Анализ исследования по совершенствованию элементов пневмотранспортных установок в целях снижения поврежденности хлопковых семян

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлен анализ ряда научных исследований по совершенствованию процесса транспортировки хлопка в пневмотранспортном устройстве. Научные исследования были в основном сосредоточены на поддержании качества транспортируемого хлопка, снижении повреждения семян, потребления электроэнергии и выбросов запыленного воздуха в атмосферу. После замены труб на полимерные трубки было доказано, что повреждение семян при транспортировке хлопка значительно уменьшилось. Было доказано, что повреждение семян уменьшается вдвое путем установки резинового покрытия на изогнутую рабочую часть трубы, куда может ударяться хлопок-сырец.

ABSTRACT

This article presents an analysis of a number of scientific studies on improving the process of transporting cotton in a pneumatic conveying device. Scientific research was mainly focused on maintaining the quality of transported cotton, reducing damage to seeds, energy consumption and dusty air emissions. After replacing the pipes with polymer pipes, it was proved that damage to the seeds during transportation of cotton was significantly reduced. It has been proven that seed damage is halved by installing a rubber coating on the curved working part of the pipe where raw cotton can be hit in the curved part of the pipe.

Ключевые слова: пневмотранспортное устройство, повреждение семян, ударная сила, сепаратор, камера отделения, рабочая камера, мелкие загрязнения, технологическая цепь, труба, сетчатый барабан.

Keywords: pneumatic conveying device, seed damage, impact force, separator, separation chamber, working chamber, small contaminants, technological chain, pipe, mesh drum.

Первое устройство транспортировки с помощью пневмотранспорта было применено в 1893 году Дорфманом для выгрузки зерна с судов. КПД устройства был небольшим, и оно потребляло много энергии.

Несмотря на это, оно широко применялось в Европе для выгрузки зерна. Пневмотранспортное устройство для транспортировки имеет ряд преимуществ перед механическими транспортерами. Достижения в области научно-исследовательских работ усовершенствовали процесс транспортировки с помощью пневмотранспорта. В результате применения многих технических решений, разработанных учеными на сегодняшний день, технические и технологические показатели пневмотранспортного устройства транспортировки хлопка-сырца значительно улучшились.

Был проведен ряд научных исследований по усовершенствованию процесса транспортировки хлопка-сырца пневмотранспортным устройством. Их основное направление состоит из сохранения качества транспортируемого хлопка-сырца, снижения повреждения семян, потребления электроэнергии и выброса запыленного воздуха в атмосферу.

При транспортировке хлопка-сырца в подвешенном положении в прямолинейных участках трубы семена и волокна не повреждаются и процесс поверхностного износа замедляется. Однако при транспортировке с такой скоростью силы инерции в оболочках труб резко возрастают. Хлопок-сырец сильнее ударяется о внутреннюю поверхность оболочки. В результате скорость теряется, а напряжение в точке удара увеличивается. Это приводит к увеличению повреждения семян и ускорению разрушения оболочки.

Было установлено, что повреждение семян во время ударения уменьшается относительно увеличения угла падения.

Эти исследования показывают, что изучение процесса ударения играет важную роль в изучении повреждения хлопка-сырца в пневмотранспортном устройстве, и был проведен ряд исследований, посвященный этой проблеме.

В этих исследованиях движение хлопка-сырца рассматривалось в связи с рабочими процессами машин и оборудования для обработки хлопка-сырца. В работах были проведены исследования по процессу ударения по трубам при транспортировке семян. А. Бурханов [3] принял семя хлопка-сырца как сферическое тело с радиусом 0,3 см. Сила удара, расчет времени удара были продемонстрированы ученым как теоретически, так и практически.

Х. Ахмадходжаев в целях уменьшения поврежденности семян хлопка-сырца, вызванного неравномерным движением хлопка-сырца в металлических трубах, предлагает заменить металлические трубы полимерными трубами.

Когда хлопок-сырец транспортируется в полимерных трубах, его трение с рабочими поверхностями уменьшается. А это уменьшает повреждение хлопка-сырца. То есть поврежденность семян уменьшается на 15–25 %, образование технологических дефектов в волокне уменьшается на 10–20 % [2]. В этой работе изучалось влияние геометрических размеров трубы на повреждаемость семян при различных режимах транспортирования. Было определено, что на степень повреждаемости семян оказывает влияние радиус кривизны трубы и скорость транспортировки хлопка [4].

Авторы считают, что для того, чтобы уменьшить повреждение семян, необходимо уменьшить количество нормальной составляющей силы удара на изогнутой части трубы. Установка резинового покрытия на рабочую поверхность, где хлопок может ударяться в изогнутой части трубы, снижает повреждение семян в 2–3 раза [5].

Теперь ознакомимся с работами по совершенствованию элементов пневмотранспортного устройства с целью уменьшения повреждаемости семян.

Результаты наблюдения за процессом транспортировки хлопка с помощью воздуха показали, что сырье неравномерно передается по пневмотранспортным трубам. В результате этого хлопок перемещается внутри трубы, скапливаясь в некоторых местах, а в некоторых местах редко разделяясь на определенные куски [6].

Невыполнение равномерной передачи хлопка-сырца на трубу приведет к ухудшению работы элементов пневмотранспортного устройства. В результате снизится эффективность устройства для удержания тяжелых смесей хлопка-сырца, увеличится повреждение волокна и семян, произойдет засорение сепараторов на сетчатых поверхностях, увеличится вероятность выхода волокна с тяжелыми смесями в камнеуловителях, а в сепараторе увеличится вероятность выхода волокна на отходы вместе с отработанным воздухом. Кроме того, из-за плохого шлифования хлопка-сырца эффективность сушильных барабанов и очистительных машин резко снижается.

На сегодняшний день поставщики в хлопкоочистительных предприятиях не имеют возможности беспрепятственно поставлять хлопок-сырец. Основной причиной отсутствия высокоэффективных машин, которые равномерно доставляют хлопок к трубам пневмотранспортного устройства, является отсутствие научно-теоретической основы, которая полностью охарактеризовала бы взаимодействие и движение смеси хлопка и воздуха при пневмотранспортировке.

Соответственно, можно выбрать оптимальный режим пневмотранспортировки, изучив движение в горизонтальном и вертикальном участках трубопровода, с учетом сил, оказывающих воздействие на хлопок-сырец во время пневмотранспортировки. Здесь образуется возможность сохранения качественных показателей хлопка-сырца, уменьшая ударение хлопка-сырца на стенки трубы.

Качество выпускаемой продукции зависит не только от техники и технологий обработки, но и от процесса подготовки хлопка-сырца. Во время сбора и хранения хлопка-сырца возможно добавление в него различных инородных тел. Исследования показывают, что они могут составлять 0,2–0,3 % от массы хлопка-сырца. Это требует внедрения устройств, которые отделяют хлопок-сырец от тяжелых смесей в процессе обработки. В противном случае камни и металлические осколки попадают в рабочие камеры джина, линтера и очистительных машин, что негативно сказывается на их равномерной работе и конструктивных особенностях рабочих органов, что в результате приводит к снижению эффективности производительности оборудования [9; 8; 1].

Несмотря на то что проблема усовершенствования процесса отделения тяжелых смесей от хлопка-сырца очень важна, до сих пор не было разработано оборудование для улавливания камней, которое было бы достаточно эффективным, дающим возможность уменьшения повреждения семян в рабочей камере. Поэтому в технологической цепочке обработки хлопка-сырца было установлено несколько малоэффективных устройств, которые улавливают тяжелые смеси, они вызывают потерю дополнительного давления, снижают эффективность производства и радиус действия пневмотранспортного устройства.

Основные недостатки в конструкции камнеуловителей – его геометрические и технологические размеры не позволяют полностью удержать тяжелые смеси из состава сырья.

При совершенствовании процесса пневмотранспортировки в первую очередь необходимо принимать во внимание сохранение прежних природных свойств хлопка-сырца. Действительно, ухудшение качества хлопка-сырца также может происходить в вентилируемой части устройства во время транспортировки. Следовательно, устанавливается сепаратор – устройство, отделяющее хлопок-сырец в составе пневмотранспортного устройства. В сепараторе хлопок-сырец отделяется от воздуха под действием силы тяжести и центробежной силы. В связи с этим сепараторы подразделяются на объемные, инерционные и центробежные типы.

Конструкция существующих сепараторов недостаточно усовершенствована. Они создают высокое аэродинамическое сопротивление, которое вызывает потерю давления воздуха, создаваемого вентилятором. Кроме того, при отделении хлопка-сырца от воздуха это создает технологические дефекты в волокне, что приводит к ухудшению качества хлопка. А через отверстия сеточной поверхности наблюдается выход волокон с воздухом.

Несмотря на то что было проведено множество исследований по изучению процесса сепарации, процессы отделения хлопка-сырца от сеточной поверхности и выпуска его в вакуумный клапан не были полностью изучены.

По этой причине ученые и специалисты в области очистки хлопка-сырца провели исследования по разработке методов уменьшения поврежденности семян, повышения степени очистки хлопка-сырца без установки дополнительного энергоемкого оборудования в нынешних технологических процессах предприятий обработки хлопка-сырца. При этом, прежде всего, эффективно использовались возможности элементов пневмотранспортного устройства для транспортировки хлопка-сырца. Примерами этих элементов являются камнеуловитель и устройства сепаратора.

Камнеуловитель предназначен для улавливания тяжелых смесей в составе хлопка-сырца. Хлопок-сырец перемещается с помощью воздуха в горизонтальной части трубы и попадает в разделительную камеру камнеуловителя, которая установлена ​​в точке перехода к трубе в вертикальном положении.

Поскольку объем разделительной камеры немного больше, скорость хлопка-сырца уменьшается и он начинает подниматься в сторону вертикальной трубы. Гравитационная сила воздуха вертикальной части разделительной камеры предназначена только для подъема хлопка-сырца. По этой причине составы, которые относительно тяжелее хлопка-сырца, не могут подниматься вверх под действием воздуха и падают под действием собственного веса в карман камнеуловителя.

Когда рабочий процесс камнеуловителя детально изучен, поскольку его разделительная камера установлена ​​перед разгрузочной трубой, хлопок-сырец движется по своей инерции и с большой силой ударяется о его стенку. В результате семена повреждаются, и это в дальнейшем наблюдается в процессе джинирования, т.е. в отделении волокна от семян хлопка-сырца. Поскольку эти дефекты плотно прикреплены к волокну, его нельзя отделить от волокноочистителя [7].

В результате свойство прядения волокна снижается, что приводит к образованию различных узлов в пряденой нити, а качество получаемого материала снижается за счет образования пятен. В целях устранения этого недостатка камнеуловителя было предложено установить упругий элемент в месте, где хлопок-сырец может ударяться [10]. Этот элемент выполнен в виде сетчатого барабана и установлен на упругом основании (рис. 1).

Рисунок 1. Усовершенствованное устройство для улавливания тяжелых премесей. APIAP02993:

1 – премный патрубок; 2 – рабочая камера; 3 – выходной патрубок; 4 – карман; 5 – сетчатый барабан; 6 – эластичная основа

Место, где может ударяться хлопок-сырец, выполнено в виде сетчатого барабана, который не только уменьшает повреждение семян хлопка-сырца, но и отделяет мелкие сорные примеси из хлопка-сырца.

Поскольку сетчатый барабан установлен вертикально, мелкие сорные примеси, отделенные от хлопка-сырца, попадают в карман камнеуловителя под действием собственной силы тяжести.

Такое изменение дает возможность отделить мелкие примеси от хлопка без внесения небольших изменений в конструкцию камнеуловителя. Наряду с этим упругая установка сетчатого барабана позволяет уменьшить повреждение семян хлопка-сырца.

Последним элементом пневмотранспортного устройства является сепаратор. Его основная функция – это отделение хлопка-сырца от транспортирующего воздуха. Этот процесс происходит следующим образом. Хлопок-сырец поступает в разделительную камеру сепаратора через приемный патрубок. Поскольку объем разделительной камеры намного больше, скорость хлопка-сырца снижается в несколько раз. Воздух отсасывается через сетчатые поверхности, установленные на боковой стороне разделительной камеры [11].

По этой причине 30 % хлопка-сырца, поступающего в разделительную камеру, движется к этой сеточной поверхности. В результате хлопок-сырец прилипает к сеточной поверхности. Хлопок-сырец не может пройти через отверстия в сеточной ​​поверхности, поскольку отверстия имеют диаметр, равный 6 мм. Воздух и мелкие сорные примеси отделяются от хлопка-сырца и направляются в циклон через всасывающую трубу вентилятора. Циклон очищает воздух от мелких частиц пыли и выбрасывает его в атмосферу.

Рисунок 2. Усовершенствованный хлопковый сепаратор № I AP03225:

1 – приемный патрубок; 2 – хлопковая секция; 3 – воздушная секция; 4 – сеточная поверхность; 5 – разделительная сетчатая поверхность; 6 – скребок; 7 – направитель; 8 – вакуумный клапан; 9 – выходной патрубок; 10 – вибрационный кулачок; 11 – карман для сбора сорных примесей; 12 – труба для выпуска загрязнений

В рабочей камере сепаратора оставшаяся масса хлопка, которая не прилипает к сетчатой поверхности, по инерции ударяется о стенку перед впускной трубой. Именно это ударение, так же как и камнеуловитель, вызывает повреждение семян. Чтобы устранить этот недостаток как в сепараторе, так и в камнеуловителе, было предложено теоретическим путем протолкнуть семена на определенное расстояние на стенку разделительной камеры [12]. В результате это привело к снижению силы удара (рис. 2).

Кроме этого, в целях повышения способности отделения мелких загрязнений в рабочей камере сепаратора было предложено установление вибрирующей сетчатой поверхности. В дополнение к этому изменению было проведено исследование для увеличения количества отверстий в сеточной поверхности круглой формы, чтобы отделить больше хлопка-сырца от мелких загрязнений в сепараторе.

В результате этого, если сетчатая поверхность установится в конусообразной форме, ее полезная поверхность может повыситься в два раза, т.е. полезная площадь может повыситься вдвое. Такое изменение обеспечивает наибольшее отделение мелких загрязнений от хлопка-сырца. Это новшество не вызывает каких-либо изменений в конструкции сепаратора и не приводит к дополнительному потреблению энергии. Это лишь незначительно меняет форму сетчатой поверхности. В результате таких изменений становится возможным выделять из хлопка-сырца наибольшее количество мелких примесей, уменьшая наряду с этим повреждение семян при пневмотранспортном способе транспортировки хлопка-сырца.

Во многих хлопкоочистительных предприятиях бунты расположены далеко от главного здания. По этой причине будет установлен дополнительный сепаратор в целях транспортировки сырья на перерабатывающие цеха предприятий. Дополнительный сепаратор будет установлен на высоте 5–10 м от земли. Когда хлопок-сырец отделяется в сепараторе на воздухе, он направляется вниз с помощью лопастей вакуумного клапана в хорошо начесанном состоянии. Хлопок-сырец подается в трубу следующего сепаратора с помощью установленного наклонно сорта хлопка-сырца. Тот факт, что этот сорт выполнен в виде сетчатой ​​поверхности, также позволяет дополнительно отделять мелкие примеси от хлопка-сырца. Если эта поверхность подготовлена ​​поэтапно, то ее эффективность будет еще выше. Это предложение не вносит каких-либо дополнительных конструктивных изменений в какую-либо систему и не приводит к чрезмерному энергопотреблению.

Вывод

Проанализировав исследования, проведенные по усовершенствованию элементов устройства, которое транспортирует хлопок-сырец в трубах пневмотранспорта, в целях уменьшения поврежденности семян, можно сделать следующие выводы. Основным элементом устройства является металлическая труба диаметром 400 мм. Было доказано, что повреждение семян во время транспортировки хлопка значительно уменьшилось после замены труб на полимерные. Также было возможно уменьшение повреждения семян в 2 раза, если установить резиновое покрытие на рабочую часть изогнутой части трубы, где возможно ударение хлопка-сырца. Повреждение семян было снижено за счет установки упругих элементов в рабочих камерах сепаратора и камнеуловителя, которые считаются последующими элементами устройства после трубы. В результате было достигнуто значительное снижение повреждения семян в процессе транспортировки хлопка-сырца в пневмотранспортном устройстве за счет улучшения его элементов. Представленные в статье аналитические данные могут быть использованы одаренными студентами, магистрами, исследователями, а также инженерами в данной области.

Список литературы:
1. Аббазов И.З. Влияние пылеулавливающего оборудования на улавливание пыли. Пути чистой очистки хлопкового волокна // Текстильный журнал Узбекистана. – 2019. – № 3. – С. 28–36.
2. Ахмедходжаев Х.Т., Алиев М.А. О повреждаемости семян при пневмотранспортировании хлопка-сырца // Хлопковая промышленность. – 1977. – № 2. – С. 10–11.
3. Бурханов А. Совершенствование рабочих элементов пневмотранспортной системы с целью сохранения природных свойств семян перерабатываемого хлопка : дис. … канд. техн. наук. – Ташкент, 1987. –171 с.
4. Зияев Х.А. Исследование влияния геометрических параметров отводов на повреждение семян при пневматическом транспортировании // Хлопковая промышленность. – 1980. – № 1. – С. 15–16.
5. Махкамов Р.Г., Бурханов А., Исмаилов А.А. Разработка секторной конструкции проводов трубопровода с эластичным покрытием рабочей поверхности // Хлопковая промышленность. – 1985. – № 4. – С. 15–16.
6. Ходжиев М.Т., Аббазов И.З., Алимов О.Н. Способы очистки хлопкового волокна, производимого в мельницах // Узбекский Текстильный Журнал. – 2019. – Т. 1. – № 1. – Ст. 2 / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://uzjournals.edu.uz/titli/vol1/iss1/2.
7. Effective Cleaning of Cotton Waste Produced at Cotton Cleaning Factories / M. Xodjiev, I. Abbazov, B. Mardonov, O. Sarimsakov // American Association for Science and Technology. – 2017. – Vol. 5. – Issur 2. – P. 22–28.
8. Fraction Structure of Cotton Cleaning Equipment in Cotton Enterprises and Their Cleaning Effectiveness / M. Xodjiev, I. Abbazov, O. Alimov, J. Karimov // International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. – 2019. – Vol. 6. – Issue 1. – P. 7983–7988.
9. The Composition of Releasing Passion of Dusty in the Process of Pat / M. Xodjiev, I. Abbazov, O. Alimov, R. Karimova // International Journal of Engineering and Advanced Technology. – 2019. – Vol. 8. – Issur 3S. – P. 279–283.
10. Effective Cleaning of Cotton Waste Produced at Cotton Cleaning Factories / M.Xodjiev, I.Abbazov, B.Mardonov, O.Sarimsakov. // American Association for Science and Technology ISSN: 2375-3803. Volume-5, Issue -2 (2017) –pp. 22-28.
11. Мурадов Р., Муминов М., Обидов А. Камень для хлопка-сырца. Патент. № IAP 02993, 2005.30.12
12. Fiber Waste From Cotton Process Technological Processes / I.Abbazov, M.Xodjiev, I.Makhkamov // International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology ISSN: 2249-8958 Vol.9 Issue 3 (2020) –pp. 5-8.