Анализ зависимости удельного расхода электроэнергии смесителя от основных параметров установки
Анализ удельного расхода электроэнергии был проведен на основании статистической обработки результатов [98], полученных в ходе экспериментальных исследований. Было получено уравнение регрессии в кодированном виде:
q = 0,346 + 0,048 ∙ x1 + 0,043 ∙ x2— 0,038 ∙ x3— 0,038 ∙ x4 + 0,013 ∙ x2 + 0,009 ∙ x2 +
0,006 ∙ x32 + 0,002 ∙ x2 + 0,001 ∙ x1 ∙ x2—0,003 ∙ x1 ∙ x3 + 0,0008 ∙ x1 ∙ x4 +
(4.1)
0,002 ∙ x2 ∙ x3 + 0,0033 ∙ x2 ∙ x4 + 0,001 ∙ x3 ∙ x4
Рассматривая данное уравнение 4.1, можно сделать вывод, о том, что наибольшее влияние на изменение удельного расхода электроэнергии оказывает параметры частоты вращения и времени.
Увеличение значения этого фактора ведет к увеличению удельного расхода электроэнергии, поскольку коэффициент воздействия в уравнении регрессии имеет положительный знак. Влияние единичных факторов, показывает, что с увеличением этих значений происходит возрастание удельных расходов электроэнергии, так как коэффициенты вуравнении положительны, кроме значений факторов коэффициента загрузки и шага установки, которые имеет отрицательный знак.
Изменение расхода электроэнергии объясняется тем, что с увеличением времени смешивания растет потребляемая мощность электродвигателем смесителя. При увеличении частоты вращения центрального вала смесителя увеличивается потребляемая приводом мощность обеспечивающая вращение рабочих органов смесителя. Увеличение количества стержней по всей длине спиралевидного паза, приводит к увеличению массы подвижной части и общей поверхности соприкосновения рабочих органов со средой материала.
Соответственно увеличивается поверхность контакта и сопротивление среды препятствующее движению рабочих органов.Для детального анализа уравнения и его интерпретации в графический вид необходимо изменить кодированную формы этого уравнения на натуральный вид. Для этого воспользуемся формулами 4.2-4.6[86]:
где xk-обозначение фактора варьирования в кодированном виде;
Хн - обозначение фактора варьирования в натуральном виде; хср - значение нулевого уровня варьирования фактора;
Δ - шаг варьирования.
Используя формулу 4.2 находим значение каждого фактора варьирования в натуральном виде. 
В натуральном виде получим уравнение:
q = 0,00006 ∙ ψ2-0.000005 ∙ ψ ∙ n + 0,000025 ∙ ψ ∙ 5 + 0,00002 ∙ ψ ∙ t -0,01 ∙ ψ +
0,000003 ∙ n2 + 0,000003 ∙ n ∙ s + 0,000001 ∙ n ∙ t -0,00044 ∙ n + (4 7)
0,000125 ∙ 52 + 0,0000825 ∙ 5 ∙ t -0,023 ∙ 5 + 0,00009 ∙ t2-0,0087 ∙ t
+1,3358
На рисунке 4.12 видно, что зависимость q=f(n)имеет возрастающий характер, то есть с увеличением частоты вращения вала растет удельный расход электроэнергии. При этом графики имеют одинаковый характер изменения при различных значениях параметра времени: t=40с, t=50с и t=60с. Это объясняется тем что, увеличивая частоту вращения вала смесителя, увеличивается и потребляемая электродвигателем мощность за счет преодоления динамических нагрузок и сил инерции. Например, наибольшее значение удельных энергозатрат q=0,548 кВт-ч/т получено максимальном значении параметра частоты вращения двигателя n=300об/мин и времени t=60 с. Наименьшее значение q=0,270 кВт-ч/т будет при минимальном значении частоты вращения двигателя n=60об/мин и времени t=40 с, поскольку двигатель в таком режиме затратит меньшее количество энергии.
Рисунок 4.12. Графики зависимости q=f(n)при ^=50% и s=33мм.
Анализируя следующий график 4.13, можно сказать, что зависимость q=f(n) имеет монотонно возрастающий характер при соответствующих значениях
коэффициента загрузки
С увеличением частоты вращения
вала растет удельный расход электроэнергии, и наибольшее значение удельных энергозатрат q=0,544 кВт-ч/т достигается при значении частоты в 300 об/мин и коэффициенте загрузки
Таким образом мы видим на графике что при минимальном коэффициенте загрузки смеситель работает не эффективно, а при максимальной загрузке равной ^=60% удельные энергозатраты снижаются и повышается эффективность смешивания.
Рисунок 4.13. Графики зависимости q=f(n)при t=50 c и s=33мм
Это объясняется тем что при увеличении загрузки материала производительность смесителя растет боле интенсивно чем потребляемая мощность.
График 4.14 показывает, что с увеличением частоты вращения и количества рабочих органов потребляемая электродвигателем мощность возрастает.
Наибольшее значение удельных энергозатрат q=0,532 кВт-ч/т достигается при значении частоты в 300 об/мин и шаге установки стержней равном s=29 мм. Наименьшее значение удельных энергозатрат q=0,264 кВт-ч/т достигается при значении частоты в 60 об/мин и шаге стержней равном s=37 мм. Это можно объяснить увеличением потребляемой мощности за счет установки
дополнительных рабочих органов, что приводит к увеличению сопротивления среды и соответственно к сильному росту потребляемой электродвигателем мощности.
Таким образом во всех трех случаях 5=37 мм, 5=33мм, и 5=29мм, с увеличением частоты вращения в пределах от 60 до 300 об/мин и при одном и том же объеме загрузки ψ=50% мы получаем одинаковый характер поведения кривых зависимости q=f(n).
Рисунок 4.14. Графики зависимости q=f(n)при t=50 cи ψ=50%.
Проанализировав график 4.15 зависимости удельных энергозатрат от времени, можно сделать вывод, что он носит возрастающий характер.
На графике видно, что при заданных частотах n=180 об/мин характер кривых практически одинаковый. С течением времени смеситель израсходует большее количество энергии затрачиваемой на вращение центрального вала, нагрев и воздействие нагрузок со стороны сопротивляющегося материала. Соответственно, чем дольше работает установка, тем больше затрачено электроэнергии на процесс смешивания. Наибольшее значение удельных энергозатрат q=0,506 кВт-ч/т достигается при значении параметра времени t=70 с и коэффициента загрузки равного ψ=40%. Наименьшее значение удельных энергозатрат q=0,258 кВт-ч/т достигается при значении времени t=30 с, при коэффициенте загрузки равном
ψ=60%, поскольку смеситель работает лишь малый промежуток времени и соответственно меньше потребляет электроэнергии.
Рисунок 4.15. Графики зависимости q=f(t)при п=180 об/мин и 5=33 мм.
На графике 4.16 мы видим, что зависимость q=f(t)носит возрастающий характер. Поведение показателей удельного расхода электроэнергии зависит от значений полученных при регистрации показателей потребляемой мощности и показателей производительности. Если один из показателей будет убывать или возрастать более интенсивно чем другой, то соответственно характер зависимости будет меняться в большую или меньшую сторону. В данном случае при минимальном значении параметра времени t=30 с и шаге рабочих органов 5=37 мм. наименьшее значение удельного расхода электроэнергии составило q=0,253 кВт-ч/т, таким образом снижается затраченная мощность, но также увеличивается производительность, за счет сокращения времени смешивания и увеличении количества циклов смешивания.
В дальнейшем с увеличением времени смешивания, и соответственно сокращением количества циклов смешивания в час, увеличивается потребляемая мощность и снижается общая производительность, что дает увеличение удельных энергозатрат на тонну получаемой продукции, как и показано на графике. При этом вполне логично, что максимальные показатели удельных энергозатрат q=0,501
кВт-ч/т наблюдаются при минимальном шаге рабочих органов 5=29 мм, поскольку увеличивается потребляемая мощность рабочими органами смесителя за счет дополнительных затрат электроэнергии на преодоление сопротивления сыпучей среды смеси.
Рисунок 4.16. Графики зависимости q=f(t)при n=180 об/мин и ψ=50%
На рисунке 4.17 представлена, зависимость q=f(ψ)имеющая убывающий характер.
Рисунок 4.17. Графики зависимости q = f(ψ)при t=50 % и n=180 об/мин
В данном случае наблюдается рост показателей потребляемой энергии за счет увеличения загрузки в смеситель мы наблюдаем падение показателей удельных энергозатрат. Данное явление объясняется тем, что значение показателей производительности при увеличении объема загружаемого материала растет более интенсивно чем затрачиваемая на данный объем мощность. В тоже время изменение показателей мощности так же носит возрастающий характер, однако менее интенсивный. Такой характер изменения рассматриваемых величин достаточно наглядно демонстрирует энергоэффективность данной установки. Таким образом, можно сделать вывод, что увеличение коэффициента загрузки приводит к постепенному снижению удельных энергозатрат, но тем не менее при уменьшении шага рабочих органов с s=37 мм до s=29 мм показатели удельного расхода электроэнергии растут с q=0,260 кВт-ч/т до q=0,331 кВт-ч/т в связи с ростом потребляемой, дополнительными стержнями мощности. Можно сделать общий вывод что исследуемые факторы (n, у, t, s),оказывают большое влияние на показатели удельных энергозатрат и отражают логичную и реальную закономерность процесса смешивания тонкодисперсных компонентов.
4.4.