Республика Казахстан (стр. 8 )

ЮКГУ им. М.Ауезова, Поступило в редакцию

г. Шымкент 5.05.2011г.

_________________________

Механика жӘне технология процесстерін үлгілеу

МЕХАНИКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ТЕХНОЛОГИИ, 2011, № 1,с.81-85

УДК 631.862

, ,

Опытное анаэробное сбраживание органической массы навоза КРС

Органические отходы (навоз животных, отходы растительного происхождения) на фермерских хозяйствах создают целый ряд проблем по их сбору, транспортировке, хранению, переработке и неблагоприятную экологическую обстановку [1-3].

Наиболее перспективным решением этой проблемы является утилизация фермерских отходов в биогазовых установках с получением биогаза и жидких высококачественных органических удобрений.

По причине большего разнообразия органических отходов, технологических вариантов, расчетных мощностей, местных условий возникает необходимость, практически каждую биогазовую установку, проектировать индивидуально [3]. Однако, для этого необходимо знать характеристики анаэробного сбраживания каждого вида органического отхода, а также их смесей.

В этой связи в данной работе приводится результаты опытного анаэробного сбраживания свежего навоза КРС.

Для проведения опытного анаэробного сбраживания органической массы свежего навоза КРС была изготовлена лабораторная биогазовая установка (рис.1). Она состоит из цилиндрического реактора с термостатом и мешалкой, рамы и

Рисунок 1 – Лабораторная биогазовая установка

газгольдера. Газгольдер состоит из рамы, автомобильной камеры, счетчика газа и при помощи газового шланга соединяется с газовым пространством реактора посредством обратного клапана, монтированного на съемной крышке реактора.

Термостат реактора выполнен в виде водяной рубашки с нагревателем. В нагреватель установлен ТЭН с регулятором температуры, который подключается к сети однофазного переменного тока с напряжением 220В.

В лабораторной установке опытное анаэробное сбраживание органической массы осуществляется однокамерным способом в дискретном режиме. При этом, рабочий объем реактора, загружается органической массой сразу и анаэробное сбраживание проводится до полного прекращения выхода биогаза. Объем выделенного биогаза измеряется при помощи счетчика газа ежесуточно.

Температура термостата устанавливался терморегулятором, а температура испытываемой органической массы измерялась при помощи лабораторного термометра.

Испытуемая органическая масса в реакторе перемешивается механической мешалкой. Перемешивание осуществлялся утром, в середине дня и вечером (пМ=3), на протяжении всех суток анаэробного сбраживания органической массы.

Масса свежего навоза КРС, загружаемого в реактор определяется по формуле [4]:

(1)

где: объем испытуемой органической массы, м3 ;

исходная влажность свежего навоза КРС;

объемная масса сухого навоза КРС;

влажность испытуемой органической массы;

плотность воды.

Необходимую влажность испытуемой органической массы получили смешиванием свежего навоза с теплой водой. При этом массу воды, необходимую для приготовления органической массы определяли по формуле [4].

(2)

При проектировании биогазовой установки требуется знать следующие параметры анаэробного сбраживания органической массы: удельный суточный выход биогаза; удельный суммарный выход биогаза; длительность анаэробного сбраживания.

Удельный суточный выход биогаза определяется по формуле:

(3)

где: объем биогаза, выделенного за сутки, л/сут;

объем сбраживаемой органической массы, л.

Удельный суммарный выход биогаза

(4)

где: удельный суммарный выход биогаза на i суток сбраживания;

суточный объем биогаза, выделенного на i сутке, л/сут.

Длительность газовыделения в процессе анаэробного сбраживания определяется по формуле:

суток (5)

где: длительность анаэробного сбраживания органической массы, сут;

длительность анаэробного сбраживания органической массы до начала газовыделения, сут.

Продолжительность анаэробного сбраживания органической массы до полного прекращения выхода биогаза определяет длительность (ta) процесса анаэробного сбраживания органического отхода, т. е. в данном случае свежего навоза КРС.

Результаты опытного анаэробного сбраживания органической массы свежего навоза КРС, проведенные в реакторе лабораторной биогазовой установки (рис.1), и обработанные при помощи формул (3) и (4) приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты опытного анаэробного сбраживания

Длительность анаэробного сбраживания t,суток.	Количество суток
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Удельный суточный объем биогаза qc, л/л	0,000	0,0513	0,077	0,013	0,064	0,0513	0,013	0,013	0,0257	0,000
Удельный суммарный объем биогаза q, л/л	0,000	0,0513	0,128	0,141	0,205	0,257	0,270	0,282	0,308	0,308

По результатам опытного анаэробного сбраживания построены следующие графики закономерностей выхода биогаза из органической массы свежего навоза КРС:

1. График удельного суточного объема биогаза, выделенного в период анаэробного сбраживания - рис.2.

Рисунок 2 – График удельного суточного объема биогаза органической массы навоза КРС при:

2. График удельного суммарного объема биогаза, выделенного в период анаэробного сбраживания - рис.3.

Рисунок 3- График удельного суммарного объема биогаза органической массы навоза КРС при:

По анаэробному сбраживанию органической массы свежего навоза КРС, на основании анализа полученных графиков (рис.2 и 3), можно сделать следующие выводы:

1.  В начале анаэробного сбраживания органической массы свежего навоза КРС, через сутки после пуска реактора, наблюдается увеличение объема биомассы в реакторе примерно до 30%.

2.  Выход биогаза начинается через 1,5 суток после пуска ректора.

3.  Длительность анаэробного сбраживания 9-10суток.

4.  Длительность газовыделения анаэробного сбраживания 7,5суток.

5.  Суточный объем выхода биогаза - переменный.

6.  Суммарный объем биогаза, выделяемый в период анаэробного сбраживания увеличивается по плавной кривой.

Результаты опытного анаэробного сбраживания органической массы свежего навоза КРС позволяет сделать следующие рекомендации для проектирования фермерских биогазовых установок:

1.  Геометрический объем реактора биогазовой установки должен на 30% больше от рабочего реактора.

2.  Расчетная длительность анаэробного сбраживания .

3.  Расчет производительности биогазовой установки по газу необходимо вести по среднему удельному суточному объему биогаза за период газовыделения:

(6)

где: длительность газовыделения, суток;

текущий удельный суточный объем биогаза, л/л;

средний удельный суточный объем биогаза свежего навоза КРС.

Литература

1.  Биомасса как источник энергии. Под ред. С. Сауфера, О. Заборски /перевод с англ./ - М.: Мир, 19с.

2.  В. Баадер, Е. Доне, М. Брендерфер Биогаз. Теория и практика /перевод с нем./. –М.:Колос, 19с.

3.  Ковалев и технико-энергетическое обоснование производства биогаза в системах утилизации навоза в животноводческих
фермах. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. –М.: ВИЭСХ, с.

4.  . Органикалық қалдық заттардан биомасса дайындау және оның параметрлерін есептеу. Механика және технология процестерін үлгілеу, 2010, №1, с.216-218.

ТарГУ им. Поступило в редакцию

г. Тараз 12.05.2011г.

__________________________

Механика жӘне технология процесстерін үлгілеу

МЕХАНИКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ТЕХНОЛОГИИ, 2011, № 1,с.86 -90

УДК 686.31.001.5.

НАТЯЖЕНИЕ КОЖАНОЙ ЗАГОТОВКИ НА ЭЛЛИПТИЧЕСКОМ И ПАРАБОЛИЧЕСКОМ ЦИЛИНДРАХ

Для исследования статики кожаной заготовки в виде полоски материала на выпуклой шероховатой поверхности под действием статических нагрузок предполо­жим, что ей присущи закономерности, свойственные гибкой нити. Это подтверждается исследованиями [1,2], посвященными определению усилия формования заготовки верха обуви с применением формулы Эйлера на цилиндричес­кой, сферической и конической поверхностях, имитирующие отдель­ные части обувной колодки. Если пренебречь незначительным сопротивлением кожевен­ного материала для верха обуви на изгиб по сравнению с действую­щими на него натяжениями при формовании, а также малой его толщи­ной то полоску кожи можно представить в виде растяжимой гибкой ленты, при плоском движении которой, как известно [3] ей свойственны все закономерности, присущие нити.

Рассмотрим систему уравнений, описывающих статику неод­нородной растяжимой гибкой нити на шероховатой плоской кривой произвольной формы под действием натяжений на концах нити из работы [4]

(1)

где: - функция закона растяжимости нити;

- функция направляющей кривой;

- коэффициент трения;

- радиус кривизны;

I - длина не растянутой нити (дуговая координата Лагранжа);

- длина растянутой нити (дуговая координата Эйлера);

- скалярный множитель.

Данная система уравнений (1) была использована в работе [4] для исследования статики неоднородной растяжимой гибкой нити на направляющей кругового цилиндра. Воспользуемся приведенной системой уравнений для исследования натяжений в по­перечных сечениях полоски кожи под воздействием статических нагрузок на концах за­готовки на эллиптическом и параболическо­м цилиндрах.

Разделим в (1) первое уравнение на второй

. (2)

Пренебрегая малой толщиной кожевенного материала, представим длину элементарного участка дуги полоски в виде

. (3)

Соответственно выражение для радиуса кривизны в декартовых координатах

(4)

После подстановки (2) и (3) в (4) имеем

. (5)

Полученное дифференциальное уравнение (5) описывает статику полоски кожи на выпуклой шероховатой поверхности произволь­ной формы, заданной в декартовых координатах.

Пусть огибаемая поверхность задана уравнением эллиптического цилиндра вида

, (6)

где: - большая и малая полуоси эллипса.

С учетом (6) уравнение (5) примет вид

. (7)

Считая коэффициент трения величиной постоянной, проинтегрируем (7) при условии, что на границе , ( см рис. 1), и после потенцирования полученного выражения запишем последнее в следующем виде:

(8)

где: - натяжение полоски кожи в произвольном ее поперечном сечении на огибаемой поверхности;

- произвольная постоянная С при .

Рисунок 1- К исследованию натяжения кожаной заготовки

на огибаемой поверхности эллиптического цилиндра

Полученная зависимость (8) описывает закономерность изменения натяжения полоски кожи вдоль огибаемого контура эллиптического цилиндра под действием нагрузки на конце материала.

Проанализируем формулу (8). Если большая и малая полуоси эллипса равны , то получим

. (9)

то есть, получена формула Эйлера в декартовых координатах для статики гибкой нити на огибаемой поверхности кругового цилиндра, что подтверждает правильность вышеприведенных математических выкладок.

Учитывая, что зав

исимость «нагрузка-деформация» кожевенных материалов может быть представлена степенной зависимостью [5], (10)

запишем формулу (10) следующим образом

, (11)

где: - натяжение (в ньютонах) в произвольном поперечном сечении полоски кожи шириной 0,01 м;

- относительное удлинение полоски кожи в произвольном ее поперечном сечении на огибаемой поверхности;

А – коэффициент удлинение кожи;

– показатель степени.

Зависимость (11) характеризует закономерность распределения деформации полоски кожи вдоль огибаемого контура эллиптического цилиндра под действием натяжения на конце заготовки. Из этой зависимости следует, что на распределение деформации кожи оказывают влияние такие факторы как: усилие растяжения; коэффициент трения; конфигурация огибаемой поверхности и механические свойства кожи.

Так как величина

является относительным удлинением полоски кожи на границе контакта заготовки с огибаемой поверхностью эллиптического цилиндра формула (11) примет вид

. (12)

Таким образом, закономерность распределения деформации заготовки на рассматриваемой поверхности может быть вполне определена, если известны величины и , а также граничные значения деформации кожевенного материала.

Рисунок 2 - К исследованию натяжения кожаной заготовки

на огибаемой поверхности параболического цилиндра

Для случая равновесия заготовки кожи в виде полоски материала на огибаемой поверхности параболического цилиндра (Рис.2) уравнение (5) может быть записано в следующем виде

, (13)

где: Н - параметр параболы.

Интегрируя (13) при граничных условиях, и потенцируя полученное выражение, имеем

(14)

Учитывая зависимость (10) запишем формулу (14) следующим образом

. (15)

Полученные формулы (14) и (15) описывают закономерности распределения натяжения и относительного удлинения полоски кожевенного материала на огибаемой поверхности параболического цилиндра при заданных граничных условиях и .

Аналитические зависимости, приведенные в настоящей работе, могут быть использованы при исследовании натяжения и деформации заготовки верха обуви на передней части обувной колодки при формовании.

ЛИТЕРАТУРА

1.  , Гарбарук заготовки на обувной колодке.- Известия высших учебных заведений. Технология легкой промышленности, 1972, № 5, с. 86-89.

2.  , , Соколовский и технологии моделирования напряженно-деформированного состояния заготовки обуви при формовании.- Тараз:Тараз университетi,2009.-91 с.

3.  Основы механики нити / , , .- М.: Легкая индустрия, 197с.

4.  Алексеев и установившееся движение гибкой нити.- М.: Легкая индустрия, 197с.

5.  , Бахтиаров подошвы в обуви.- Научно-исследовательские труды ЦНИИКП, 1935, т.2, вып.1, с.200-319.

ТарГУ им. М.Х. Дулати Поступило в редакцию

г. Тараз 27.05.2011г.

________________________

Механика жӘне технология процесстерін үлгілеу

МЕХАНИКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ТЕХНОЛОГИИ, 2011, № 1,с.91-96

 

ӘОК 539.9

Б. А. Қойайдаров, Т. М. Жүнісбеков, , А. А Абильдаев,

ТЕРМОПЛАСТАН БҰЙЫМ ЖАСАУҒА ПРЕСС ҚАЛЫП ЖОБАЛАУ

Термопластан бұйым негізінен пресстеп құю әдісімен жасалады. Пресстеп құю арнайы құю машиналарында немесе пресстерде жүргізіледі [1-3].

Бұйымдарды құю сол бұйымдардың өлшемдеріне сәйкес пресс қалып арқылы жүргізіледі.

Пресс қалыпты жобалау үшін келесі шарттар болу керек:

1.  Жасалатын бұйымның жұмысшы сызбасы.

2.  Бұйым материалының (термопластың) қасиеттері.

3.  Пресстің немесе құю машинасының сипаттамасы.

4.  Бұйым жасау бойынша өндірістік бағдарлама.

Осы шарттар негізінде пресс қалыптың басты параметрлері анықталады.

Өндірісте термопласт бұйымды топтап пресстеп құю жолымен жасайды [1-3].

Топтап пресстеп құюдың негізінен екі әдісі кездеседі:

1.  Бірнеше бір бұйымды пресс қалыптарда.

2.  Бір пресс қалыпта.

Пресс қалыптың құрылысы және параметрлері топтап пресстеп құю әдісіне байланысты болады. Сондықтан жаңа бұйымға пресс қалып жобалауда топтап престеп құю әдістерінің параметрлерін анықтап, сараптау арқылы шешім қабылдаған дұрыс болады. Шешімнің оңтайлы болуының көрсеткіштері:

1.  Жұмыс өнімділігі – П, дана/сағ.

2.  Бір циклде жасалатын бұйым саны – zu, дана.

3.  Бұйымның сапасы.

Алайда дерек көздерінде пресс қалыпты жобалауда оңтайлы шешім табу жүйесі кездеспейді. Сол себепті осы жұмыста бір бұйымды пресс қалыптарды топтастыру әдісінің параметрлерін есептеу арқылы оңтайлы шешім табуға қадам жасалған.

Термопласты пресстеп құю циклі келесі кезеңдерден тұрады [1-3]:

1.  Термопласты мөлшерлеп, қыздыратын цилиндрге беру.

2.  Қыздыратын цилиндрде термопласты пластикациялау.

3.  Пластикацияланған термопласты қысыммен қалыптау қуысына жіберу.

4.  Қалыптағы термопласт бұйымды қысымда ұстау.

5.  Қалыптағы термопласт бұйымды суытып қатыру.

6.  Қалыпты ашып бұйымды шығару және қалыпты жабу.

Пресстеп құю цикліне бірінші кезеңнің уақыты кірмейді. Себебі 1-ші кезеңді 6-шы кезеңнің уақытында жүргізуге болады. Сондықтан пресстеп құю циклі 2-6 кезеңдердің уақыттарының қосындысына тең болады

, мин. (1)

Термопласт бұйымды пресстеп құюдың даналық жұмыс өнімділігін келесі формуламен анықтауға болады

, дана/сағ (2)

мұнда - бір циклде жасалатын бұйым саны, дана.

Пресстеп құюдың жұмыс өнімділігін циклді қысқарту және циклде жасалатын бұйым санын өсіру арқылы арттыруға болады.

Пресстеп құю циклін термопласт түріне 2-6 кезеңдерді, әзірге, тек тәжірибелік зерттеу арқылы оңтайлауға болады. Бір циклде жасалатын бұйым санын есептеп оңтайлау мүмкіндігі бар.

Ажырайтын матрицалы бір бұйымды пресс қалыптың әрекетті схемасы 1-суретте келтірілді. Ол қыздыратын цилиндрден (1), пуансоннан (2), матрицаның жоғарғы (3) және төменгі (4) бөліктерінен,

Сурет -1 Бір бұйымды пресс қалыптың әрекетті схемасы

құю каналынан (5), қалып қуыстан (6), қыздырғыштан (7) және суыту қуыстарынан (8) тұрады. Схемада термопласты цилиндрге (1) жүктейтін құрылым, матрица бөліктерін (3), (4) ажырататын және қосатын, бұйымды итеріп шығаратын құрылымдар көрсетілмеген. Олар пресс қалыптың параметрлеріне әсер жасамайды.

Матрицадағы (3,4) қалып қуыстың (6) көлемі жасалатын бұйымның материалды көлемі бойынша анықталады

,см3 (3)

мұнда: - термопластың суып қатқандағы отыру шамасы;

- жасалатын бұйымның материалды көлемі, см3.

Термопластың суып қатқандағы отыру шамасы [1-3]:

1)  аморфты термопластқа

2)  кристалл құрылымды термопластқа

Жасалатын бұйымның материалды көлемі (Vu) оның жұмысшы сызбасы бойынша есептеліп анықталады.

Қыздыратын цилиндрдің (1) көлемі

см3 (4)

мұнда: - матрицадағы қалып қуыстың көлемі;

- құю каналының көлемі;

- пресс қалдықтың көлемі;

- пуансонды (2) бағыттайтын көлемі.

Құю каналының көлемі

см3 (5)