 г. [4]. Первоначальные исследования по пневмотранспорту хлопка проведены Борисом Левковичем. В последствии, П. Байдюк внес большой вклад в его развитие. Он является автором экспериментальных исследований по взаимодействию воздуха с хлопком в пневмотранспорте, сопротивлению пневмотранспорта движению воздуха и материала, перемещению материала по горизонтальным и вертикальным трубам, радиусу действия пневмотранспорта, энергопотреблению при транспортировке с помощью воздуха.

Воздушная транспортировка хлопка способствует его усадке и выделению влаги из продукта.

Исследования Т.Махаметова над очисткой хлопка от тяжелых примесей при пневмотранспортировке, А.Исмаилова - над повышением надежности оборудований пневмотранспорта хлопка, Р.Амирова – над влиянием элементов пневмотранспорта на хлопок-сырец и его качество, А.Бурханова [5] над взаимодействием сеточной поверхностей и труб изгибов с внутренней поверхностью, исследования М. Хасанова в области очистки хлопка от мелких и тяжелых смесей на воздушном транспорте, исследования Х. Мамарасулова [6] в области создания инерционного сепаратора для переносного пневмотранспортного оборудования, в частности, внесли большой вклад в развитие практики и теории воздушного пневмотранспорта. В научно-исследовательских работах, проводимых по аэродинамическим и местным сопротивлениям хлопкового волокна в трубопроводах, исследований было немного [7-9].

Местные сопротивления возникают, когда резкое расширение, резкое сжатие и перемешивание в разделительных системах приводит к потере давления воздуха в результате столкновения различных препятствий при совместном движении воздуха и волокнистых отходов.

Существует очень много типов местного сопротивления, каждый из которых имеет различную потерю давления. Поэтому одной из важных задач является анализ потерь отходов волокна и давления воздушного потока на основе определения местных сопротивлений в процессе отделения волокнистых материалов от смеси воздуха и отходов волокна.

Местное сопротивление - это аэродинамическое сопротивление собранных в одном месте воздуховодов.

При местных сопротивлениях всегда образуется перестройка, отклонения на площадях скоростей и границах потока. Перестройка площади скорости и поддержание оборотов требует потребления энергии. Таким образом, прохождение воздуха или смеси через местное сопротивление всегда сопровождается потерей давления. Эти проблемы не были широко изучены с точки зрения теоретических исследований и аналитических разработок, и причиной этому является то, что еще не разработан общий аналитический метод расчета местных сопротивлений. Наряду с этим, в хлопкоочистительной промышленности транспортировка хлопка, аэродинамика системы очистки запыленного воздуха практически не изучены и не исследованы. Практически отсутствуют теоретические основы в технологических процессах транспортировки, очистки и переработки хлопка в целом. Некоторые исследователи-теоретики такие как, А. Таджибоев, Б. Мардонов и др. провели исследования в этом направлении [10-13]. Однако в этих исследованиях не проводилось никаких исследований по отделению волокнистых отходов от воздуха.

Рассмотрим воздуховод, в котором происходит расширение поперечного сечения угла отклонения  по направлению потока смеси воздуха и волокнистых отходов (рис. 1).

За счет симметричной силы площади потока смеси воздуха и волокнистых отходов (рис.2) происходит потеря давления при прохождении через сечение (CC), создавая зону поворота, требующую дополнительного расхода энергии. В связи с этим несложно создать плавный контур, обеспечивающий плавную циркуляцию воздуха и потока смеси волокнистых отходов на кривой потока [14-20]. В этом случае, используя рис. 1 и 2 для решения задачи, создадим уравнения движения смеси воздуха и волокон в сечении 2–2 (рис. 1), расположенном на участке 1–1 и на достаточном расстоянии от него перед началом расширения воздуховода.

Запишем уравнение Бернулли для смеси для выбранных таким образом сечений на протяжении движения смеси воздуха и волокна:

Здесь для снижения давления смеси.

                (1)

где и - плотности воздуха и волокнистых отходов.

Применив теории о количестве движения, оказывающем действие на эту массу, и об изменении массы смеси воздуха и волокнистых отходов, мы получаем следующую формулу.

                                             (2)

После расчета объема, связанного с двумя сечениями стены, запишем объем движения в единицу времени массы смеси воздуха и волокнистых отходов в проекции на отклоняющую стенку ВC:

        (3)

Далее уравнение (2) приравниваем к уравнению (3):

Здесь, учитывая во внимание (1), получаем следующую формулу:

В таком случае, коэффициент сопротивления для каждого прохода (CC) по направлению определяется по М.И. Гуревичу [11].

                             (4)

Тогда

Если учитывать во внимание следующее

,    

Тогда

В полученные уравнения вносим следующее: ; , ; ,

В таком случае

          (5)

Пользуясь равенством количеств смеси воздуха и волокнистых отходов во входной и выходной частях трубопровода  получим следующее уравнение.

                   (6)

Учитывая во внимание равенство  приведем следующее уравнение:

                  (7)

Учитывая во внимание уравнения (5) и (7) для коэффициента местного сопротивления получим следующую формулу.

                 (8)

- местное сопротивление, если концентрация фаз  (),

 и - плотность воздуха и волокнистых отходов, H и L – если известны ширина канала и начальная скорость каждой площади, то определяется коэффициент местного сопротивления для каждого расширяющегося трубопровода.

Здесьто есть ().

Таким образом, основной параметр, кроме перечисленных выше, расчитывается по угул горизонтальной оси ОХ склонный к верхней стенке .

Если не учитывать во внимание концентрацию фаз , в таком случае

В результате получим следующую формулу:

                            (9)

Из полученных уравнений учитывая во внимание диаметр входного воздуховода , и диаметр выходного воздуховода  было изучено влияние расширяющегося трубопровода на местное сопротивление расширяющего угла (3-рис).

Рисунок 3. График связи угла расширения расширяющегося трубопровода  на коэффициент местного сопротивления

Из рис. 3 мы можем видеть, что если оптимальное значение местного сопротивления составит  , то местное сопротивление будет равно .

На основании полученных уравнений, проведем теоретические исследования по отношению скоростей волокнистых отходов в входящих и выходящих трубопроводах.

,

,

                (10)

Найдем скорость выходящих волокнистых отходов, при известных оптимальных значениях местного сопротивления, который равен  и местном сопротивлении, равном . Здесь, произвольно выберем диаметр входящего трубопровода H=0,2 м, диаметр выходящего трубопровода L=0,4 м, а также скорость вхоящих волокнистых отходов (рис.4).

Делая вывод из графика, полученного из рис. 4, в заключение мы можем сказать, что проведенные теоретические исследования, проведены верно с учетом скоростей частиц, мы можем видеть, что скорости волокнистых отходов на входе и выходе уменьшаются в 2 раза. В результате, при разработке устройств улавливающих волокнистые отходы, если учесть, что угол расширения при расширении труб равен , то местные сопротивления становятся меньше. Кроме этого, учитывая то,  , тогда скорость волокнистых отходов в камере снижается в среднем в 2 раза.

Рисунок 4. Связь скоростей входящих и выходящих волокнистых отходов в расширяющейся части трубопровода

Это поможет найти теоретические решения для удержания труб пневмотранспорта волокнистых отходов в наших последующих исследованиях.

Вывод

Проведенные анализы показывают что, течение через местное сопротивление воздуха или смеси постоянно приходит наравне с потоерей давления. По причине того, что широко не изучены аналитические разработки и теоретические исследования, проводимые по данной тематике, были разработаны уравнения для расчета местного сопротивления смеси воздуха и волокнистых отходов в расширяющихся трубопроводах и было доказано посредством анализирования скоростей частиц.

Теоретически определена величина местного сопротивления, равная при оптимальном значении смеси воздуха и волокнистых отходов в расширяющемся трубопроводе, который равен . В целях доказательства верности расчета скоростей частиц, по проведенным исследованиям, были изучены скорости волокнистых отходов при входе и выходе из трубопровода. В результате, при разработке устройств улавливающих волокнистые отходы, если учесть, что угол расширения при расширении труб равен , то местные сопротивления становятся меньше. Кроме этого, учитывая то,  , тогда скорость волокнистых отходов в камере снижается в среднем в 2 раза. Это поможет найти теоретические решения для удержания труб пневмотранспорта волокнистых отходов в наших последующих исследованиях.

Список литературы:

1. International cotton advisory committee. Washington, From the Secretariat of the ICAC. https://icac.org/, email secretariat@icac.org. September 1, 2018
2. Kadam, D., Ilkhom, A. and Dilafruz, K., 2020. Change of physical and mechanical indicators of yarn depending on the design of the sampling drum // Journal of Critical Reviews, 7(3), pp.411-415.
3. Muksin, K., Ilkhom, A., Iqbol, M., Javlon, K. and Marguba, R., 2020. technological breakthrough of cotton cleaning enterprises fiber waste // European Journal of Molecular & Clinical Medicine, 7(2), pp.508-515.
4. V. Kuznetsov, S. Denisov. Pneumotransport of woodworking enterprises // Bratsk State Technical University. Bratsk., 2007.
5. K. Hoganson, D. Gross. PatentUSA. Variable speed drive for pneumatic transport system // US 7,950,879 B2. 05/31/2011.
6. Baydyuk P.V., Khozhiev M.Kh. Methodology for determining hydraulic pressure losses in a horizontal working pipeline of a pneumatic conveying system for raw cotton. // R.Zh. Cotton industry. 1992. No. 2.С. 8-9.
7. Abbazov IZ. dr. Fractional structure of dust particles released from technological processes. Science and Education. 2021;2(3):129-35.
8. Abbazov, I.Z. Impact device for collecting fiber waste on dust trapping // Textile Journal of Uzbekistan 7.1 (2019): 28-35.
9. Аббазов ИЗ, Ходжиев МТ, Усманов ХС. Вопросы очистки запыленного воздуха на хлопкоочистительных заводах // Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире. 2018;21:45-7.
10. Мурадов Р.М., Аббазов И.З., Мухаметшина Э.Т. Анализ степени повреждённости семян в технологическом процессе первичной обработки хлопка // Инновационные подходы в современной науке. – 2020. – С. 81-88.
11. Мурадов Р.М., Мухаметшина Э.Т. Анализ исследования по совершенствованию элементов пневмотранспортных установок в целях снижения поврежденности хлопковых семян // Universum: технические науки. – 2020. №. 6-2 (75).
12. Egamberdiev, F. O., K. J. Jumaniyazov, and I. Z. Abbazov. Study of the influence of the guiding device on increasing the efficiency of fiber cleaning // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Vol. 614. No. 1. IOP Publishing, 2020.
13. Ulugmuradov, H.Yu, I.Z. Abbazov, and R.M. Muradov. Study on improving the efficiency of cleaning the pile drum // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Vol. 614. No. 1. IOP Publishing, 2020.
14. Гуревич М.И. Теория идеальных жидкостных течений // Москва 1961 год. 496 стр.
15. Талиэв В.Н. Аэродинамика проветривания”. Москва 1979 год. 295 стр.
16. Аббазов И. З. и др. технологик жараёнлардан чиқаётган чанг заррачаларининг фракцион таркиби //science and education. – 2021. – т. 2. – №. 3. – с. 129-135.
17. Khojiev MT, Abbasov IZ, Mardonov BM. Theoretical study of the motion of dust particles in the chamber of the collector. Journal of Textile Problems.-Tashkent: TITLI.–2015. 2015;2:75-9.
18. Abbazov I, Sarimsakov O, Khodjiev M, Mardonov B. Waste Produced at Cotton Waste Factories American Journal of ASCIT. Communications. 2018;5:22.
19. Egamberdiev F, Jumaniyazov K, Abbazov I, Yodgorova H, Rajapova M. Theoretical study of the impact aimed at improving the efficiency of fiber cleaning. InIOP Conference Series: Earth and Environmental Science 2021 Dec 1 (Vol. 939, No. 1, p. 012032). IOP Publishing.
20. Khodjiev M, Abbazov I, Karimov J. Influence of Local Resistance on Pressure and Speed Changes in Expanded Pneumatic Conveying. InE3S Web of Conferences 2021 (Vol. 304). EDP Sciences.