CC BY
85
УДК 621.928.93+004.67+004.421
А.Ю. Кулаков, А.А. Асламов, И.М. Кулакова, В.С. Асламова
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ
ПРЯМОТОЧНОГО ЦИКЛОНА
Представлена автоматизированная система расчета и проектирования деталей (осевого направляющего аппарата,
раскручивающего аппарата и вытеснителя) прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли. Система позволяет снизить
трудоемкость обработки данных за счет автоматического
геометрического профилирования деталей циклона, сократить сроки проектирования и выдавать на печать готовые чертежи.
Автоматизированная система, моделирование, проектирование,
прямоточный циклон.
A.Yu. Kulakov, A.A. Aslamov, I.M. Kulakova, V.S. Aslamova
COMPUTER AIDED SYSTEM OF DESIGNING DETAILS OF A DIRECT-FLOW CYCLONE
It’s the presentation of the computer-aided system of calculation and designing of details (axial guide apparatus, untwisting appliance and displacer) of direct-flow cyclone with the intermediate selection of dust. The system permits to decrease the labour-consume of machining of data because of the computer-aided geometric making sections of details of cyclone, to reduce terms of designing and to send for printing prepared sketches.
Computer aided system, modelling, designing, direct-flow cyclone.
Проблема инженерной защиты атмосферного воздуха от техногенных выбросов промышленных предприятий в мире и в России чрезвычайно актуальна. В отечественной промышленности для очистки газа от пыли в основном используются низкоэффективные, малопроизводительные противоточные циклоны. Высокую эффективность очистки могут обеспечить высокопроизводительные прямоточные циклоны с промежуточным отбором пыли (ПЦПО), основными преимуществами которых являются: возможность стабильного и эффективного разделения в широком диапазоне варьирования расхода газа и концентрации пыли при сравнительно небольшом гидравлическом сопротивлении [1]. При проектировании прямоточных циклонов также учитываются параметры технологических процессов, и в зависимости от этого аппарат может иметь различные габаритные и конструктивные размеры. Зная эти размеры необходимо детально просчитать каждый элемент конструкции и подготовить документацию для производства циклона. Для сокращения сроков проектирования могут служить различные программные комплексы, ориентированные на решение поставленных задач. В настоящее время нет разработок в области программного обеспечения для проектирования ПЦПО, поэтому разработка автоматизированной системы расчета и проектирования деталей прямоточного циклона является актуальной и практически значимой.
При проектировании прямоточного циклона основную сложность представляет изготовление следующих элементов: осевого направляющего аппарата (ОНА), ответственного за качество очистки газа; раскручивающего лопастного аппарата (РЛА), позволяющего снизить гидравлическое сопротивление циклона; вытеснителя центрального вихря. К проектированию ОНА предъявляется ряд требований: угол на входе в ОНА должен составлять 90°; для качественной закрутки потока угол установки лопаток к радиальной плоскости на выходе из ОНА должен быть 28-35°; лопатки ОНА должны быть спрофилированы таким образом, чтобы вход газа в ОНА был безударным. Для этого лопатки будут изготовлены бицилиндриче-скими и загнутыми по двум радиусам. В выходном сечении ОНА лопатки должны перекрывать друг друга, чтобы не было проскока потока без его закрутки. На выходе из ОНА не должно быть срыва потока с лопаток, что обеспечивается скосом задней кромки лопаток [2]. Геометрическое профилирование ОНА подробно рассмотрено в работе [3].
При геометрическом моделировании раскручивающего лопастного аппарата учитывается угол установки лопаток на входе в РЛА, зависящий от диаметров циклона, ОНА, выходного патрубка чистого воздуха, угла закрутки потока в ОНА, скорости и давления на входе в ПЦПО, а также перепада давления в циклоне [4]. Расчет изделий ПЦПО по разработанным математическим моделям ОНА и РЛА довольно трудоемкий и длительный процесс, поэтому автоматизация этих вычислений является логически обоснованным.
Авторами разработана автоматизированная система расчета и проектирования деталей прямоточного циклона (АСРПДЦ) в среде разработки Borland Delphi с использованием системы автоматизированного проектирования AutoCAD.
160
Рис. 1. Структура АСРПДЦ
Структура АСРПДЦ приведена на рис. 1.
АСРПДЦ ориентирована на решение следующих основных задач: Вычисление размеров оптимальной модели циклона и пересчет размеров для геометрически подобного циклона требуемого диаметра, а также вычерчивание общего вида ПЦПО в системе AutoCAD (подсистема АПРПЦ).
Расчет и построение по введенным размерам чертежей конического, цилиндроконического вытеснителей или профилированного вытеснителя переменного сечения в системе AutoCAD (подсистема АПРПВ).
Нахождение по введенным параметрам ОНА углов и радиусов загиба, проекционных характеристик и развертки лопатки закручивателя, а также размеров цилиндрических вставок и построение чертежей в системе AutoCAD (подсистема АПРПЗ).
Определение угла установки лопаток на входе в раскручивающий аппарат относительно радиальной плоскости в зависимости от конструкции ОНА и характеристик циклона (программный модуль «Расчет угла раскрутки»).
Расчет углов и радиусов загиба, проекционных характеристик и развертки лопастей раскручивающего аппарата, а также размеров цилиндрической вставки и построение чертежей в системе AutoCAD (подсистема АПРПР).
Сохранение рассчитанных значений и имени файла чертежа AutoCAD.
Автоматизированное построение чертежей и рамок формата А3, А4 в соответствии с ЕСКД, с возможностью масштабирования рамки при выходе чертежа за ее поля, а также удобная печать каждого чертежа из одного файла.
>®ш ■ огоомюь\\
Рис. 2. Пример расчета и построения ОНА
Рис. 3. Пример блок-схем: а - расчет и построения ОНА; б - расчет угла раскрутки РЛА
Рис. 4. Пример построения Рис. 5. Внешний вид
вытеснителя ПЦПО
В подсистеме АПРПЗ вводятся габаритные размеры ОНА, угол закрутки, количество лопастей, варьируемый угол загиба лопасти и по методике описанной выше производится расчет недостающих размеров ОНА для построения чертежей в системе AutoCAD. Есть возможность построения четырех чертежей: общего вида ОНА, лопатки, внутренней и внешней втулки. Рассчитанные значения и название чертежа созданного в программе AutoCAD (*.dwg) сохраняются в файле с расширением *юш. На рис. 2 приведен пример расчета и построения ОНА в АПРПЗ по алгоритму, блок-схема которого представлена на рис. 3 а.
Для автоматизации расчета угла установки лопаток на входе в раскручивающий аппарат относительно радиальной плоскости был разработан программный модуль «Расчет угла раскрутки», блок-схема которого приведена на рис. 3 б.
В подсистеме АПРПР вводятся габаритные размеры раскручивающего аппарата, угол раскрутки, количество лопастей, варьируемые угол и радиус загиба лопасти и по описанной выше методике производится расчет недостающих размеров раскручивателя для построения чертежей в системе AutoCAD. Есть возможность построения трех чертежей: общего вида раскручивателя, лопатки и внутренней втулки. Рассчитанные значения и название чертежа, созданного в программе AutoCAD (*.dwg), сохраняются в файле с расширением *юга.
Прямоточный циклон может иметь вытеснитель одного из трех типов: конический, цилиндроконический и профилированный переменного сечения. В подсистеме АПРПВ возможен расчет по введенным размерам вытеснителя и построение чертежа общего вида в системе AutoCAD. Рассчитанные значения и название чертежа созданного в программе AutoCAD (*.dwg) сохраняются в файле с расширением *^к.
Подсистема АПРПЦ имеет три вкладки: «Основные размеры», «Размеры вытеснителя», «Дополнительные размеры», в которых вводятся размеры деталей циклона, указанные на рисунке вкладки (рис. 4). По окончании ввода программа рассчитывает коэффициенты для введенных размеров и строит чертеж общего вида ПЦПО. Коэффициенты позволяют пересчитать размеры для требуемого диаметра циклона в интервале от 100 мм до 1000 мм. Рас-
считанные значения и название чертежа созданного в программе АШоСАЭ (*.dwg) сохраняются в файле с расширением *.йк.
Представленная автоматизированная система позволяет строит чертежи деталей в удобном для печати виде. Распечатать чертежи деталей можно на листах формата А3 и А4 в соответствии с ЕСКД при этом выполняется автоматическое масштабирование чертежей под заданные размеры бумажного носителя. АСРПДЦ позволяет снизить трудоемкость обработки данных за счет автоматического расчета оптимальных размеров деталей циклона, сократить сроки проектирования и выдавать на печать готовые чертежи.
По полученным чертежам была изготовлена лабораторная модель ПЦПО (рис. 5) для визуальных наблюдений за процессом сепарации пыли и ОНА с углом установки лопаток к радиальной плоскости 30°. Диаметр циклона 114 мм. По полученным экспериментальным данным наблюдается повышение эффективности сепарации оксида алюминия в ПЦПО до 96,54% по сравнению с сепарационной характеристикой предыдущей модели ПЦПО [5] (81-82 %) за счет точности изготовления ОНА и РЛА.
ЛИТЕРАТУРА
1. Асламова В.С. Прямоточные циклоны. Теория, расчет, практика / В.С. Асламова // Ангарск: АГТА, 2008. 233 с.
2. Аршинский М.И. Разработка прямоточного циклона для визуального наблюдения / М.И. Аршинский, А.Ю. Кулаков, В.С. Асламова // Сб. трудов молодых ученых и студентов: в 2-х ч. Ангарск: АГТА, 2010. С. 20-22.
3. Асламов А. А. Геометрическая модель лопастного бицилиндрического закручивате-ля / А.А. Асламов, М.И. Аршинский, А.Ю. Кулаков, В.С. Асламова // Сб. трудов молодых ученых и студентов: в 2-х ч. Ангарск: АГТА, 2010. С. 23-25.
4. Кулаков А.Ю. Автоматизация расчета и проектирования деталей прямоточного циклона / А.Ю.Кулаков, А.А. Асламов, И.М. Кулакова, М.И. Аршинский, В.С. Асламова // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2011. № 1. С. 110-116.
5. Асламова В.С. Экспериментальное исследование прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли / В.С. Асламова, М.И. Аршинский, Н.А. Брагин, А.А. Жабей // Сб. науч. тр. Т.1. Химия и химическая технология. Техническая кибернетика. Строительство. Экология. Ангарск: АГТА, 2009. С. 25-29.
Кулаков Алексей Юрьевич -
аспирант кафедры «Автоматизация и электроснабжение промышленных предприятий» Ангарской государственной технической академии
Асламов Александр Анатольевич -
кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры «Машины и аппараты химических производств» Ангарской государственной технической академии
Кулакова Ирина Михайловна -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Вычислительные машины и комплексы» Ангарской государственной технической академии
Асламова Вера Сергеевна -
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Автоматизация и электроснабжение промышленных предприятий» Ангарской государственной технической академии
Статья поступила в редакции, 24.07.11, принята к опубликованию 10.10.11
