4.2.1. Зависимость удельного расхода электрической энергии установки от её конструктивно-технологических параметров q=f(n, t, l)

После проведения экспериментальных исследований и обработки их результатов получено уравнение регрессии в кодированном виде, адекватно описывающее изменение удельного расхода электроэнергии q=f(n, t, l):

Выполнив анализ полученного уравнения, можно сделать вывод, что максимальное влияние на уровень удельного расхода электрической энергии оказывает время смешивания х₂ и частота вращения ротора x₁(рис.

Проанализировав регрессионное уравнение (4.4), определим значимость факторов (рис. 4.14, 4.15) (для коэффициентов x_i, xi, x_ijΣпо долям общая сумма, которых по модулю равна 300%, но при анализе влияния суммарной значимости факторов учитываются знаки при коэффициентах в уравнении регрессии) [1]. Максимальное влияние на величину удельного расхода электрической энергии оказывает фактор x₂ (Σ 187%). Значимость факторов x₁и x₃равны (Σ 97,6%) и (Σ 15,4%), что меньше влияния фактора x2 в 2 и 12 раз соответственно.

Рисунок 4.14. Значение основных факторов для удельного расхода электрической энергии:

Уравнение регрессии в декодированном виде имеет вид:

Ввиду того, что влияние на удельный расход электроэнергии процесса смешивания имеют время смешивания и частота вращения ротора, рассмотрим подробно графики изменения удельного расхода электрической энергии от частоты вращения ротора с представлением отдельных графиков по времени от частоты для каждого типоразмера лопастей для удобства анализа (рис.

Рисунок 4.15. Влияние эффектов взаимодействия парных членов для удельного расхода электрической энергии:

Графики в основном имеют возрастающий характер, который обеспечивают положительные знаки при названных выше факторах. Но при малых частотах вращения ротора 19-23 мин^-1 и увеличении длины лопастей с 0,16 до 0,18 м при минимальном времени смешивания равном 33с графики носят убывающе- возрастающий характер, что обуславливает влияние парных коэффициентов x₁x₃и х2х3, значения которых отрицательны. При этом возрастание функций обеспечивается долей влияния величины коэффициента х₂(60,3%) (как наиболее значимого) на 40% больше суммарного влияния долей x₁ (39,2%) и х3 (0,5%), которые обеспечивают убывание функции, т.к. значения парных коэффициентов отрицательны (рис. 4.16, в-д).

Рисунок 4.16. Зависимость удельного расхода электрической энергии от основных факторов

Рисунок 4.16. Зависимость удельного расхода электрической энергии от основных факторов (продолжение)

Рисунок 4.16. Зависимость удельного расхода электрической энергии от основных факторов (окончание)

Анализ изменения удельного расхода электроэнергии при смешивании (рис.

4.16) в роторном смесителе в зависимости от основных факторов показал, что:

1. При увеличении частоты вращения ротора в 1,7 раза (с 19 до 33 мин^-1) удельный расход электроэнергии увеличивается в среднем в 2 раза при времени смешивания в течении 33, 40, 50, 60, 67 с.

2. При увеличении времени в 2 раза (с 33 до 67 с) при минимальных значениях частот вращения ротора в 19 мин^-1 удельный расход увеличивается примерно в 2 раза, а при максимальных значениях частот вращения ротора в 33

-1

мин^-1 удельный расход увеличивается примерно в 3 раза.

3. При увеличении длины лопасти с 0,14 м до 0,18 м при минимальных

значениях частот вращения ротора в 19 мин^-1 и времени смешивания в 33с удельный расход изменяется: 0,058; 0,061; 0,069; 0,081; 0,092 кВт*ч/т

(увеличивается почти в 1,6 раз), а при максимальных значениях частот вращения ротора в 33 мин^-1: 0,095; 0,091; 0,089; 0,091; 0,095 кВт*ч/т. Т.е. величина расхода удельной электроэнергии соизмерима при смешивании лопастями меньшей

длины и большей длины, что можно объяснить тем, что при больших оборотах и длинах лопастей создается винтовой режим перемещения смеси, а это снижает сопротивление ее передвижению при контакте с лопастями.

4. При увеличении длины лопасти с 0,14 м до 0,18 м при минимальных значениях частот вращения ротора в 19 мин^-1 и максимальном времени смешивания в 67с удельный расход изменяется: 0,172; 0,169; 0,167; 0,168; 0,172 кВт*ч/т (уменьшается на 0,005 кВт*ч/т), а при максимальных значениях частот вращения ротора в 33 мин^-1: 0,277; 0,266; 0,254; 0,246; 0,243 кВт*ч/т (уменьшается на 0,034 кВт*ч/т при смешивании лопастями максимальной длины в 0,18 м).

Далее необходимо произвести исследования как основные факторы влияют на качество бетона, такие как концентрация крупного заполнителя в пробе C, % и предел прочности на сжатие образца σ,МПа.

4.2.2. Зависимость изменения концентрации крупного заполнителя при перемешивании в роторном смесителе C=f(n, t, l)

Получено регрессионное уравнение в кодированном виде, адекватно описывающее изменение концентрации крупного наполнителя в пробе:

Рассмотрев регрессионное уравнение (4.6) найдем значимость факторов (рис.

Рисунок 4.17. Величина основных факторов, влияющих на концентрацию крупного заполнителя:

Рисунок 4.18. Величина эффектов взаимодействия парных членов при исследовании концентрации крупногозаполнителя в пробе:

Знак «+» при коэффициентах фактора x₂показывает, что при увеличении

значения данного фактора (время смешивания) будет увеличиваться

концентрация крупного заполнителя, а знак «-» при коэффициентах фактора x₁и x₃ (частота вращения ротора смесителя, длина лопастей) уменьшаться.

Рассмотрим изменение концентрации крупного заполнителя в пробах от основных факторов при визуализации результатов экспериментов графическим методом (рис. 4.19).

Анализ графиков показал (рис. 4.19), что при изменении частоты вращения с 19 до 33 мин^-1 и времени с 33 до 67с концентрация крупного наполнителя изменяется не однозначно, т.е. при малых значениях времени смешивания и небольших частотах вращения ротора значения концентрации крупного заполнителя в пробе близко к 50%, а затем с увеличением частоты вращения ротора происходит ее снижение. Далее, при максимальных значениях времени смешивания, значения концентрации крупного заполнителя в пробе составляет более чем 50%. Так для лопастей всех размеров, для всего диапазона частот вращения ротора при времени смешивания (рис.

- 60-67с графики имеют возрастающий характер, а концентрация изменяется с 49,7% до 54,5%;

- 50с графики имеют возрастающе-убывающий характер, а концентрация изменяется с 47,7% до 52,7%;

- 33-40с графики имеют убывающий характер, а концентрация изменяется с 51,9% до 45,5%.

Для каждого смесителя существует рациональное время перемешивания по истечении которого получают гомогенную смесь. Если сократить время перемешивания, то смесь остается недомешанной. При превышении рационального времени перемешивания смесь расслаивается, т.е. хорошо перемешанная смесь вновь распадается на свои составляющие. Чем можно объяснить снижение и увеличение концентрации крупного составляющего при вышеназванных режимах перемешивания в роторном смесителе.

б)

Рисунок 4.19. Графики зависимости концентрации крупного заполнителя в пробе от основных факторов

^г)

Рисунок 4.19. Графики зависимости концентрации крупного заполнителя в пробе от основных факторов (продолжение)

д)

Рисунок 4.19. Графики зависимости концентрации крупного заполнителя в пробе от основных факторов(окончание)

Для упрощения более глубокой аналитики, используя математический пакет Maple 13, была построена трехмерная фигура, показывающая зависимость концентрации крупного заполнителя в пробе от изменения основных факторов (табл. 4.1) при ее фиксированном значении C=50% (рис. 4.20, а), (для экспериментов использовался крупный заполнитель размером 5-20 мм).

На рис. 4.20 отображена трехмерная поверхность, на которой любая точка показывает при каких значениях факторов можно получить желаемую концентрацию крупного заполнителя в пробе в 50%, причем она состоит из двух поверхностей.

Рисунок 4.20. Графические структуры, показывающие зависимость концентрации крупного заполнителя в пробе от изменения основных факторов при его фиксированном значении С=50%:

а - трехмерная; б - ориентированная по оси Х; в - ориентированная по оси Y;

г - ориентированная по оси Z

С помощью номограмм определяются рациональные/допустимые (в зависимости от поставленной задачи) пределы колебаний всех независимых переменных факторов, участвующих в эксперименте, обеспечивающих нахождение параметра оптимизации не только в экстремальной точке, но и в области заданных значений. Номограммный метод анализа уравнения регрессии учитывает результаты парных взаимодействий факторов на допускаемые пределы

колебаний этих факторов, при которых параметр оптимизации не выходит за пределы области заданных значений.

Этот метод анализа дает возможность увидеть одновременно влияние на параметр оптимизации всех участвующих в уравнении регрессии независимых переменных факторов - хр х₂; x₃то есть, как они действуют на реальный технологический процесс. Становится возможным определение влияния изменения предела колебания каждого из переменных факторов на величину параметра оптимизации. Так же можно осознанно изменять пределы отклонения каждого из исследуемых факторов в многофакторном эксперименте с учетом возможностей исследуемой системы для получения заданной области значений параметра оптимизации.

Например, значения параметров в зеленой области (рис. 4.20) изменяются в пределах x₁=-1,68.-0,2 (и=19-25 мин^-1); x₂=-0,1. 1,68 (t=49-67 с); х₃ - варьируется во всем диапазоне изменений (l=0,14-0,18 м), но т.к. время смешивания изменяется до максимума, то из-за этого удельный расход так же увеличивается, а именно (рис. 4.16):

1. Для лопастей длиной 0,14-0,16 м удельный расход изменяется с 0,093 до 0,2 кВт;

2. Для лопастей длиной 0,17-0,18 м удельный расход изменяется с 0,1 до 0,19 кВт.

Рассмотрим область А (рис. 4.20, а, б, г) значения параметров меняются в пределах x₁=-1,68.0, x₂=-1,68.-1, x₃=-1,68.-1,3, что соответствует значениям частоты вращения ротора 19-26 мин^-1, времени смешивания 33-40 с, длине лопастей 0,18-0,173 м. Здесь при минимальных значениях частоты вращения ротора и времени смешивания получаем пробы с содержанием крупной составляющей в 50%, что указывает на хорошее качество смеси при минимальных значениях удельного расхода электроэнергии

(рис. 4.16, д):

1. В интервале изменения времени 33-40с при частоте вращения ротора 19 мин^-1 удельный расход равен 0,95 кВт*ч/т;

2. Для времени смешивания 33с и 40с при возрастании частоты вращения ротора до 26 мин^-1 удельный электроэнергии расход увеличивается до 0,82 и 0,90 кВт*ч/т, что на 0,13 и 0,05 кВт*ч/т больше, соответственно.

В исследуемом диапазоне изменения основных факторов минимальное содержимое крупного наполнителя равно 45% (рис. 4.21), а максимальное 54%, при следующих их значениях:

1. Для С=45% значения основных факторов меняются в пределах x₁=1,1.1,68 (n≈30-33 мин^-1), х₂=-1,68...-1,3 1/33-38 с), x₃=1,1...1,68 (l≈0,17-0,18 м);

2. Для С=54% значения основных факторов меняются в пределах x₁=1,1...1,68 (n≈30-33 мин^-1), x₂=1,3...1,68 (t=53-67 с), х₃=-1,68.0,08 (l≈0,14-0,17 м).

4.2.3.