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

Лабораторные исследования процесса дробления жидкости вращающимся распылителем

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

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ДРОБЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ВРАЩАЮЩИМСЯ РАСПЫЛИТЕЛЕМ

В статье представлены методика проведения и результаты лабораторных исследований процесса механического дробления жидкости, определяются основные факторы, влияющие на медианно-массовый диаметр образующихся капель, и параметры вращающегося распылителя, при которых достигаются требуемые качественные показатели его работы, описывается устройство и принцип действия экспериментальной аэрозольной установки, приводится матрица планирования эксперимента. Ключевые слова – аэрозольная установка, вращающийся распылитель, лабораторные исследования, матрица планирования, радиус тарелки, угол атаки лопастей крыльчатки.

Проблема. Одной из первоочередных задач химической защиты растений является сокращение потерь урожая от вредителей и болезней с одновременным снижением загрязнения окружающей среды ядохимикатами. При этом особое внимание придаётся средствам механизации.

Многолетний опыт эксплуатации машин для химической защиты растений показал их неспособность обеспечивать малые расходы жидкости, качественный распыл и равномерность осаждения распыленного рабочего раствора на обрабатываемой поверхности. Устранение этих недостатков связано с высокими требованиями, предъявляемыми к опрыскивателям. Этим объясняется актуальность изучения, разработки и обоснования конструкций и параметров машин для химической защиты растений и их рабочих органов [3].

Цель. Установление логической связи между конструктивными и режимными параметрами вращающегося распылителя и качественными показателями его работы для всестороннего исследования факторов, влияющих на процесс механического дробления жидкости.

Основная часть. Методика проведения наших лабораторных исследований процесса механического дробления жидкостей была разработана в результате анализа и синтеза существующих методик исследования работы вращающегося распылителя, которые освещены в научных трудах таких учёных, как В. Ф. Дункский, Н. В. Никитин. М. С. Соколов, Д. Г. Войтюк.

Дисперсность является определяющим качественным показателем распыливания. Она оказывает существенное влияние на эффективность действия и норму расхода пестицидов. Согласно агротребованиям, предъявляемым к аэрозольной обработке, размер капель должен составлять 30…50 мкм [1].

При механическом распыливании жидкости медианно-массовый диаметр капель определяется по формуле Дунского, Никитина, Соколова [2]:

(1)

где: w и RT – соответственно угловая скорость и радиус вращающегося

элемента;

s и r - поверхностное натяжение и плотность жидкости;

С – константа, зависящая от свойств жидкости и других факторов. Для воды и минеральных масел С»2,9 [2].

Целью лабораторных исследований вращающегося распылителя является изучение влияния на дисперсность дробления (медианно-массовый диаметр dM) двух факторов:

- радиус вращающейся тарелки RT, мм;

- угол атаки лопастей крыльчатки распылителя b, град (который влияет на частоту вращения распылителя nT, мин-1).

Вращающийся распылитель предлагаемой конструкции предназначен для применения на аэрозольном генераторе АГВ-600. В связи с этим для проведения опытов в качестве экспериментальной установки используется сам агрегат. Общий вид аэрозольного генератора АГВ-600 и предлагаемого распылителя представлены на рис. 1, 2, 3.

Опрыскиватель содержит (рис. 1 и 2) раму 3, ёмкость для рабочего раствора 2, заборную магистраль 10, фильтр 9, сливную магистраль 14, три центробежных насоса 6, клиноременную передачу 8, вентилятор 4, воздуховод 1, прицепную серьгу 11, нагнетательную магистраль 5, вращающийся распылитель 7. Привод рабочих органов осуществляется от вала отбора мощности 13 трактора через клиноременную передачу 8. Вращающийся распылитель 7 расположен на выходе из воздуховода 1, крепится к нему при помощи трёх кронштейнов и приводится во вращение мощным воздушным потоком, создаваемым вентилятором 4.

Аэрозольный генератор АГВ-600

Рис.1 – Аэрозольный генератор АГВ-600 (вид сзади)

Работает аэрозольный генератор АГВ-600 следующим образом.

Прицепная серьга 11 агрегата закрепляется на тягово-сцепном устройстве 12 трактора. Вал отбора мощности 13 последнего соединяется с валом первого центробежного насоса 6. При движении опрыскивателя вдоль крайнего ряда обрабатываемой плантации центробежные насосы 6 засасывают рабочий раствор и подают его через фильтр 9 под давлением из ёмкости 2 по заборной магистрали 10 к пульту управления 15, оттуда по нагнетательной магистрали 5 - к распыливающему устройству 7. Излишки жидкости возвращаются в ёмкость 2 через сливную магистраль 14. Вентилятор 4, приводимый во вращение при помощи клиноременной передачи 8, создает воздушный поток. Он подхватывает капли рабочего раствора и переносит их на поверхность листа обрабатываемых растений.

Аэрозольный генератор АГВ-600

Рис.2 – Аэрозольный генератор АГВ-600 (вид сбоку)

Предлагаемый вращающийся распылитель аэрозольного генератора АГВ-600 имеет крыльчатку 16 (рис. 3), которая вращается на подшипниках 21 при помощи лопастей, закреплённых на поворотных шайбах 26 зажимом 19 и ступицей 20. Жидкость подаётся к нему по нагнетательной магистрали 5. Внутри распылителя по каналу 18, расположенному внутри вала 17, она поступает в центральную часть корпуса 25, равномерно распределяясь вдоль его длины. Далее рабочий раствор идёт на рассекатель 23, находящийся рядом с вращающимися тарелками 24. По периферии последнего расположены цилиндрические канальцы. Проходя через рассекатель 23, рабочий раствор образует тонкую жидкостную плёнку, которая, попадая на вращающиеся тарелки 24, дробится на мелкие частицы под действием центробежной силы. Излишки не раздробленной жидкости выходят из корпуса 25 устройства через специальные отверстия. При этом они сталкиваются с сетчатыми разбрызгивателями 22. В результате этого происходит их первичное дробление. Второй этап распыливания образовавшихся частиц жидкости осуществляется в воздуховоде опрыскивателя под воздействием на них воздушного потока.

Рис. 3 – Предлагаемый вращающийся распылитель

В лабораторных условиях испытываются два вращающихся распылителя: базовый Micron X-1 и предлагаемой конструкции.

Опыты на аэрозольном генераторе АГВ-600 проводятся по следующей методике. Согласно разработанному плану эксперимента вращающийся распылитель оснащается крыльчаткой с необходимым углом атаки лопастей b и тарелками требуемого радиуса RT. Затем перед распылителем фиксируются индикаторные карточки «Навартис» на определённом расстоянии от него. Критерием его определения является равномерность густоты покрытия по ширине факела распыла [3]. Индикаторные карточки рекомендуется фиксировать на расстоянии 40, 60 и 80 см от распылителя [4]. Получаемые на них отпечатки жидкости просматриваются с помощью микроскопа отсчетного МБС-2, имеющего 56-кратное увеличение. После этого их величина умножается на коэффициент растекаемости, значение которого берётся из таблиц, в результате чего устанавливается истинный медианно-массовый диаметр капель dM.

Базовый вращающийся распылитель Micron X-1 испытывается при RT=40 мм и b=45°.

В опытах с предлагаемым образцом используются тарелки радиусом RT=40, 50 и 60 мм и крыльчатки с углом атаки лопастей b=20°, 30°, 40°.

Лабораторные исследования осуществляются с применением метода проведения полнофакторного эксперимента. Факторы, интервалы и уровни варьирования приведены в таблице 1, матрица планирования представлена в таблице 2. Выбор центра эксперимента и интервалов варьирования производится с учётом ограничения на размер капель и расход жидкости, регламентируемые агротребованиями.

Уравнение регрессии двухфакторного эксперимента имеет следующий вид [5]:

y=b0+b1x1+b2x2+b1,2x1x2, (2)

b0 – свободный член, равный выходу при Х=0;

b1, b2 – коэффициенты регрессии соответствующих факторов на изучаемый объект;

b1,2 – коэффициент регрессии 1,2 факторов взаимодействия.

Таким образом, имея два фактора, мы можем определить количество опытов по формуле [18]:

N=2n. (3)

Для нашего эксперимента N=22=4.

Таблица 1

Уровни варьирования факторов

№ п/п

Факторы

Обозначение

Уровни факторов

-1

+1

1

Радиус рабочего элемента, мм

80

120

2

Угол атаки лопастей крыльчатки, град

β

20

40

Следующим шагом разработки методики проведения двухфакторного эксперимента является составление матрицы планирования опытов (таблица 2).

Таблица 2

Матрица планирования двухфакторного эксперимента

№ опыта

х0

х1

х2

х1х2

Повторности

Ср. знач.

уср

у1

у2

у3

1

+

-

-

+

У11=30

У12=31

У13=32

Уср1=31

2

+

+

-

-

У21=44

У22=52

У23=66

Уср2=54

3

+

-

+

-

У31=33

У32=38

У33=44

Уср3=38

4

+

+

+

+

У41=31

У42=36

У43=42

Уср4=36

Полученные экспериментальные данные проверяются на воспроизводимость по критерию Кохрена [5]:

(4)

где: - дисперсия, характеризующая рассеяние результатов опытов на и-м сочетании уровней факторов;

р=1,2,…, mчисло параллельных опытов;

- наибольшая из дисперсий в строчках плана;

- табличное значение критерия Кохрена при 5%-ном уровне значимости;

fn=n – число независимых оценок дисперсности;

fu=m-1 – число степеней свободы каждой оценки.

В случае выполнения данного неравенства процесс считается воспроизводимым.

Далее определяем дисперсность воспроизводимости (ошибку опыта) по формуле [5]:

(5)

В случае невыполнения неравенства (4) необходимо уточнить измерения в опыте с максимальной дисперсией [5].

Из таблицы 2 видно, что дисперсность дробления жидкости вращающимся распылителем определяется в трёхкратной повторности. Поэтому расчёт оценки дисперсии в каждой точки плана производится для каждого опыта:

Процесс воспроизводим, так как выполняется неравенство критерия Кохрена:

Дисперсия воспроизводимости (ошибка опыта) при этом равна:

Значения коэффициентов регрессии определяются по формуле [5]:

(6)

Для нашего эксперимента:

Следовательно, уравнение регрессии будет иметь вид:

Значимость коэффициентов регрессии оценивается с помощью критерия Стьюдента. Она подтверждается при выполнении неравенства [5]:

(7)

где: - 5%-ная точка распределения Стьюдента с fy степенями свободы.

Таким образом, можно сказать, что коэффициенты регрессии значимые, так как уравнение регрессии не поменяло вид.

Для проверки адекватности линейной модели используется критерий Фишера [5]:

(8)

где: дисперсия адекватности;

- расчётное значение отклика в и-м опыте;

- критерий Фишера при 5%-ном уровне значимости;

- число степеней свободы дисперсии адекватности;

- число степеней свободы дисперсии воспроизводимости.

Порядок проверки адекватности следующий. Для каждого опыта определяется расчётное значение отклика (таблица 3).

Таблица 3

Проверка адекватности линейной модели

Опыт

1

31

31

0

2

54

54

0

3

38

38

0

4

36

36

0

Из этого следует, что уравнение регрессии адекватно. В раскодированном виде оно имеет вид:

где: dM – медианно-массовый диаметр капель, мкм;

RT – радиус вращающийся тарелки, мм;

b - угол атаки лопастей крыльчатки, град.

График зависимости медианно-массового диаметра капель от радиуса вращающейся тарелки и угла атаки лопастей крыльчатки распылителя

Рис. 4 – График зависимости медианно-массового диаметра капель от радиуса вращающейся тарелки и угла атаки лопастей крыльчатки распылителя.

На рис. 4 представлен график, построенный на основании реальных условий параметров вращающегося распылителя и имеющегося уравнения для определения дисперсности распыла.

Анализ изменения зависимости качественных показателей механического дробления жидкости от влияющих на них факторов показал, что медианно-массовый диаметр капель, образуемых предлагаемым вращающимся распылителем, вполне удовлетворяет условиям аэрозольной обработки многолетних насаждений, диапазон которого в среднем составляет 30…50 мкм.

Таким образом, можно сделать вывод, что применение предлагаемого вращающегося распылителя с установленными в результате исследований параметрами на аэрозольном генераторе АГВ-600 целесообразно при проведении 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. Гончар М. Н. Методика проведения лабораторных исследований процесса пневматического распыливания рабочих жидкостей.// Машины и способы механизации сельскохозяйственного производства (технические науки). – Симферополь, 2005.– Выпуск №84. – с. 121-126;

4. Палапин А. В. Автореферат на тему: «Обоснование параметров распыливающего устройства  ультрамалообъёмного вентиляторного опрыскивателя». – www. pdffactory. com.;

5. Бабицкий Л. Ф., Булгаков В. М., Войтюк Д. Г. Основы научных исследований. Учебное пособие для студентов факультета механизации сельского хозяйства. – Киев: Издательство НАУ, 1999. – 205 с.


Лабораторные исследования процесса дробления жидкости вращающимся распылителем - 4.0 out of 5 based on 1 vote

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить