-  крупная зелень в виде пучков хвои с хворостом, большие куски коры, щепа с неотделенной корой, мелкие сучки с хвоей или без неё, содержание данной фракции до 20% ,

-  стволовая с неотделенной корой в виде больших кусков с корой и без нее, содержание данной фракции 75%/

При просеивании щепы, получаемой из сучьев диаметром меньше 4 см, получаются следующие фракции:

-мелкая зелень в виде хвои и почек – 2%,

-  кора – 5,7%,

-  древесина с неотделенной корой – 92,7%.

Статистические закономерности механического процесса измельчения древесины рубительными машинами рассмотрены его с позиции теории статистических инвариантов, как характеристик однородности неоднородных структур, и являющейся основой в статистической механике

С механической точки зрения формируемую щепу можно представить в виде динамической системы с большим числом степеней свободы, роль которых выполняют параметры, описывающие её состояние. В стационарных условиях такие системы стремятся к своему предельному наиболее вероятному состоянию.

Совокупность измельченной древесины можно рассматривать как своего рода условное фазовое пространство, состоящее из числа ячеек, равного числу дискретных значений j размеров щепы. В каждой ячейке содержится количество nj щепы размером lj, характеризующейся энергией образования ej.

Поэтому задача исследования ставится следующим образом: найти наиболее вероятное распределение щепы от её размера в стационарных статистических условиях её образования при выполнении равенств

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

å nj = N = const, (20)

å ej nj = E = const , (21)

первое равенство отражает условие постоянства общего числа образующейся измельченной древесины в единицу времени, а второе характеризует постоянство энергии образования. Вероятность заполнения ячеек фазового пространства описывается зависимостью вида

Pj = N! / П nj! , (22)

С учетом формулы Стирлинга, справедливой при n >> 1,

n! = nn en,

формула (22) записана в виде

Sj = ln Pj = N ln N - å nj ln nj. (23)

Таким образом, наиболее вероятное распределение обусловлено равенствами

d Sj = å d ln Pj = å ln nj dnj = 0 , (24)

dN = å dnj = 0 . (25)

dE = å ej dnj = 0 . (26)

Решения системы уравнений построено методом неопределенных множителей Лагранжа путем умножения (25) на a, а (26) на b, после суммирования получено уравнение

å ( ln nj – a + bej ) dnj = 0 , (27)

из которого следует условие его выполнения

ln nj – a + bej = 0 , (28)

поэтому решение (опуская нижний индекс) принимает вид

n = exp a exp ( – b e ), (29)

из условия нормировки (20) получено значение

exp a = b N, (30)

поэтому функция распределения фракционного состава щепы имеет вид

n = bN exp (– b e ) . (31)

Механическая энергия е образования щепы является суперпозицией двух конкурирующих энергий поверхностной и объёмной: при уменьшении размеров первая увеличивается, а вторая уменьшается (и наоборот). Поэтому энергия образования измельченной древесины в зависимости от размеров имеет экстремум. В окрестности экстремума возможно представление этой функции в ряд по степеням текущего l и наиболее вероятного lm размеров

е = em + ( l – lm ) [de/dl]m + ½ ( l – lm )2[ d2e/dl2 ]m + 1/6 ( l – lm )3[d3e/dl3]m + …. ,

В экстремуме [ de/dl ]m = 0 , и ограничиваясь квадратичным членом, получаем представление (31) в виде

n = B exp [ – g ( l – lm )2 ] , (32)

здесь B = bN exp( –bem ) , g = ½ b [d2e / dl2]m.

При l = lm параметр распределения B = nm, поэтому построенная функция распределения щепы по размерам принимает трех параметрический вид

n = nm exp [ – g ( l – lm )2 ] , (33)

её можно записать в безразмерном виде, как однопараметрическую, опираясь на модальные значения

n* = exp [ – e (l* – 1 ] , (34)

где n* = n / nm, e = g l2m .

Трех параметрическое распределение (33) принимает вид двух параметрического нормального распределения в условиях, когда

nm = [(2p)1/2 s]-1 , g = (2s2)-1 , (35)

а однопараметрическое (34) становится нормальным, когда e = p.

Сравнение результатов расчета построенной математической модели с опытными данными по критерию χ2 Пирсона показало их адекватность на уровне вероятности достоверности 0,95.

Выполненные исследования раскрывают общий характер статистической закономерности формирования фракционного состава измельченной древесины, производимой рубительными машинами, и указывают на статистический детерминизм последующих технологических процессов, которые в качестве сырья используют древесную щепу.

5.  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЙ ДИЗЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

На рынке имеет место широкий спектр дизельных установок различной мощности, поэтому обеспечение их газогенераторными и установками, производящими горючий газ из измельченной древесины отходов лесозаготовок, является экономически выгодным проектом. Пи этом достигается рентабельная автономность энергетических и тепловых модулей и обеспечивается экологическая безопасность региона.

Для разработки методики обеспечения дизельной установки необходимым количеством щепы, из которой производится горючий газ, были проведены экспериментальные исследования.

Исследования выполнены в лаборатории ДВС и ДУ СПбГМТУ на базе ГИПХ газогенератора и вихрекамерного дизеля 248,5/11 мощностью 8 кВт, с целью определения особенностей рабочего процесса при использовании газогенераторного газа, получаемого из измельченной древесины.

Установка включает в себя следующие элементы и системы:

-  газогенератор, способный газифицировать древесные отходы, характеризующиеся большим количеством летучих, и обеспечивающий выход генераторного газа с наименьшим количеством смол,

-  системы охлаждения и очистки, предназначенные для снижения температуры генераторного газа и очистки его от вредных примесей, к числу которых относятся зола, сажа, смолистые вещества, сернистые соединения и влага,

-  систему розжига, обеспечивающую пуск газогенератора,

-  систему воспламенения и сжигания газогенераторного газа,

-  системы управления, измерения и регистрации параметров работы при проведении испытаний.

Внешний вид установки показан на рис.1.

Опытный газогенератор относится к типу газогенераторов, обеспечивающих обращенный процесс газификации. Воздух подается в среднюю по высоте часть камеры, в которой происходит процесс горения древесных отходов. Образующиеся газы отсасываются вниз и

затем через кольцевое пространство между корпусом и бункером поступают в системы очистки и охлаждения через газоотборный патрубок, расположенного в верхней части газогенератора.

Активная зона расположена в камере газификации от места подвода воздуха до нижнего среза, ниже расположен зольник.

Зона сухой перегонки и зона подсушки располагаются выше активной зоны, но влага древесных отходов и летучие не могут выйти из газогенератора, минуя активную зону. Проходя через активную зону с высокой температурой, продукты сухой перегонки подвергаются

разложению, в результате которого количество смол в выходящем из

генератора газе незначительно.

Для грубой очистки генераторного газа в принятой схеме используется двухступенчатый очиститель вихревого типа. Очистители такого типа (циклоны) при небольших размерах дают высокую степень очистки газа (до 90-95%).

В работающем газогенераторе температура газа составляет 150-3500С. Для повышения плотности заряда газовоздушной смеси необходимо охлаждать газ перед его подачей в систему питания двигателя. Для охлаждения используются радиаторы, в которых происходит охлаждение и доочистка.

Тонкий очиститель предназначен для максимальной очистки газа от водяных паров и вредных примесей перед его поступлением в систему питания двигателя.

Рис.1 Опытная газогенераторная установка

Система розжига ( и отбора) генераторного газа, включающая в свой состав электровентилятор, предназначена для розжига газогенератора

Система воспламенения и сжигания генераторного газа используется при автономной стендовой отработке двигателя и включает в себя эжектор и воспламенитель.

Конструкционные параметры опытной установки:

-  диаметр камеры газогенерации 170 мм,

-  диаметр горловины камеры газогенерации равен 82 мм,

-  высота активной зоны 200 мм,

-  расстояние от фурменного пояса до горловины 120 мм,

- бункер объемом 85 л и высотой 680 мм,

- зольник газогенератор высотой 100 мм и площадью поперечного

сечения 1590 см2 .

Очистители типа циклон имеют сравнительно небольшие габариты и массу и обеспечивают хорошую очистку газа в достаточно широком диапазоне изменения режимных параметров. Они обеспечивают коэффициент очистки потока газа в пределах 0,85-0,90 от первоначального содержания пыли. При последовательном соединении двух циклонов коэффициент очистки возрастает до 0,97.

Газ высокой теплотворной способности и гибкая работа установки были обеспечены: скоростью дутья в пределах 20-30 м/с, числом фурм 8. диаметром фурмы 6,5 мм. высотой зольника 100 мм.

Принципиальная схема опытной газогенераторной дизельной установки показана на рис.2.

Рис2. Принципиальная схема опытной газогенераторной дизельной

установки

1 – газогенератор, 2 – циклон, 3 – циклон, 4 – радиатор, 5 – тонкий очиститель, 6 – вентилятор, 7 – дизель, 8 – ресивер, 9 – смеситель.

На основе экспериментальных данных установлено, что оптимальная скорость газа на входе в циклон должна составлять 18-20 м/с, при больших скоростях возрастают потери напора на циклоне, а при меньших ухудшается очистка.

Для опытной установки принято:

-  расходы газа 15-35 нм3/ч,

-  скорость газа на входе в установку 10-250м/с,

-  скорость газа на выходе из установки 4-7 м/с,

-  скорость газа во внутреннем цилиндре 1,5 м/с,

-  максимальные суммарные потери напора 100-540 ммвод. ст.

-  температура корпуса циклона 200-2500С.

Окончательная очистка газа от пыли, смол, конденсата и т. п. производится в тонком очистителе, который выполнен в виде цилиндра с размещенным внутри фильтром., имеется отстойник для конденсата со сливным отверстием.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4