CC BY
2Технологии, машины и оборудование для агропромышленного комплекса
Код ВАК 4.3.1 УДК 621.313.13621.313.04, 621.3.095.4
ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФРАКРАСНОЙ СУШКИ ДЕТАЛЕЙ ПОГРУЖНЫХ
НАСОСОВ
В.М. Попов1, В.А. Буторин1, Р.Т. Гусейнов1, В.Н. Левинский1*, В.А. Афонькина1 1ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ, Россия, Троицк
* E-mail: [email protected]
Аннотация. В статье рассматривается вопрос эксплуатационного обслуживания погружных насосов, одним из этапов которого является подготовка конструктива (очистка, сушка). Рассмотрен вопрос о существующих способах сушки различных деталей, как правило это конвекционный, конвекционно-контактный, конвекционный в комбинации с центрифугированием. В работе предложено применение инфракрасного как перспективного на сегодняшний день способа эффективного воздействия с целью испарения воды с поверхности конструктивных элементов. Однако для применения такого способа необходимо решить следующие задачи: во-первых, согласовать систему геометрических параметров «излучатель-приемник»; во-вторых, с учетом выбранной системы выбрать генератор инфракрасного излучения; в-третьих, с учетом оптических свойств генератора ИК-излучения или генераторов (если предполагается использования несколько источников излучения), произвести поиск оптимального размещения его в корпусе сушильной установки, которое должно учитывать равномерность распределения энергии при облучении объекта. Опираясь на известные законы теплового излучения, в статье предложены пути решения поставленных задач, а именно за систему геометрических параметров принять модель лучистого теплообмена двух цилиндров, один из которых большего диаметра (корпус сушилки) полностью охватывает меньший (погружной насос). В качестве генератора инфракрасного излучения предложено применить гибкий пленочный электронагреватель с размещением его на внутреннюю стенку цилиндра большего диаметра.
Ключевые слова: погружной насос, элементы конструкции, сушка, инфракрасный, пленочный электронагреватель
THE POSSIBILITY OF USING INFRARED DRYING OF SUBMERSIBLE PUMP PARTS V.M. Popov1, V.A. Butorin1, R.T. Huseynov1, V.N. Levinsky1*, V.A. Afonkina1 1 South Ural State University, Russian Federation, Troitsk.
* E-mail: [email protected]
Abstract. The article deals with the issue of operational maintenance of submersible pumps, one of the
stages of which is the preparation of the structure (cleaning, drying). The question of existing methods of drying
various parts is considered, as a rule it is convection, convection-contact, convection in combination with 4
centrifugation. The paper proposes the use of infrared as a promising method of effective action for the purpose of evaporation of water from the surface of structural elements. However, in order to use this method, the following tasks must be solved: firstly, to coordinate the system of geometric parameters "emitter-receiver"; secondly, taking into account the selected system, select an infrared radiation generator; thirdly, taking into account the optical properties of an IR radiation generator or generators (if several radiation sources are supposed to be used), to search for the optimal placement of it in the body of the drying unit, which should take into account the uniformity of energy distribution during irradiation of the object. Based on the well-known laws of thermal radiation, the article suggests ways to solve the tasks set, namely, to take a model of radiant heat exchange of two cylinders as a system of geometric parameters, one of which has a larger diameter (dryer body) completely covers a smaller one (submersible pump). As an infrared radiation generator, use a flexible film electric heater with its placement on the inner wall of a cylinder with a larger diameter.
Keywords: submersible pump, structural elements, drying, infrared, film electric heater
Постановка проблемы (Introduction)
В сельскохозяйственном водоснабжении применяется широкий ряд водонасосных установок, как поверхностного типа, так и погружного. Наибольшее распространение получили насосы погружного типа. На первом рисунке представлен один из представителей погружных насосов, погружной вибрационный насос [1-3].
1 - питающий кабель; 2 - корпус насоса; 3 - уплотнение; 4 - болтовое соединение; 5 - корпус электрической части насоса
Рисунок 1 - Погружной вибрационный насос
Как показала, практика эксплуатации различных погружных насосов их ресурс не соответствует паспортным данным. Поэтому они чаще подвержены ремонту, чем насосы поверхностного типа. В связи с этим они проходят диагностику, разборку, ревизию и дефектацию деталей погружных насосов [4-6].
При диагностике, ревизии и ремонтных мероприятиях погружных насосов особое внимание следует уделять подготовке конструктива. К этому относится: чистка конструкции от налета (ржавчина, известняк) - это можно сделать механической обработкой (щеткой, тряпкой), либо струей высокого давления; освобождение от шлангов или их остатков; высушивание [7,8].
Высушиванию можно подвергать как: неразборную единицу, частично разобранную, полностью разборную. Так для погружных вибрационных насосов можно производить сушку поршня, клапана и других частей. Внешний вид поршня и клапана представлены на втором рисунке. По высушенному поршню и клапану можно весовым способом определить их износ и пригодность для дальнейшей эксплуатации.
Рисунок 2 - Внешний вид поршня и клапана
Методология и методы исследования (Methods)
Сушку можно осуществлять естественным способом, например в сухом помещении на специально отведённых полках, либо с применением искусственных способов. На ремонтных предприятиях используют оба варианта, самым простым вариантом искусственной сушки может служить промышленный фен. Однако его применение не всегда оправдано, так как локальный нагрев с высокой температурой, при котором для полной сушки необходимо прогревать участок за участком. Как итог процесс получается трудозатратным, а слесарь должен обладать определенным навыком, чтобы не повредить вследствие высокой температуры, к примеру изоляцию обмоток, или место пайки концов кабеля для подключения к обмоткам, соответственно слесарь не может оставить данный процесс без присмотра, его участие в нем обязательно.
На рынке существует оборудование для сушки деталей, к примеру ООО «Полипласт» (г. Псков), предлагает несколько вариантов установок: камеры сушильные (обдув теплым/горячим воздухом); столы сушильные (контактный нагрев с обдувом теплым/горячим воздухом); центрифуги (центробежная сила с обдувом теплым/горячим воздухом) [9]. 6
На наш взгляд перспективным способом сушки для насосов или деталей насоса является инфракрасный. В сравнении с конвективным способом или контактным применение ИК-сушки позволит интенсифицировать процесс испарения влаги за счет подвода к объекту обезвоживания значительных удельных потоков тепловой энергии [10-12].
Первостепенной задачей при использовании способа ИК-сушки является согласование геометрических параметров системы «излучатель-приемник» [10-15]. Второй задачей, с учетом выбранной системы, является выбор генератора ИК-излучения [16,17]. Третьей задачей, с учетом оптических свойств генератора ИК-излучения или генераторов (если предполагается использования несколько источников излучения), является поиск оптимального размещения его в корпусе сушилки, которое должно учитывать равномерность распределения энергии при облучении объекта [18].
По закону Стефана-Больцмана излучение элементарной площадки поверхности тела в окружающее пространство графически имеет вид, представленный на рисунке 3 [10,11,19].
Рисунок 3 - Схема направленного излучения.
Аналитическая зависимость излучения той же элементарной площадки ёЕ в определенном направлении ф, известная под названием закона Ламберта, имеет вид:
1 ( т V
= dqndQ.соБфЗГ = — С - dFdD.со$ф (1)
ж 1ЛГ1
100
V100 у
где dq(p - излучение по нормали, в п раз меньше излучения в полусфере;
dQ - элементарный телесный угол;
ф - угол между направлением излучения и нормалью к излучающей площадке.
Ввиду вышеизложенных законов излучения, между отдельными телами возможно получить расчетные формулы их лучистого теплообмена.
Так аналитическая зависимость лучистого теплообмена между двумя телами с бесконечно большими плоскопараллельными поверхностями, имеющими температуры Т и Т2 (в 0К) и коэффициенты лучеиспускания С1 и С2, имеет следующий вид:
Ч =
1
1
1 1 1
--1---+
С С С С1 С2 С
= С
/ т л4
V100 ,
V100 ,
[ккал/м2*ч] (2)
Выражение 111 пр носит название приведенного коэффициента лучеиспускания.
--1---1--
С С С С1 С2 С
Так как С1 = и С2 = ¿2С5, то
С„„ =
С,
пр 11 или С„„ = £„ „Сс
— + —-1 ¿1 ¿2
у пр пр Б
В продолжении зависимости (2), лучистый теплообмен для двух концентрических бесконечно длинных цилиндров, имеющих поверхности теплообмена ¥1 и ¥2, при этом один цилиндр охватывает другой и ¥1 обладает меньшей поверхностью, имеет следующий вид [10,11]:
С £
1
I+£
¿1 £2
V ¿2
( Т V ( Т Л Т1 т 2
100
100
(3)
где С - коэффициент лучеиспускания для черного тела; ¥1 - площадь внутреннего цилиндра; ¥2 -площадь внешнего цилиндра; £1 - степень черноты внутреннего цилиндра; £2— степень черноты внешнего цилиндра; Т1 - температура поверхности внутреннего цилиндра; Т2 - температура поверхности внешнего цилиндра.
Эта формула может быть применена в случае лучистого теплообмена двух тел, когда одно тело охватывает другое, причем ¥1 всегда должно быть меньшей поверхностью [10,11].
Погружной насос представляется геометрической формы цилиндра. Предположим, что насос для сушки будет загружаться в установку цилиндрической формы на стенках которого будет размещен гибкий ИК-излучатель, в этом случае выражение (3) будет иметь решение для расчета мощности ИК-излучателя, а также для расчета габаритных параметров сушильной установки.
В качестве гибкого ИК-излучателя может быть использован пленочный электронагреватель, так как на сегодняшний день - это единственный генератор инфракрасного излучения, для которого существует возможность изменения геометрической формы [16-20].
Дальнейшие исследования будут направлены на решение системы уравнений для расчета рациональных параметров установки для сушки погружных насосов, разработки конструкторской документации, изготовлении опытного образца, проведения исследования с оценкой эффективности процесса.
4
1
1
Библиографический список:
1. Буторин В.А., Гусейнов Р.Т., Дак В.А. Применение по назначению погружных вибрационных насосов на предприятиях агропромышленного комплекса // Актуальные вопросы естественных, экономических, гуманитарных наук и энергетики в АПК: теория и практика : Материалы Национальной (Всероссийской) научной конференции Института агроинженерии. Челябинск. 2023. С. 175-181.
2. Буторин В.А., Дак В.А., Гусейнов Р.Т., Царев И.Б. Основные неисправности вибрационных насосов // Достижения науки - агропромышленному производству: реализация социально-гуманитарных и инженерно-технических задач : Материалы Международной научно-практической конференции Института агроинженерии. Челябинск. 2023. С. 280-285.
3. Буторин В.А., Гусейнов Р.Т., Царев И.Б. Моделирование влияния примесей песка в скважинной воде на ресурс упорного подшипника погружного электродвигателя // АПК России. 2023. Т.30, №2. С.214-217
4. Буторин В.А., Саплин Л.А., Гусейнов Р.Т., Царев И.Б. Модель надежности ветроэнергетической установки для электроснабжения отдаленных водонасосных агрегатов // АПК России. 2023. Т.30, №2. С. 218-222.
5. Буторин В.А., Дак В.А., Гусейнов Р.Т. Место испытаний электронасосов на надежность в предмете эксплуатации электрооборудования // Актуальные вопросы агроинженерных наук в сфере технического сервиса машин и энергетики: теория и практика : Материалы Национальной (Всероссийской) научной конференции Института агроинженерии. Челябинск. 2022. С. 194-200.
6. Гусейнов, Р. Т. Контроль состояния изоляции обмотки погружного электродвигателя / Р. Т. Гусейнов, И. В. Новик, И. Б. Царев // Актуальные проблемы энергетики АПК : Материалы XIII Национальной научно-практической конференции с международным участием, Саратов. 2022. С. 37-40.
7. Молчан А.М., Ткачев А.Н., Гусейнов Р.Т., Новик И.В. Выбор контролируемого параметра технического состояния обмотки погружного электродвигателя при контрольных испытаниях // Современная техника и технологии в электроэнергетике и на транспорте: задачи, проблемы, решения : Сборник трудов VI Всероссийской (национальной) научно-практической конференции научных, научно-педагогических работников, аспирантов и студентов. Челябинск. 2022. С. 73-78.
8. Буторин В.А., Гусейнов Р.Т. Факторы, влияющие на упорные подшипниковые узлы погружных электродвигателей // Перспективы развития АПК в работах молодых учёных : Сборник материалов региональной научно-практической конференции молодых учёных, Тюмень, 05 февраля 2014 года / Министерство сельского хозяйства РФ ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья». Том Часть 1. Тюмень. 2014. С. 191-195.
9. Оборудование для сушки деталей - ООО «Полипласт» Режим доступа : https://www.poliplast.ru/products/oborudovanie-dlya-sushki-detaley/
10. Левинский В.Н. Обоснование технологии и параметров установки инфракрасной сушки высоковлажного биологического сырья на примере томата // автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Южно-Уральский государственный аграрный университет. Челябинск, 2021
11. Попов В.М., Афонькина В.А., Левинский В.Н. Проблемы проектирования инфракрасных установок для высоковлажного сырья // Вестник Башкирского государственного аграрного университета.
2018. №3(47). С. 84-88.
12. Попов В.М., Захахатнов В.Г., Афонькина В.А., Левинский В.Н. Решение задачи многокритериального выбора инфракрасных сушильных установок // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2023. №186. С. 4155.
13. Попов В.М., Афонькина В.А., Зудин Е.С., Левинский В.Н. Согласование оптических свойств и спектральных характеристик системы «излучатель - приемник» для двухстадийной ИК-сушки макаронных изделий // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2020. №2(54). С. 106-110.
14. Levinskiy V.N. Spectral analysis of various types of wood as the basis of low-temperature drying technology in vacuum conditions // В сборнике: BIO Web of Conferences. International Scientific and Practical Conference «Methods for Synthesis of New Biologically Active Substances and Their Application in Various Industries of the World Economy - 2023» (MSNBAS2023). Les Ulis, 2024. С. 05026.
15. Попов В.М., Афонькина В.А., Левинский В.Н., Ветошев Д.А. Исследование зависимости между оптическими свойствами ИК-излучателей и спектральными характеристиками томатов // В сборнике: Актуальные вопросы агроинженерных и сельскохозяйственных наук: теория и практика. Материалы национальной научной конференции Института агроинженерии, Института агроэкологии.
2019. С. 93-98.
16. Левинский В.Н. К вопросу выбора пленочных электронагревателей как элемента конструкции сушильных установок // В сборнике: Актуальные вопросы агроинженерных наук в сфере энергетики агропромышленного комплекса: теория и практика. Материалы национальной научной конференции Института агроинженерии. Под редакцией С.А. Гриценко. 2020. С. 93-99.
17. Levinskiy V.N. Comparative experiment on the use of a film electric heater for drying wood in vacuum conditions // В сборнике: BIO Web of Conferences. International Scientific and Practical Conference «Methods for Synthesis of New Biologically Active Substances and Their Application in Various Industries of the World Economy - 2023» (MSNBAS2023). Les Ulis, 2024. С. 05025.
18. Попов В.М., Афонькина В.А., Левинский В.Н., Майоров В.И. Определение энергоэффективности машины цилиндрического типа для инфракрасной сушки высоковлажного
биологического сырья в сравнении с аналогом // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2018. №2(46). С. 131-139.
19. Popov V., Afonkina V., Levinskii V., Zudin E., Krivosheeva E. Designing the infrared drying machines of cylindrical type with an active reflector // В сборнике: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 12th International Scientific Conference on Agricultural Machinery Industry, INTERAGROMASH 2019. 2019. С. 012008.
20. Попов В.М., Епишков Е.Н., Афонькина В.А., Захахатнов В.Г., Левинский В.Н. Теоретическое обоснование зависимости, описывающей распределение температуры внутри изделия в процессе сушки макаронных изделий с помощью плёночных электронагревателей // Вестник НГИЭИ. 2021. №2(117). С. 51-61.
Refere^es:
1. Butorin V.A., Huseynov R.T., Dak V.A. The intended use of submersible vibration pumps at enterprises of the agro-industrial complex // Actual issues of natural, economic, humanitarian sciences and energy in agriculture: theory and practice : Materials of the National (All-Russian) Scientific Conference of the Institute of Agroengineering. Chelyabinsk. 2023. pp. 175-181.
2. Butorin V.A., Dak V.A., Huseynov R.T., Tsarev I.B. The main malfunctions of vibration pumps // Achievements of science in agro-industrial production: implementation of socio-humanitarian and engineering tasks : Materials of the International Scientific and Practical Conference of the Institute of Agroengineering. Chelyabinsk. 2023. pp. 280-285.
3. Butorin V.A., Huseynov R.T., Tsarev I.B. Modeling the effect of sand impurities in borehole water on the resource of a thrust bearing of a submersible electric motor // APK of Russia. 2023. Vol.30, No.2. pp.214217
4. Butorin V.A., Saplin L.A., Huseynov R.T., Tsarev I.B. Reliability model of a wind power plant for power supply of remote water pumping units // APK of Russia. 2023. Vol.30, No. 2. pp. 218-222.
5. Butorin V.A., Dak V.A., Huseynov R.T. The place of testing of electric pumps for reliability in the subject of operation of electrical equipment // Current issues of agroengineering sciences in the field of technical service of machinery and energy: theory and practice : Materials of the National (All-Russian) Scientific Conference of the Institute of Agroengineering. Chelyabinsk. 2022. pp. 194-200.
6. Huseynov, R. T. Control of the insulation state of the winding of a submersible electric motor / R. T. Huseynov, I. V. Novik, I. B. Tsarev // Actual problems of agro-industrial complex energy : Materials of the XIII National Scientific and practical conference with international participation, Saratov. 2022. pp. 37-40.
7. Molchan A.M., Tkachev A.N., Huseynov R.T., Novik I.V. The choice of a controlled parameter of the technical condition of the winding of a submersible electric motor during control tests // Modern technology and technologies in electric power and transport: tasks, problems, solutions : Proceedings of the VI All-Russian
(national) scientific and practical conference of scientific, research and teaching staff, graduate students and students. Chelyabinsk. 2022. pp. 73-78.
8. Butorin V.A., Huseynov R.T. Factors affecting thrust bearing assemblies of submersible electric motors // Prospects for the development of agriculture in the works of young scientists : A collection of materials from the regional scientific and practical conference of young scientists, Tyumen, February 05, 2014 / Ministry of Agriculture of the Russian Federation State Agrarian University of the Northern Urals. Volume Part 1. Tyumen. 2014. pp. 191-195.
9. Equipment for drying parts - Polyplast LLC Access mode : https://www.poliplast.ru/products/oborudovanie-dlya-sushki-detaley/
10. Levinsky V.N. Substantiation of the technology and parameters of the installation of infrared drying of high-moisture biological raw materials on the example of tomato // abstract of the dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences / South Ural State Agrarian University. Chelyabinsk, 2021
11. Popov V.M., Afonkina V.A., Levinsky V.N. Problems of designing infrared installations for high-moisture raw materials // Bulletin of the Bashkir State Agrarian University. 2018. No.3(47). pp. 84-88.
12. Popov V.M., Zakhakhatnov V.G., Afonkina V.A., Levinsky V.N. Solving the problem of multi-criteria selection of infrared drying plants // Polythematic network electronic scientific journal of the Kuban State Agrarian University. 2023. No.186. pp. 41-55.
13. Popov V.M., Afonkina V.A., Zudin E.S., Levinsky V.N. Coordination of optical properties and spectral characteristics of the emitter-receiver system for two-stage IR drying of pasta // Bulletin of the Bashkir State Agrarian University. 2020. No.2(54). pp. 106-110.
14. Levinsky V.N. Spectral analysis of various types of wood as the basis of low-temperature drying technology in vacuum conditions // In the collection: BIO Web of Conferences. International Scientific and Practical Conference «Methods for Synthesis of New Biologically Active Substances and Their Application in Various Industries of the World Economy - 2023» (MSNBAS2023). Les Ulis, 2024. p. 05026.
15. Popov V.M., Afonkina V.A., Levinsky V.N., Vetoshev D.A. Investigation of the relationship between the optical properties of IR emitters and the spectral characteristics of tomatoes // In the collection: Topical issues of agroengineering and agricultural sciences: theory and practice. Materials of the national scientific conference of the Institute of Agroengineering, Institute of Agroecology. 2019. pp. 93-98.
16. Levinsky V.N. On the issue of choosing film electric heaters as a design element of drying plants // In the collection: Topical issues of agroengineering sciences in the field of energy of the agro-industrial complex: theory and practice. Materials of the national scientific conference of the Institute of Agricultural Engineering. Edited by S.A. Gritsenko. 2020. pp. 93-99.
17. Levinsky V.N. Comparative experiment on the use of a film electric heater for drying wood in vacuum conditions // In the collection: BIO Web of Conferences. International Scientific and Practical Conference
«Methods for Synthesis of New Biologically Active Substances and Their Application in Various Industries of the World Economy - 2023» (MSNBAS2023). Les Ulis, 2024. p. 05025.
18. Popov V.M., Afonkina V.A., Levinsky V.N., Mayorov V.I. Determination of the energy efficiency of a cylindrical type machine for infrared drying of high-moisture biological raw materials in comparison with an analog // Izvestiya higher educational institutions. The Volga region. Technical sciences. 2018. No.2(46). pp. 131-139.
19. Popov V., Afonkina V., Levinskii V., Zudin E., Krivosheeva E. Designing the infrared drying machines of cylindrical type with an active reflector // In the collection: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 12th International Scientific Conference on Agricultural Machinery Industry, INTERAGROMASH 2019. 2019. p. 012008.
20. Popov V.M., Epishkov E.N., Afonkina V.A., Zakhakhatnov V.G., Levinsky V.N. Theoretical substantiation of the dependence describing the temperature distribution inside the product during the drying of pasta using film electric heaters // Bulletin of the NGIEI. 2021. No.2(117). pp. 51-61.
