Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СУШИЛЬНЫХ ЦИЛИНДРОВ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНЫХ МАШИН ПО ТЕМПЕРАТУРЕ

Сиваков В.П. 1 Микушина В.Н. 1
1 ГОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»
Рассмотрены причины и негативные последствия увеличения содержания конденсата в сушильных цилиндрах. Предложено применение поверхностного температурного диагностирования для выявления сушильных цилиндров с повышенным содержанием конденсата. В процессе исследования производились измерения температуры поверхностей 48-ми сушильных цилиндров в рабочем режиме и после отключения пароконденсатной системы. По результатам измерений были построены графики градиентов температуры сушильных цилиндров за период остывания в 7 часов, расчётных критериев Стьюдента для сушильных цилиндров с пониженными (неудовлетворительными) градиентами температуры, изменения температуры сушильных цилиндров в зависимости от времени после останова. Определены среднестатистические характеристики сушильных цилиндров. Установлены уровни изменения температуры сушильных цилиндров: допустимый, неудовлетворительный и предотказный. Приведена методика расчета по выявлению сушильных цилиндров с неисправной системой удаления конденсата.
сушильные цилиндры
конденсат
температура
измерения
расчёт
1. Вихарев С.Н. Динамические испытания машин – эффективный метод оценки их технического состояния / С.Н. Вихарев, В.П. Сиваков, Е.Г. Сафронов, Ю.С. Вихарева // Вестник Казанского государственного технологического университета. – 2013. – № 24. – Т.16. – С.102-105.
2. Лакомкин В.Ю., Бельский А.П. Тепломассообменное оборудование предприятий (сушильные установки): учебное пособие. – СПб.: СПбГТУРП, 2006. – 100с.
3.Леонович А.А.Основы научных исследований химической и механической переработки растительного сырья. /А.А. Леонович, В.П. Сиваков, А.В. Вураско. – Екатеринбург: УГЛТУ, 2010. – 167 с.
4. Сиваков В.П., Музыкантова В.И. Модель и метод факторного эксперимента. – Екатеринбург: УГЛТУ, 2004. – 23 с.
5. Сиваков В.П. Обоснование ремонта оборудования методами технического диагностирования // Вибродиагностика, трибология, вибрация и шум : монографический сб. мат. семинара VIIмеждунар. научн.-техн. конф. «Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса». – Екатеринбург, 2009. – С. 331-338.
6. Сиваков В.П.Обоснование технического обслуживания оборудования целлюлозно-бумажного производства диагностированием / В.П. Сиваков, В.И. Музыкантова, С.Н. Вихарев, С.А. Мишин // Лесн. журн. – 2009. – № 3. – С. 118–125. – (Изв. высш. учеб. заведений).

Процесс сушки полотна является наиболее важной технологической стадией производства бумаги на бумагоделательной машине. Качественное регулирование процесса сушки и процессов в пароконденсатных системах важно в связи с тем, что по многим видам эксплуатационных затрат это наиболее затратная часть, она во многом определяет качество бумажного полотна. Так, на долю сушильной части приходится окончательное формирование бумажного полотна и образование тех или иных дефектов, связанных с влажностью и пересушкой и перегревом полотна, равномерностью влажности по поперечному и продольному сечению полотна.

Бумагоделательные машины оборудуются для сушки бумаги многоцилиндровыми контактно-конвективными установками, основным узлом в которых является сушильный цилиндр (СЦ). При передаче тепла от греющего пара к поверхности цилиндров пар конденсируется. При вращении цилиндра с окружной скоростью не более 300–400 м/мин конденсат собирается в нижней части цилинд­ров, что приводит к перерасходу мощ­ности привода и динамическим нагрузкам на привод. Удаление конденсата производится черпаками и неподвижными сифонами. С увеличением окружной скорости конденсат поднимается по внутренней поверхности цилиндра. При окружной скорости цилиндра 600 м/мин конденсат образует замкнутое кольцо, которое уменьшает общий коэффициент теплопередачи от пара к бумажному полотну на 30–50 %. Для удаления конденсата применяются вращающиеся и неподвижные сифоны.

В настоящее время на целлюлозно-бумажных предприятиях активно разрабатываются и внедряются методы безразборного обнаружения неисправностей технологического оборудования [1,5, 6]. В системах удаления конденсата по технологическим и эксплуатационным причинам эпизодически происходит увеличение содержания конденсата в отдельных СЦ. Причинами этого процесса являются: повышенное отложение накипи на подпорных шайбах (площадь поперечного сечения шайбы уменьшается), охлаждение отдельных СЦ направленным потоком воздуха в сушильной части (открытые шандоры с лицевой и приводной сторон, открытые поверхности в кровле теплоизоляционного колпака). При длительном воздействии указанных факторов происходит накопление конденсата в СЦ, что ухудшает усло­вия передачи тепла и увеличивает нагрузку на подшипники, вызывая перерасход мощности привода.

Цель исследования: разработка методики расчета по выявлению СЦ с неисправной системой удаления конденсата с целью создания условий для своевременного выявления и отвода конденсата из СЦ, что имеет большое значение для нормальной работы сушильной части бумаго- и картоноделательных машин.

Материал и методы исследования. Для обнаружения СЦ с повышенным содержанием конденсата предлагается температурный контроль их поверхности. Измерения температуры производятся в режиме эксплуатации и после отключения пароконденсатной системы. Для определения температуры поверхности СЦ применялся пирометр RayngerST25 с диапазоном измерений температуры -32…+545 °С. Измерения длительностью 0,5…1,0 мин. производились с лицевой стороны БДМ в однотипных точках поверхности СЦ, расположенных на расстоянии 1-го метра от торцевых крышек. Измерения температуры совершались для 48-ми СЦ с интервалом 2…3 часа в течение 7-ми часов.

Пароконденсатные системы бумаго-картоноделательных и сушильных машин предназначены для обеспечения СЦ теплотой за счет подвода к ним пара и отвода конденсата. С помощью пароконденсатных систем поддерживается необходимый температурный график сушки по длине маши­ны, обеспечивается ее проектная производительность. От вида пароконденсатной системы зависит способ отвода конденсата из цилиндров. Различают две системы распреде­ления пара по СЦ: с параллельным пароснабжением СЦ и групповым (каскадным) пароснабжением с последовательным перепуском пара по отдельным группам.

В схеме с параллельным пароснабжением все СЦ подключаются к одному общему магистральному паропроводу и конденсатопроводу (рис.1).

Описание: C:\Users\юзер\Desktop\конденсатоотводчики\папаллельного пароснабжения.png

Рис.1. Схема параллельного пароснабжения и отвода конденсата из сушильной части бумагоделательной машины: 1 – главная паровая задвижка; 2 – машинный паропровод; 3 – водоотделитель; 4 – запорные вентили; 5 – СЦ; 6 – конденсатоотводчики; 7 – конденсатный бак; 8 – конденсатный насос

Параллельная схема пароснабжения может быть применена только на тихоходных машинах (до 350–400 м/мин), на кондесатопроводах должны быть установлены конденсатоудаляющие устройства, она имеет более низкий КПД по сравнению с другими схемами.

Наибольшее распространение в настоящее время получила схема группового пароснабжения СЦ с каскадным распределением давления и последовательным перепуском пара по группам цилиндров (рис. 2).

Описание: C:\Users\юзер\Desktop\конденсатоотводчики\группового пароснабжения.png

Рис. 2. Схема группового пароснабжения и отвода конденсата из сушильной части бумагоделательной машины: 1 – главная паровая задвижка; 2 – машинный паропровод; 3 – запорные вентили; 4 – СЦ; 5 – вакуум-насос; 6 – холодильник; 7 – конденсатный насос; 8 – водоотделители; ТЭЦ – теплоэлектроцентраль

Групповая схема пароснабжения цилиндров на быстроходных машинах возникла вследствие замены конденсатоотводчиков дроссельными шайбами, пропускающими из цилиндров вместе с конденсатом часть пролетного пара. Пролетный пар необходим для более полного удаления из СЦ конденсата и неконденсирующихся газов.

Важную роль в устойчивом удалении конденсата из системы играет поддержание необходимых перепадов давлений между паровыми группами. Это в свою очередь приводит к осложнению гидравлической схемы отвода конденсата, к растущей нестабильности и снижению устойчивости пароснабжения, заполнению отдельных цилиндров переохлажденным конденсатом. Для нормальной работы технологического оборудования с закрытым паровым обогревом необходимо непрерывно отводить из него образую­щийся конденсат. В трубах всегда присутствует как минимум до 5 % конденсата. При распределении конденсата в виде капель происходит эрозионное разрушение клапанов, в связи с чем он начинает пропускать, не держит давление и не способен регулировать. Результатом в этом случае может быть то, что подача даже излишнего пара не приводит к нагреву СЦ, тем более к его стабильной работе.

При накоп­лении конденсата в аппарате нарушается тепловой и гидравлический режим работы системы пароснабжения. При скоплении конденсата на днище паропровода происходит появление так называемых водяных пробок. Результатом являются гидравлические удары, вызывающие разрушение паропроводов и нарушение герметизации. Наличие конденсата в пароиспользующих системах, с од­ной стороны, снижает их производительность, с другой стороны, горячий конденсат должен быть использован в системах низкого давления, что в целом существенно повышает эффективность всей установки [2]. Таким образом, своевременное определение содержания конденсата и его удаление ведёт к экономичному и эффективному использованию систем пароснабжения.

Диагностирование технического состояния СЦ по температуре позволяет своевременно определить наличие конденсата, чем снизить затраты на ремонт оборудования.

Целью диагностирования технического состояния СЦ является повышение надежности и снижение эксплуатационных расходов, при этом назначают необходимые работы по техническому обслуживанию в зависимости от фактического технического состояния СЦ и предполагаемого изменения его состояния в процессе эксплуатации.

В процессе исследования были произведены измерения температуры СЦ в момент прекращения подачи пара и через 3, 5, 7 часов после прекращения подачи пара. С помощью результатов измерений можно выявить СЦ, подозреваемые на наличие неисправной системы удаления конденсата.

В результате работы определены градиенты температуры СЦ за период остывания в семь часов.

; (1)

где , – температура поверхности СЦ соответствен­но Градиенты температур СЦ приведены на графике (рис. 3).

Рис. 3. График градиентов температуры СЦ за период остывания в 7 часов

Диапазон изменения температуры СЦ разбит на три уровня: [Т] – допустимый, ТН – неудовлетворительный и ТП – предотказный уровни изменения температуры.

Из графика видно, что ряд СЦ № 1, 5, 25, 28 с градиентами температуры через 7 часов после останова 9, 11, 12 и 12оС соответственно располагаются в зоне предотказного уровня изменения температуры.

Рассчитано среднее арифметическое значение градиентов температуры СЦ

, (2)

и его среднее квадратическое отклонение

,(3)

где n – число цилиндров.

Результаты расчетов среднестатистических характеристик СЦ приведены в таблице.

Статистические характеристики СЦ

Статистические характеристики

Время после останова, час.

3

5

7

mt, °С

8,23

16,04

20,75

σt, °С

2,91

5,22

4,91

∑Δti, °С

395

770

996

Известно, что СЦ с повышенным содержанием кон­денсата остывают значительно медленнее СЦ без конден­сата. Выявление СЦ с повышенным содержанием кон­денсата производилось на основе расчетного критерия Стьюдента [2,3], кото­рый определяется по формуле:

,(4)

где Δti – градиент температуры i-гo СЦ.

Производилось сравнение tpi с табличным значением критерия Стьюдента, σт=1,68 для 48-ми СЦ при вероятности Р=0,9 [2,3].

При tpi ≥ σт с вероятностью Р=0,9 можно считать, что градиент темпера­туры i-гo СЦ ниже допустимого и имеет повышенное со­держание конденсата и, следовательно, неисправную систему удаления кон­денсата. Результаты расчетов, которые производились для СЦ, подозреваемых на наличие неисправной системы удаления конденсата, отражены на графике (рис. 4).

Рис. 4. График расчётных критериев Стьюдента (tpi) для СЦ с пониженными (неудовлетворительными) градиентами температуры: ТН – неудовлетворительный и ТП – предотказный уровни значений расчётных критериев Стьюдента, σт=1,68 – табличное значение критерия Стьюдента

Расчетами установлено, что СЦ № 1, 5, 25, 28 имеют неисправную систему удаления конденсата. Характерные графики изменения температуры СЦ за период остывания в течение 7 часов с уравнениями зависимости температуры от времени приведены на рисунке 3.

Анализ температуры СЦ показывает, что ряд СЦ имеет температуру на 4…6 оС ниже, чем в смежных цилиндрах этой же группы по пару. Это свидетельствует об отклонениях в системе регулирования температуры, о наличии повышенного содержания конденсата в цилиндрах или загрязненности и накипи на внутренней поверхности цилиндров. Графики изменения температуры СЦ в зависимости от времени после останова приведены на рис. 5.

Рис. 5. Графики изменения температуры СЦв зависимости от времени после останова и их функции: 1,2 – СЦ № 1,5 с неисправной системой удаления конденсата; 3 – среднее арифметическое изменение температуры 48-ми цилиндров; 4 – СЦ №11 с исправной системой удаления конденсата

Графики изменения температуры СЦ с повышенным содержанием конденсата, описанные уравнениями полиноминальной зависимости, имеют менее пологую характеристику в отличие от графика изменения температуры СЦ с исправной системой удаления конденсата и графика среднего арифметического изменения температуры 48-ми СЦ, что свидетельствует о незначительном охлаждении СЦ в течение длительного периода времени.

Заключение

Техническое диагностирование – элемент системы планово-предупредительных ремонтов, позволяющий изучать и устанавливать признаки неисправности оборудования, методы и средства, при помощи которых дается заключение о наличии дефектов. Техническое диагностирование решает вопросы прогнозирования остаточного ресурса и безотказной работы оборудования в течение определенного промежутка времени.

Применение температурного диагностирования СЦ в процессе эксплуатации или при останове сушильной части на техническое обслуживание способствует выявлению СЦ с повышенным содержанием конденсата и своевременному его удалению. Создание данных условий имеет большое значение для нормальной работы сушильной части бумаго- и картоноделательных машин, так как накопление конденсата в СЦ ухудшает усло­вия передачи тепла и увеличивает нагрузку на подшипники, вызывая перерасход мощности привода.

Рецензенты:

Черемных Н.Н., д.т.н., профессор, зав. Кафедрой начертательной геометрии и машиностроительного черчения ФГБОУ ВПО «Уральского государственного лесотехнического университета», г. Екатеринбург.

Санников А.А., д.т.н., профессор кафедры технической механики и оборудования целлюлозно-бумажных производств ФГБОУ ВПО «Уральского государственного лесотехнического университета», г. Екатеринбург.


Библиографическая ссылка

Сиваков В.П., Микушина В.Н. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СУШИЛЬНЫХ ЦИЛИНДРОВ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНЫХ МАШИН ПО ТЕМПЕРАТУРЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 4. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=13989 (дата обращения: 22.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074