25 | 09 | 2017
Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.00 (1 Голос)

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ РАСПЫЛИТЕЛЯ АЭРОЗОЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА АГВ-600

Актуальность темы. Основным резервом повышения эффективности производства сельскохозяйственной продукции являются трудоэнергосберегающие технологии проведения технологических операций, особенно в виноградарстве [1]. Химическая защита культурных растений от вредителей, болезней и сорняков занимает особое место. Среди всех способов проведения данной операции наиболее распространено опрыскивание. Cледует отметить, что в настоящее время большую актуальность приобретает вопрос перехода от обычной обработки к малообъёмной. В связи с этим, к опрыскивателям предъявляются повышенные требования. Многолетний опыт эксплуатации применяемых опрыскивателей показал, что они не способны обеспечивать малые и ультрамалые расходы жидкости. Кроме того, при их работе наблюдается недостаточный уровень степени дробления и неравномерное осаждение капель раствора ядохимикатов на обрабатываемых растениях. Поэтому особое внимание уделяется изучению, разработке и модернизации существующих машин и их рабочих органов, из которых наиболее важными являются распылители. Качество их работы оказывает значительное влияние на эффективность защиты растений [1].

Цель. Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АГВ-600 для повышения качества обработки многолетних насаждений.

Анализ результатов монографических исследований. Изучением процесса дробления жидкостей занимались такие учёные, как В. Ф. Дунский, Н. В. Никитин, М. С. Соколов, Д. Г. Войтюк, Ю. Ф. Дитякин и др. В их трудах говорится о значительном преимуществе вращающихся (механических) распылителей над гидравлическими и пневматическими, заключающимся в их способности при малых расходах жидкости обеспечивать монодисперсное дробление. Поэтому вращающиеся распылители привлекают все больше внимания в механизации химической защиты растений.

Результаты исследований. Предлагаемый нами распылитель был разработан и создан на основе существующего распылителя, применяемого на аэрозольном генераторе АГВ-600. Его принципиальная схема представлена на рис. 1.

Распылитель имеет крыльчатку 3 (фиг. 2), которая вращается на подшипниках 7 при помощи лопастей, закреплённых на поворотных шайбах 14 зажимом 5 и ступицей 6.

Рис.1 - Принципиальная схема предлагаемого распылителя

Жидкость подаётся по нагнетательной магистрали внутрь вала распылителя 1, по которому она поступает в центральную часть корпуса 11, равномерно распределяясь вдоль его длины. Далее рабочий раствор идёт на рассекатель 10, находящийся рядом с распыливающими тарелками 9. По его периферии расположены цилиндрические канальцы. Проходя через рассекатель 10, рабочий раствор образует тонкую жидкостную плёнку, которая, попадая на распыливающие тарелки 9, дробится на мелкие частицы под действием центробежной силы. Излишки не раздробленной жидкости выходят из корпуса 11 устройства через специальные отверстия. При этом они сталкиваются с сетчатыми разбрызгивателями 8. В результате этого происходит их первичное дробление. Второй этап распыливания образовавшихся частиц жидкости осуществляется в воздуховоде генератора под воздействием на них воздушного потока.

Чашеподобная форма распыливающих тарелок 9 обеспечивают придание правильного направления движения истекающей капле, т. е. она не входит в завихрение, а летит по прямолинейной траектории [3, 5].

Размер ячеек разбрызгивателей 8 равен диаметру канальцев рассекателя 10. За счёт этого обеспечивается возможность получения однородных по величине капель (монодисперсный распыл).

Частота вращения крыльчатки 3 предлагаемого распылителя, приводимой мощным воздушным потоком, регулируется изменением угла атаки лопастей, установленных на поворотных шайбах 14. В каждой из них имеются пазы 12, в которые вставляется фиксатор 13. Они смещены друг от друга на угол, равный минимальному шагу регулировки положения лопастей. Таким образом изменяется частота вращения крыльчатки 3 распыливающего устройства. Вместе с тем варьируется число оборотов корпуса 11 и распыливающих тарелок 9.

Анализ последних теоретических исследований в области обоснования конструктивных и режимных параметров распылителей показал, что они не учитывают всех факторов, влияющих на качество (монодисперсность) дробления жидкости при химической обработке многолетних насаждений.

Согласно, агротребованиям, предъявляемым к ультрамалообъёмному опрыскиванию, диаметр капель жидкости должен составлять от 30 до 50 мкм для качественного покрытия листовой поверхности многолетних насаждений (садов и виноградников) [1]. Для определения этого показателя используется формула В. Уолтона и В. Прюетта [2]:

мкм (1)

где: ω – угловая скорость рабочего

элемента распылителя, рад/с;

RT – его радиус, мм;

σ – поверхностное натяжение

жидкости, Н/м;

ρ – плотность жидкости, г/см3;

С≈2,9 – константа.

Из данного выражения видно, что на степень дробления жидкости при работе вращающегося распылителя влияют его конструктивные и режимные параметры - радиус и число оборотов рабочего элемента. Они могут быть определены по формуле (1) с учётом агротребований, предъявляемых к малообъёмному опрыскиванию. Таким образом, радиус рабочего элемента равняется:

(2)

Далее, вычислив значение данного показателя, при котором будет обеспечиваться необходимая дисперсность дробления, можно определить нужную угловую скорость рабочего элемента распылителя:

(3)

Так как угловая скорость равна:

ω=2×π×nТ, рад/с (4)

где: – число оборотов тарелки распылителя, об/мин.

Следовательно:

(5)

На основании расчётов, произведённых по формулам (2) и (5), строятся аналитические графики: зависимости диаметра образующихся капель от радиуса RT вращающейся тарелки (рис. 2) и от числа оборотов вращающейся тарелки (рис. 3).

Рис. 2 – График зависимости диаметра образующихся капель dm от радиуса RT вращающейся тарелки

Анализ графической зависимости, представленной на рис. 2, показал, что при варьировании радиуса тарелки распылителя RT от 40 до 60 мм диаметр образующихся капель изменяется в диапазоне от 66,3 до 43,9 мкм. Из этого можно сделать вывод, что получение капель, имеющих размер, удовлетворяющий агротребованиям для ультрамалообъёмного опрыскивания (от 30 до 50 мкм), обеспечивается при применении тарелок радиусом 60 мм.

Рис. 3 – График зависимость диаметра образующихся капель dm от числа оборотов вращающейся тарелки .

Из представленного на рис. 3 графика видно, что из всего диапазона значений размера капель, допустимых для ультрамалообъёмного опрыскивания, наименьшее из них, 32,8 мкм, обеспечивается при вращении распыливающей тарелки радиусом 60 мм с частотой около 8000 об/мин.

В аэрозольном генераторе АГВ-600 тарелки распылителя получают крутящий момент от крыльчатки, которая приводится во вращение мощным воздушным потоком, создаваемым вентилятором.

Лопасти крыльчатки существующего распылителя, применяемого на аэрозольном генераторе АГВ-600, жёстко закреплены под фиксированным углом атаки, при котором обеспечивается номинальное число оборотов тарелок распылителя, обеспечивающее требуемую дисперсность дробления жидкости.

В конструкции предлагаемой модели рекомендуется использовать поворотные шайбы, которые дадут возможность устанавливать различный угол атаки лопастей [3]. За счёт этого будет изменяться степень воздействия на них воздушного потока и, тем самым, будет обеспечиваться возможность варьирования дисперсности дробления жидкости при минимальных затратах энергии на привод вентилятора, создающего воздушный поток.

По утверждению учёных, занимавшихся вопросами аэродинамики, а, именно, П. И. Дурнова, степень воздействия воздушного потока на лопасти крыльчатки зависит от их угла атаки β. Следовательно, под влиянием этого параметра изменяется и частота вращения распылителя [6].

Из всего выше сказанного следует, что для передачи крыльчатке крутящего момента, необходимого для обеспечения требуемого числа оборотов, нужно создать соответствующий напор воздушного потока. Для этого надо затратить определённую мощность. Её значение вычисляется по формуле [6]:

N=h×QT, кВт (6)

где: h – напор вентилятора, м3/с

(исходя из характеристики

машины);

QT – расход воздуха, м3/с.

От этой величины зависит значение момента качества движения массы воздуха , который используется при определении окружной составляющей скорости воздушного потока [6]:

(7)

где: М – момент качества движения

массы, Н/(м´с);

m – модуль (теоретическая длина

пути, пройденная воздухом при

повороте крыльчатки с лопастями на

1 радиан), мм;

- радиус крыльчатки с лопастями,

мм.

Согласно теории П. И. Дурнова, существует связь между окружной составляющей скорости воздуха Сu и углом атаки β лопастей крыльчатки [6]:

Cu=Ca×сtgβ,м/с (8)

Здесь Ca - осевая скорость крыльчатки, которая также может быть определена, исходя из расхода воздуха и площадь выходного сечения горловины воздуховода А [6]:

(9)

где: QТ=16×π2×RЛ 3×n;

А=π×RЛ 2.

Причём, частота вращения распылителя np равна частоте вращения тарелок nТ.

Отсюда:

(10)

Подставив выражения осевой скорости Ca и её окружной составляющей Сu в формулу (7), получим значение угла атаки β лопастей крыльчатки:

(11)

На основании полученных данных строится график зависимости частоты вращения крыльчатки n от угла атаки лопастей β (рис. 4), из которого видно, что частота вращения крыльчатки, а, следовательно, и распылителя, необходимая для получения необходимой степени дробления жидкости, требуемой при малообъёмном опрыскивании, обеспечивается при угле атаки лопастей β=40º, и, соответственно, при ультрамалообъёмном - β=20º.

Рис.4 – График зависимости частоты вращения тарелок n

от угла атаки лопастей β

Исходя из полученного выражения, зная угол атаки β лопастей крыльчатки, можно определить мощность, затрачиваемую на её привод:

(12)

где: 256 – переводной коэффициент.

На основании данных, полученных в результате расчётов, произведённых по формуле (12), строится график, показывающий закономерность изменения мощности, затрачиваемой на привод крыльчатки P распылителя, в зависимости от угла атаки её лопастей β (рис. 5).

Рис.5 - Зависимости мощности на привод крыльчатки P

от угла атаки лопастей β

Из данного графика видно, что наименьший расход мощности на привод крыльчатки P затрачивается при угле атаки лопастей β=40º.

Таким образом, из представленных выше теоретических предпосылок можно сделать вывод о существенном влиянии для стабильного протекания технологического процесса дробления жидкости вращающимся распылителем его конструктивных и режимных параметров, а, именно, радиус и число оборотов рабочего элемента, которое очень сильно зависит от угла атаки лопастей крыльчатки.

Кроме того, в рассматриваемом вопросе большую роль играет целый ряд других факторов: физические свойства жидкостей; мощность создаваемого вентилятором воздушного потока, воздействующего на распылитель.

Выводы. На дисперсность и затраты мощности на привод вращающегося распылителя существенное влияние оказывают радиус распыливающих тарелок и угол атаки лопастей крыльчатки, от которого зависит число оборотов распылителя. Правильный выбор этих параметров, произведённый с учётом результатов теоретических исследований, представленных в статье, поможет повысить качество работы распылителя, а, наряду с этим, эффективность проведения аэрозольной обработки.

Список использованной литературы:

1. Догода П. А., Воложанинов С. С., Догода Н. П. Механизация химической защиты растений. – Симферополь: Таврия, 2000. – 140 с.;

2. Дунский В. Ф., Никитин Н. В., Соколов М. С. Пестицидные аэрозоли. – М.:Наука, 1982. – 288 с.;

3. Плотников В. В. Обоснование параметров поворотной лопатки осевого вентилятора виноградникового опрыскивателя // В. В. Плотников, И. В. Соболевский / Научные труды ЮФ(КАТУ)НАУ. –2007 г.– №102, С – 39-45.;

4. Протокол № 3-3-05 (1060205) от 5 сентября 2005 г. ведомственных испытаний аэрозольного генератора АГВ-600.;

5. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин (под редакцией М. И. Клецкина). – Т.1. – М.: 1967. – 830 с.

6. Дурнов П. И. Насосы, вентиляторы, компрессоры. – Киев; Одесса: Вища школа. Головное издательство, 1985. – 264 с.

7. Галустов В. С. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 240 c.

Анотація

УДК 631.348.45(088.85)(497.2)

У статті представлені теоретичні передумови, що відображають взаємозв'язок між конструктивними і режимними параметрами розпилювача і показниками якості його роботи.

The summary

УДК 631.348.45(088.85)(497.2)

The article contains theoretical pre-conditions, reflecting intercommunication between the structural and regime parameters of the rotary atomizer and by the high-quality indexes of its work.

Догода П. А. – д. с.–х. н., профессор кафедры сельскохозяйственной техники;

Соболевский И. В. – к. т.н., ассистент кафедры сельскохозяйственной техники;

Сидоренко И. Д. – аспирант кафедры сельскохозяйственной техники.


Обоснование конструктивных и режимных параметров вращающегося распылителя аэрозольного генератора АВГ-600 - 4.0 out of 5 based on 1 vote

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить