4.3.1. Исследование зависимости удельного расхода электроэнергии смесителя от его конструктивных и технологических параметров

После обработки результатов экспериментальных исследований получено уравнение регрессии в кодированном виде:

Проведя анализ данного уравнения регрессии можно сказать, что наибольшее влияние на удельный расход электроэнергии оказывает частота вращения вертикального вала смесителя x₁,так как его коэффициент имеет наибольшее значение, а знак «+», означает, что при увеличении значения данного фактора будет увеличиваться удельный расход электроэнергии, чему способствует увеличение числа оборотов лопастного вала.

Знаки «-» имеют коэффициенты перед факторами х₂ (угол установки лопастей на валу) и х₃ (величина «живого сечения» винтовой поверхности лопастей барабана), что означает снижение удельного расхода электроэнергии при росте этих факторов. Это объясняется тем, что при увеличении величины «живого сечения» винтовой поверхности лопасти барабана уменьшается площадь контакта материала с лопастью и увеличивается площадь контакта частиц материала друг с другом в месте перфорированной части винтовой поверхности. Это уменьшает межслоевые силы трения и, как следствие, снизит потребление электроэнергии.

Анализируя уравнение регрессии (4.1) определим значимость факторов x₁, x₂, х₃ (рис. 4.9) (для коэффициентовпо долям общая сумма по модулю

равна 300%, но при анализе влияния суммарной значимости факторов учитываются знаки при коэффициентах в уравнении регрессии) [92,1]. Наибольшее влияние на величину удельного расхода электроэнергии оказывает факторЗначимость факторов x₂и x₃равны, соответственно, (Σ 27%) и

(Σ 11%), что меньше влияния фактора x₁в 2,3 и 5,6 раз, соответственно.

Рисунок 4.9.

Декодируя уравнение (4.1), получим его в натуральном виде:

На рисунках 4.11 и 4.12 и в Приложении 1 представлены графические зависимости изменения удельного расхода электроэнергии от изменения основных факторов: числа оборотов вертикального вала п_р, угла атаки α и величины «живого сечения» С.

Ввиду того, что наибольшее влияние на энергоемкость процесса смешивания оказывает частота вращения вертикального вала, рассмотрим подробно графики (рис. 4.11 и 4.12) изменения удельного расхода электроэнергии qот числа оборотов вертикального вала п_рпри варьировании остальных исследуемых параметров - α и С. Графики носят возрастающе-убывающий характер, который обеспечивают влияние эффектов взаимодействия парных членов x₁x₂и x₁x₃(рис. 4.10), коэффициенты, которых положительны. При этом

возрастание функций обеспечивается долей влияния величины коэффициента х1 (49%) (как наиболее значимого) на 24% больше суммарного влияния долей х₂ (24%) и x₃(1%), которые обеспечивают убывание функции, т.к. суммарные доли при основных и квадратичных членах отрицательны (рис. 4. 9).

Анализ графиков (рис. 4.11) при фиксированном угле атаки равном 19^о, 25^о, 35^о, 45^о, 51^о, показал, что:

1. При углах атаки лопастей вала, изменяющихся в интервале 19^о-25^о (рис.

4.11 , а, б) графики носят возрастающий характер. При увеличении частоты вращения вала примерно в 1,5 раза (470-630 мин^-1) удельный расход электроэнергии увеличивается примерно в 6 раз (рис. 4.10, а), в 4 раза (рис. 4.11, б) при «живом сечении», равном 30-46% и в 3 и 2 раза при «величинах живого» сечения 14-20%, достигая максимальных значений 5,7 кВт-ч/т и 4,9 кВт-ч/т соответственно.

Рисунок 4.10. Значимость влияния эффектов взаимодействия каждого из парных членов на

значения удельного расхода электроэнергии:

Рисунок 4.11. Графики изменения удельного расхода электроэнергии qв зависимости от

частоты вращения лопастного вала п_р при фиксированных значениях угла атаки вала α

Рисунок 4.12. Графики зависимости удельного расхода электроэнергии qот частоты вращения

лопастного вала п_р при фиксированных значениях величин «живого сечения» винтовой поверхности лопастей барабана С

2. При увеличении значения угла атаки лопастей до 35^о-45^о (рис. 4.11, в, г) графики носят возрастающе-убывающий характер и заметно небольшое снижение удельного расхода электроэнергии.

Максимальные значения функции отклика qпри п_р=550 мин^-1 равны 4,3-3,3 кВт-ч/т (рис. 4.11, в) и 4,3-2,8 кВт-ч/т (рис. 4.11, г) в интервале «величин живого» сечения винтовой поверхности 14-46%. Причем минимальные значения удельного расхода электроэнергии 2,0-3,8 кВт-ч/т (рис. 4.11, в, г) наблюдаются при п_б=630 мин^-1, что меньше примерно в 2 раза, чем при углах атаки лопастей 19^о-25^о. Это можно объяснить снижением сопротивления и большим перемещением материала из слоя в слой из-за образования следа (рис.

3. При увеличении значения угла атаки лопастей вала до 51^о (рис. 4.11, д) графики носят убывающий характер. Максимальные значения удельного расхода электроэнергии при п_р=470 мин^-1 равны 2,4-4,5 кВт-ч/т (рис. 4.11, д) в интервале величин «живого сечения» винтовой поверхности 14-46%, что в 1,7 раз больше, чем при углах атаки лопастей 35^о-45^о.

Это можно объяснить увеличением сил трения из-за образования мертвых зон. При п_б=630 мин^-1 значения удельного расхода электроэнергии меньше в 1,5 раз при тех же углах атаки лопастей и изменяется в интервале 1,3-2,3 кВт-ч/т (рис.

4.10, д). Это связано с тем, что лопасти при больших скоростях начинают резать слои материала, что снижает межслоевые силы трения.

Анализ графиков (рис. 4.12) при фиксированной величине «живого сечения» винтовой поверхности 14%, 20%, 30%, 40%, 46% показал, что:

1. Для всех фиксированных значений величины «живого сечения» при углах равных 19^о, 25^о, 35^о носят возрастающий характер, а при углах равных 45^о, 51^о убывающий.

2. Минимальные значения удельного расхода электроэнергии получаем при п_р=470 мин^-1:

• q=0,9 кВт-ч/т при С=40%, а=19^о, 25^о;

• q=1,1 кВт-ч/т при С=30%, 46%, а=19^о;

• q=1,2 кВт-ч/т при С=30%, а=25^о,

а так же, при п_р=630 мин^-1:

• q=1,2 кВт-ч/т при С=30%, а=51^о;

• q=1,3 кВт-ч/т при С=40%, 46% а=51^о;

• q=1,5 кВт-ч/т при С=46%, а=51^о.

Таким образом, минимальный удельный расход электроэнергии (рис. 4.11, 4.12) при величине «живого сечения», изменяющимся в пределах 30-46%, отмечается равным:

• 0,9-1,2 кВт-ч/т при пр = 470 мин^-1 и угле атаки лопастей 19^о-25^о (при малых скоростях вращения вала будет меньше сопротивление движения среды);

• 1,2-1,5 кВт-ч/т при пр = 630 мин^-1 и угле атаки лопастей равном 51^о (при больших скоростях вала лопасти начинают резать материал на слои, а псевдоожиженное состояние загрузки дополнительно снижает силы трения).

4.3.2.