Совершенствование методов определения и снижения потерь от пылео

На правах рукописи

Адамов Евгений Иванович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

И СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ОТ ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ

ПРИ ПЕРЕГРУЗКЕ СЫПУЧИХ ГРУЗОВ

ГРЕЙФЕРНЫМИ КРАНАМИ И ПЕРЕГРУЖАТЕЛЯМИ

Специальность 05.22.19 – «Эксплуатация водного

транспорта, судовождение»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород – 2010 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Наибольший удельный вес (70%) в грузообороте водного транспорта занимают сыпучие навалочные грузы, которые перевозят и хранят без упаковки.

В зависимости от крупности частиц сыпучие грузы делят на семь категорий. Все данные категории сыпучих грузов в своем фракционном составе имеют долю мелких частиц, склонных к пылеобразованию.

Опыт перегрузки в морских и речных портах сыпучих грузов и особенно тех, которые относятся к категориям мелкозернистых, порошкообразных и пылевидных, показал, как много возникает проблем, связанных с пылеобразованием, что приводит к безвозвратным потерям грузов, ухудшая условия труда и отрицательно сказываясь на окружающей среде.

В портах наиболее распространен способ перегрузки сыпучих грузов с использованием грейферных кранов и перегружателей, при котором существуют максимальные потери груза, обусловленные просыпями и пылеобразованием.

Исследованиям в области определения потерь сыпучих грузов посвящены работы Телегина А.И, Бешкето В.К., Суколенова А.В., Степанова А.Л., Ларина Ю.А., Калверта С., Харрола Д., и т.п., в которых приведены способы, позволяющие определять потери сыпучих грузов только от просыпей.

В работах Отделкина Н.С., Слюсарева А.С., Сикарева С.Н. разработан метод определения потерь сыпучих грузов от пылеобразования при исследованиях портовых перегрузочных процессов на моделях. Однако в этих работах не учитываются геометрические параметры трюмов и кузовов транспортных средств и открытых складов, а также технологий их грузовой обработки.

В настоящее время существует ряд методик по определению объемов выбросов пыли, которые наиболее полно разработаны и опробированы для промышленных предприятий с организованными источниками выбросов.

Перегрузочные процессы с сыпучими грузами относятся к неорганизованным источникам загрязнений, а величины пылевых выбросов определяют по методикам, разработанным: бывшими Министерствами речного и морского флота; Ленморниипроектом; Министерством железнодорожного транспорта.

Указанные методики предназначены для обоснования и проведения работ по охране атмосферного воздуха на отраслевых предприятиях и не могут применяться для определения потерь сыпучих грузов от пылеобразования.

Существующие методы и технические средства, снижающие пылеобразование и потери сыпучих грузов при их перегрузке навалом грейферными кранами и перегружателями низкоэффективны, имеют высокую энергоемкость и в ряде случаях, например с грейферно-бункерными перегружателями, снижают их производительность.

Это, определило необходимость настоящих исследований потерь от пылеобразования при перегрузке сыпучих грузов грейферными кранами и перегружателями.

Цель работы и задачи исследований. Целью диссертационной работы является совершенствование методов определения и снижения потерь от пылеобразования при перегрузке сыпучих грузов грейферными кранами и перегружателями.

Для достижения указанной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:

— выполнить анализ применяемых в морских и речных портах способов перегрузки сыпучих грузов;

— проанализировать существующие методы определения потерь сыпучих грузов от пылеобразования в портах;

— разработать метод исследования на моделях потерь сыпучих грузов от пылеобразования при перегрузке сыпучих грузов в портах грейферными кранами и перегружателями;

— создать методику определения потерь сыпучих грузов от пылеобразования при их перегрузке грейфером по различным вариантам работ;

— исследовать влияние механических воздействий грейфера (зачерпывание, раскрытие) на сыпучим грузом на потери от пылеобразования;

— выполнить исследования влияния геометрических параметров трюмов и кузовов транспортных средств, и открытых складов, а также характеристик ветровых потоков, на потери груза от пылеобразования;

— разработать технологические рекомендации по снижению потерь сыпучих грузов от пылеобразования при их перегрузке грейфером;

— разработать бункерные устройства, снижающие потери сыпучих грузов от пылеобразования и исследовать эффективность этих устройств;

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются технологические процессы грузовой обработки транспортных средств и открытых складов с сыпучими грузами в портах, а предметом – процессы пылеобразования и обусловленные ими потери груза при работе грейферных кранов и перегружателей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен метод исследования на моделях потерь сыпучих грузов от пылеобразования при их перегрузке грейфером с учетом различных вариантов работ, технологий грузовой обработки транспортных средств, геометрии трюмов и кузовов транспортных средств и открытых складов;

2. Определены для различных категорий сыпучих грузов значения линейных масштабных коэффициентов, при которых в модельных исследованиях используется натурный сыпучий груз;

3. Получены математические модели потерь от пылеобразования для пылевидных сыпучих грузов при их перегрузке грейфером по различным вариантам работ.

Новизна технических решений защищена патентом Российской Федерации.

Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов подтверждены натурными и модельными исследованиями автора. Обработка результатов экспериментальных исследований выполнена с применением стандартных пакетов прикладных программ на базе ЭВМ.

Практическая значимость работы. Результаты диссертации имеют следующую практическую значимость:

— создана методика определения потерь сыпучих грузов от пылеобразования при их перегрузке грейферными кранами;

— разработаны рекомендации по технологическим мероприятиям и специальные бункерные устройства, снижающих потери сыпучих грузов от пылеобразования, для грейферных кранов и перегружателей;

— результаты исследований используются в учебном процессе по дисциплинам «Перегрузочная техника и технология обработки грузов» и «Специальное перегрузочное оборудования терминалов».

Апробация работы. Основные положения и полученные в диссертационной работе докладывались и обсуждались:

— Научно- методическая конференция ВГАВТ «Транспорт — XXI век» (Н. Новгород, 2007 г.);

— Научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях» (МГАСУ, Москва, 2008 г.);

— VII Международная молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки» (НГТУ, Н. Новгород, 2008 г.);

— Всероссийский молодежный форум «НТТМ — 2008» (Москва, 2008 г., работа отмечена тремя дипломами);

— Областной конкурс «Россия. Ответственность. Стратегия. Технология» (Н.Новгород, 2008 г., Диплом III степени);

— III конкурс объектов интеллектуальной собственности в номинации «Транспорт» (Н. Новгород, 2008 г., Диплом III степени);

— II Всероссийский конкурс инновационных проектов студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2009 г., работа отмечена дипломом);

— IX Московский международный салон инноваций и инвестиций (Москва, 2009 г., работа отмечена дипломом);

— I Молодежный инновационный Конвент (Москва, 2009 г., разработка вошла в 100 лучших изобретений);

— Всероссийский молодежный Форум победителей (Москва, 2009 г., Диплом победителя);

— Всероссийский молодежный Форум «Селигер — 2009» (Тверская обл., 2009 г.);

— Молодежный научно-исследовательский конкурс «У.М.Н.И.К» (2009 г., Победитель).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, из них один патент РФ и 5 работ в изданиях, входящих в перечень рекомендуемых ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Общий объем диссертационной работы составляет 122 страницы основного текста, включая 28 рисунков и 25 таблиц. Список литературы на 11 страницах включает 106 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность исследований, изложены цель, задачи и научная новизна.

В первой главе выполнен анализ существующих способов перегрузки сыпучих грузов на причалах портов и обзор существующих методов определения потерь сыпучих грузов при их перегрузке.

В морских и речных портах в основном применяются три способа перегрузки: c использованием грейферных кранов и перегружателей; конвейерным транспортом; с помощью пневмоустановок. Из перечисленных наиболее распространен способ с применением грейферных кранов и перегружателей. При этом способе перегрузки потери груза только от просыпи составляют 1,0…2,3% от грузооборота, а с учетом пылеобразования могут достигать до 3…5%. Анализ причин, способствующих процессу пылеобразования при перегрузке сыпучих грузов грейферными кранами и перегружателями, показывает, что основным источником пыления является грейфер.

Существующие экспериментально-расчетные методы определения потерь сыпучих грузов при их перегрузке грейферными кранами, конвейерными и пневмоустановками не учитывают потери груза, связанные с пылеобразованием.

Для морских и речных портов существуют методики определения фактических объемов выбросов от перегрузочных процессов. Эти методики применимы только для существующих портов и предназначены для инвентаризации источников пылевыбросов в атмосферу. При этом необходимо проведение натурных замеров запыленности воздуха.

Отделкиным Н.С., Слюсаревым А.С. и Сикаревым С.Н. предложен метод исследования на моделях процесса пылеобразования сыпучих грузов при перегрузке грейферными кранами. Указанный метод наиболее полно и обоснованно, по сравнению с существующими, учитывает специфику портовых перегрузочных процессов с применением различных типов оборудования, и в частности грейферных кранов. Методическое обеспечение, разработанное на основе этого метода, позволяет оценивать потери груза от пылеобразования с учетом ветрового режима грузового причала или порта.

Тем не менее, этот метод имеет ряд недостатков, основными из которых являются:

— при модельных исследованиях не учитываются параметры (время грузовой обработки, последовательность загрузки, число циклов и т. д.) технологических процессов грузовой обработки транспортных средств и открытых складов а также размеры трюмов или кузовов транспортных средств и открытых складов;

— критерии подобия процессов пылеобразования получены только для трех из семи категорий сыпучих грузов, а именно – мелкокусковых, порошкообразных и пылевидных.

Выполненный анализ методов и технических средств, снижающих пылеобразование и потери при перегрузке в портах сыпучих грузов навалом показал, что существующие методы эффективны для незначительного количества наименований сыпучих грузов и типов перегрузочного оборудования. Для грейферных кранов эти методы или низко эффективны или отсутствуют полностью.

Таким образом, учитывая вышесказанное, можно сделать следующие выводы:

— наиболее распространенным способом перегрузки сыпучих навалочных грузов является способ с использованием грейферных кранов и перегружателей, при котором имеют место максимальные потери перегружаемого груза от просыпей и пылеобразования;

— существующие методики определения пылевыбросов, распространенные на речные и морские порты и железнодорожный транспорт, применимы только для существующих объектов и не дают возможности оценить на проектной стадии потери груза от пылеобразования;

— разработанные в последнее время методы исследования на моделях процессов пылеобразования и связанных с ними потерь грузов требуют усовершенствования.

Во второй главе приведены результаты теоретических исследований потерь груза от пылеобразования и предложен метод исследования на моделях данных потерь при грейферном способе перегрузки сыпучих грузов в портах.

Разработанный метод исследования на моделях потерь при грейферном способе грузовой обработки транспортных средств и открытых складов основан на методах подобия и анализа размерностей и предусматривает использование в модельных исследованиях натурного сыпучего груза. Данный метод охватывает основные причины пылеобразования, к которым относятся:

— механическое воздействие грейфера на сыпучий груз (зачерпывание груза и разгрузка грейфера);

— размеры трюмов и кузовов транспортных средств и открытых складов;

— влияние ветрового воздействия на сыпучий груз (скорость и направление ветровых потоков);

— вариант работы и параметры технологического процесса грузовой обработки транспортных средств.

Основным требованием к исследованию процессов пылеобразования на моделях при отсутствии моделирования сыпучего груза является адекватность физических процессов, происходящих в натуре и модели, что достигается при равенстве удельных вносимых энергий, вызывающих пылеобразование в натуре и модели, и равенстве характеристик ветровых потоков. Кроме этого в моделях подвергаются исследованиям репрезентативные объемы сыпучего груза.

В работах Баловнева В.И. и Мацепуро А.А. указывается, что при моделировании процессов механического взаимодействия рабочих органов перегрузочных машин с сыпучим грузом, допускается в модели использовать натурный сыпучий груз при отношении объема частицы EMBED Equation.3 груза и исследуемого объема объекта (вместимость EMBED Equation.3 модели грейфера) более чем 10-4, то есть

EMBED Equation.3 или EMBED Equation.3 .

(1)

Условие (1) накладывает ограничения на величину линейного масштабного коэффициента EMBED Equation.3 при использовании в модельных исследованиях натурного сыпучего груза и с учетом условия геометрического подобия выражение для определения EMBED Equation.3 имеет вид

EMBED Equation.3 .

(2)

Значения коэффициента EMBED Equation.3 , при которых допускается использовать в модельных исследованиях натурный груз, для различных категорий сыпучих грузов и грейферов к кранам грузоподъемностью 5, 10 и 16 тонн представлены в табл.1.

Таблица 1. Значения коэффициента EMBED Equation.3 , при которых допускается

использовать в модельных исследованиях натурный сыпучий груз

Категории сыпучего груза

Средний объем частиц груза, мм3

Значение коэффициента EMBED Equation.3 для грейферов к кранам различной грузоподъемности

5 т

10 т

16 т

Крупнокусковые

Среднекусковые

Мелкокусковые

1514136…171569

0,2

0,3

0,3

Крупнозернистые

4188…33,5

3,9

4,7

5,5

Мелкозернистые

28,7…0,5

18,4

22,3

25,9

Порошкообразные и пылевидные

0,049…0,004

71,4

86,6

100

Из данных табл. 1 следует, что для:

— кусковых сыпучих грузов в модельных исследованиях необходимо применять эквивалентный (подобный) натурному груз;

— крупнозернистых грузов значения коэффициента EMBED Equation.3 ;

— мелкозернистых грузов — EMBED Equation.3 ;

— порошкообразных и пылевидных грузов — EMBED Equation.3 .

Для каждой из основных причин пылеобразования установлены совокупности определяющих параметров, характеризующих потери сыпучих грузов от пылеобразования и разработаны критериальные уравнения исследуемых процессов:

1) воздействие грейфера на сыпучий груз:

— при зачерпывании подобие деформации сыпучего груза в модельном и натурном грейферах достигается при равенстве между собой скоростей деформаций

EMBED Equation.3 ; или EMBED Equation.3

при разгрузке грейфера

EMBED Equation.3 ;

(3)

2) грузовая обработка грейфером транспортных средств и открытых складов определенных размеров

EMBED Equation.3 ,

(4)

где

EMBED Equation.3

скорости деформации сыпучего груза в модельном и натурном грейферах, м/с;

EMBED Equation.3

время смыкания челюстей модельного и натурного грейферов, с;

EMBED Equation.3

площадь истечения, м2;

EMBED Equation.3

высота падения груза, м;

EMBED Equation.3

ускорение свободного падения, м/с2;

EMBED Equation.3

время раскрытия грейфера, с;

EMBED Equation.3

размеры трюмов или кузовов транспортных средств и открытых складов, м;

EMBED Equation.3

время грузовой обработки одного судна, вагона или открытого склада, с;

EMBED Equation.3

скорость ветра, м/с;

EMBED Equation.3

направление ветра (учитывать только для трюмов судов и открытых складов), рад.

Процессы воздействия грейфера на сыпучий груз в натурных и модельных условиях будут подобны при следующих значениях масштабных коэффициентов

EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 .

(5)

Процессы пылеобразования в модели и натуре во время грузовой обработке транспортных средств и открытых складов грейфером будут подобны при

EMBED Equation.3 .

(6)

При использовании в модельных исследованиях натурного груза значения коэффициентов масштабов подобия внешних воздействий, скорости EMBED Equation.3 и направления EMBED Equation.3 ветрового потока принимаются равными

EMBED Equation.3 .

(7)

В табл. 2 представлены параметры технологического процесса перегрузки сыпучих грузов грейферными кранами по различным вариантам работ, которые необходимо учитывать при оценке на моделях потерь грузов от пылеобразования.

Таблица 2. Параметры технологического процесса перегрузки сыпучих грузов грейферными кранами по различным вариантам работ

Наименование

параметра

Вариант работы

склад-судно

судно-вагон

склад-вагон

Необходимое количество транспортных средств

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

Последовательность грузовой обработки транспортных средств и склада

учитывать только для судна

учитывать только для судна

учитывать только для склада

Количество кранов на обработке одного судна

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | Вперед → | Последняя | Весь текст