Удосконалення процесу керування термічним обробленням залізорудних обкотишів у технологічній зоні попереднього нагрівання випалювальної машини конвеєрного типу

The object of research is the process of heat treatment of iron ore pellets. To study it, a technological zone of pre-heating of a conveyor-type roasting machine was used. Technological process control is performed on the basis of fuzzy and incomplete information about the state of this zone. One of the main requirements regarding the functioning of the technological preheating zone is to ensure the regulatory values of the thermal and gas modes when changing the speed of movement of the conveyor belt carts. Efficiency improvement of control of these modes is provided thanks to the automatic control system, implemented on the basis of fuzzy and incomplete information on the state of the technological parameters of the zone.In the course of the study, the analysis of scientific and technical information was carried out and the analytical method determined the importance of improving the process of controlling the thermal process of processing iron ore pellets in the technological preheating zone. On the basis of experimental studies, the features of the technological process have been taken into account, it requires the improvement of the process of controlling the operation of the technological preheating zone. The mathematical model uses the temperature of the coolant of the gas-air flow, the flow rate of natural gas and air, the temperature of the pellet bed and their mass on the carriages of the conveyor belt of the machine. At the same time, the output technological parameters of the drying zone and the input parameters of the firing zone are taken into account.On the basis of solving systems of fuzzy functions and the principles of parametric identification, a mathematical model is proposed that approximates the dynamics of the thermal process of processing iron ore pellets in the technological preheating zone. The characteristics of transient processes of heat treatment of pellets obtained on mathematical models are analyzed taking into account the variable parameters of the adjacent technological zones of the machine, the consumption of natural gas and air. On the basis of mathematical modeling, studies have been carried out to determine the optimal distribution of the coolants of the gas-air flow over the technological preheating zone. The hardware and software for the automatic control system for the heat treatment of pellets taking into account the variable parameters of the coolants of the gas-air flows in the technological preheating zone has been implemented.Объектом исследования является процесс термической обработки железорудных окатышей. Для его изучения использована технологическая зона предварительного нагрева обжиговой машины конвейерного типа. Управление технологическим процессом выполнено на основании нечеткой и неполной информации о состоянии этой зоны. Одним из главных требований относительно функционирования технологической зоны предварительного нагрева является обеспечение регламентных значений теплового и газового режимов при изменении скорости перемещения тележек конвейерной ленты. Совершенствование эффективности управления этими режимами обеспечивается благодаря системе автоматического управления, реализованной на основе нечеткой и неполной информации о состоянии технологических параметров зоны.В ходе проведения исследования выполнен анализ научно-технической информации, и аналитический метод определил важность усовершенствования процесса управления термическим процессом обработки железорудных окатышей в технологической зоне предварительного нагрева. На основании экспериментальных исследований учтены особенности технологического процесса, что необходимо для совершенствования процесса управления работой технологической зоны предварительного нагрева. Математическая модель использует температуру теплоносителя газовоздушного потока, расхода природного газа и воздуха, температуру слоя окатышей и их массу на колясках конвейерной ленты машины. Одновременно учитываются выходные технологические параметры зоны сушки и входные параметры зоны обжига.На основе решения систем нечетких функций и принципов параметрической идентификации предложена математическая модель, аппроксимирующая динамику термического процесса обработки железорудных окатышей в технологической зоне предварительного нагрева. Проанализированы характеристики переходных процессов термической обработки окатышей, полученных на математических моделях с учетом переменных параметров соседних технологических зон машины, расхода природного газа и воздуха. На основе математического моделирования выполнены исследования с целью определения оптимального распределения теплоносителей газовоздушного потока по технологической зоне предварительного нагрева. Реализовано аппаратно-программное обеспечение системы автоматического управления процессом термической обработки окатышей с учетом переменных параметров теплоносителей газовоздушных потоков в технологической зоне предварительного нагрева.Об'єктом дослідження є процес термічної обробки залізорудних обкотишів. Для його вивчення використана технологічна зона попереднього нагрівання обпалювальної машини конвеєрного типу. Управління технологічним процесом виконано на підставі нечіткої та неповної інформації про стан цієї зони. Однією з найголовніших вимог щодо функціонування технологічної зони попереднього нагрівання є забезпечення регламентних значень теплового та газового режимів при зміні швидкості переміщення візків конвеєрної стрічки. Удосконалення ефективності управління цими режимами забезпечується завдяки системі автоматичного керування, реалізованої на основі нечіткої та неповної інформації про стан технологічних параметрів зони.У ході проведення дослідження виконано аналіз науково-технічної інформації та аналітичний метод визначив важливість удосконалення процесу керування термічним процесом обробки залізорудних обкотишів у технологічній зоні попереднього нагрівання. На підставі експериментальних досліджень враховані особливості технологічного процесу, що потребує удосконалення процесу керування роботою технологічної зони попереднього нагрівання. Математична модель використовує температуру теплоносія газоповітряної потоку, витрати природного газу та повітря, температуру шару обкотишів і їх масу на візках конвеєрної стрічки машини. Одночасно враховуються вихідні технологічні параметри зони сушіння та вхідні параметри зони випалювання.На основі рішення систем нечітких функцій та принципів параметричної ідентифікації запропонована математична модель, апроксимуюча динаміку термічного процесу обробки залізорудних обкотишів у технологічній зоні попереднього нагрівання. Проаналізовано характеристики перехідних процесів термічної обробки обкотишів, отриманих на математичних моделях з урахуванням змінних параметрів сусідніх технологічних зон машини, витрат природного газу та повітря. На основі математичного моделювання виконані дослідження з метою визначення оптимального розподілу теплоносіїв газовоздушного потоку за технологічною зоною попереднього нагрівання. Реалізовано апаратно-програмне забезпечення системи автоматичного керування процесом термічної обробки обкотишів з урахуванням змінних параметрів теплоносіїв газоповітряних потоків у технологічній зоні попереднього нагрівання

Удосконалення процесу керування термічним обробленням залізорудних обкотишів у технологічній зоні попереднього нагрівання випалювальної машини конвеєрного типу

The object of research is the process of heat treatment of iron ore pellets. To study it, a technological zone of pre-heating of a conveyor-type roasting machine was used. Technological process control is performed on the basis of fuzzy and incomplete information about the state of this zone. One of the main requirements regarding the functioning of the technological preheating zone is to ensure the regulatory values of the thermal and gas modes when changing the speed of movement of the conveyor belt carts. Efficiency improvement of control of these modes is provided thanks to the automatic control system, implemented on the basis of fuzzy and incomplete information on the state of the technological parameters of the zone.In the course of the study, the analysis of scientific and technical information was carried out and the analytical method determined the importance of improving the process of controlling the thermal process of processing iron ore pellets in the technological preheating zone. On the basis of experimental studies, the features of the technological process have been taken into account, it requires the improvement of the process of controlling the operation of the technological preheating zone. The mathematical model uses the temperature of the coolant of the gas-air flow, the flow rate of natural gas and air, the temperature of the pellet bed and their mass on the carriages of the conveyor belt of the machine. At the same time, the output technological parameters of the drying zone and the input parameters of the firing zone are taken into account.On the basis of solving systems of fuzzy functions and the principles of parametric identification, a mathematical model is proposed that approximates the dynamics of the thermal process of processing iron ore pellets in the technological preheating zone. The characteristics of transient processes of heat treatment of pellets obtained on mathematical models are analyzed taking into account the variable parameters of the adjacent technological zones of the machine, the consumption of natural gas and air. On the basis of mathematical modeling, studies have been carried out to determine the optimal distribution of the coolants of the gas-air flow over the technological preheating zone. The hardware and software for the automatic control system for the heat treatment of pellets taking into account the variable parameters of the coolants of the gas-air flows in the technological preheating zone has been implemented.Объектом исследования является процесс термической обработки железорудных окатышей. Для его изучения использована технологическая зона предварительного нагрева обжиговой машины конвейерного типа. Управление технологическим процессом выполнено на основании нечеткой и неполной информации о состоянии этой зоны. Одним из главных требований относительно функционирования технологической зоны предварительного нагрева является обеспечение регламентных значений теплового и газового режимов при изменении скорости перемещения тележек конвейерной ленты. Совершенствование эффективности управления этими режимами обеспечивается благодаря системе автоматического управления, реализованной на основе нечеткой и неполной информации о состоянии технологических параметров зоны.В ходе проведения исследования выполнен анализ научно-технической информации, и аналитический метод определил важность усовершенствования процесса управления термическим процессом обработки железорудных окатышей в технологической зоне предварительного нагрева. На основании экспериментальных исследований учтены особенности технологического процесса, что необходимо для совершенствования процесса управления работой технологической зоны предварительного нагрева. Математическая модель использует температуру теплоносителя газовоздушного потока, расхода природного газа и воздуха, температуру слоя окатышей и их массу на колясках конвейерной ленты машины. Одновременно учитываются выходные технологические параметры зоны сушки и входные параметры зоны обжига.На основе решения систем нечетких функций и принципов параметрической идентификации предложена математическая модель, аппроксимирующая динамику термического процесса обработки железорудных окатышей в технологической зоне предварительного нагрева. Проанализированы характеристики переходных процессов термической обработки окатышей, полученных на математических моделях с учетом переменных параметров соседних технологических зон машины, расхода природного газа и воздуха. На основе математического моделирования выполнены исследования с целью определения оптимального распределения теплоносителей газовоздушного потока по технологической зоне предварительного нагрева. Реализовано аппаратно-программное обеспечение системы автоматического управления процессом термической обработки окатышей с учетом переменных параметров теплоносителей газовоздушных потоков в технологической зоне предварительного нагрева.Об'єктом дослідження є процес термічної обробки залізорудних обкотишів. Для його вивчення використана технологічна зона попереднього нагрівання обпалювальної машини конвеєрного типу. Управління технологічним процесом виконано на підставі нечіткої та неповної інформації про стан цієї зони. Однією з найголовніших вимог щодо функціонування технологічної зони попереднього нагрівання є забезпечення регламентних значень теплового та газового режимів при зміні швидкості переміщення візків конвеєрної стрічки. Удосконалення ефективності управління цими режимами забезпечується завдяки системі автоматичного керування, реалізованої на основі нечіткої та неповної інформації про стан технологічних параметрів зони.У ході проведення дослідження виконано аналіз науково-технічної інформації та аналітичний метод визначив важливість удосконалення процесу керування термічним процесом обробки залізорудних обкотишів у технологічній зоні попереднього нагрівання. На підставі експериментальних досліджень враховані особливості технологічного процесу, що потребує удосконалення процесу керування роботою технологічної зони попереднього нагрівання. Математична модель використовує температуру теплоносія газоповітряної потоку, витрати природного газу та повітря, температуру шару обкотишів і їх масу на візках конвеєрної стрічки машини. Одночасно враховуються вихідні технологічні параметри зони сушіння та вхідні параметри зони випалювання.На основі рішення систем нечітких функцій та принципів параметричної ідентифікації запропонована математична модель, апроксимуюча динаміку термічного процесу обробки залізорудних обкотишів у технологічній зоні попереднього нагрівання. Проаналізовано характеристики перехідних процесів термічної обробки обкотишів, отриманих на математичних моделях з урахуванням змінних параметрів сусідніх технологічних зон машини, витрат природного газу та повітря. На основі математичного моделювання виконані дослідження з метою визначення оптимального розподілу теплоносіїв газовоздушного потоку за технологічною зоною попереднього нагрівання. Реалізовано апаратно-програмне забезпечення системи автоматичного керування процесом термічної обробки обкотишів з урахуванням змінних параметрів теплоносіїв газоповітряних потоків у технологічній зоні попереднього нагрівання

Моделювання відпрацьованого виробничим обладнанням газоповітряного потоку

The paper provides the results of researching the influence of the gas and air flow at the exit from the pipeline of the technological channel on the performance of a gas and air power unit. It has been determined that in order to obtain the maximum electrical energy by the gas and air power unit, it is necessary to take into account the influence of the gas and air flow. In this case, the location of the generator’s propeller in the field of the gas and air flow has a significant effect. The energy parameters of the gas and air flow are influenced by the parameters of the fan, the generator, the process channel and the generator’s propeller. A technique was developed to analyse changes in the speed of the gas and air flow at the exit from the pipeline. The physical equations included in the method characterize the processes occurring in the gas and air channel. In this case, the law of conservation of mass and the pressure balance in the form of a system of differential equations for a section before and after the propeller of the generator are used. The dependencies of the air flow rate variation on the output power of different types of fans are calculated. It has been shown that in order to increase the air flow speed at the exit from the pipeline, it is necessary to increase the output power of the fans.A mathematical model was constructed to analyse gas and air flows before and after the propeller of the generator when changing its distance from the process channel exit, its parameters, and the parameters of the generator’s propeller. The model includes equations on the conservation of mass, momentum, and energy of a non-stationary spatial flow. The equations are represented in the Cartesian coordinate system that rotates with an angular velocity around the axis passing through its origin. The model also includes equations on the kinetic energy of turbulence and the dissipation of this energy. The study provides the results of the computer simulation of the process of distribution of the gas and air flow blown by a fan of the working unit. The research was done using the SolidWorks Flow Simulation software environment. The article presents the simulation results that helped obtain the recommended limits of the best location of the generator propeller in the field of the gas and air flow to produce the maximum amount of electrical power by the gas and air unit.The adequacy of the obtained results of the computer simulation of the process of air flow production by a fan has been verified by conducting experimental tests on the laboratory facility. It has been determined that the practical value of the results obtained is the possibility of using the proposed analytical dependencies to develop algorithms for controlling the performance of the gas and air power unit.На основе дифференциальных уравнений, представляющих газовоздушный тракт производственного оборудования и характеризирующих его процессы, с использованием закона сохранения массы и баланса давлений, разработана методика для определения распределения газовоздушных потоков на выходе технологического тракта. Разработана математическая модель для установления механизма влияния на скорость газовоздушного потока и определения местоположения винта генератора в газовоздушном потоке для выработки газовоздушной энергетической установкой максимальной электроэнергииНа основі диференціальних рівнянь, що представляють газоповітряний тракт виробничого обладнання і характеризують його процеси, з використанням закону збереження маси і балансу тисків розроблена методика для визначення розподілу газоповітряних потоків на виході технологічного тракту. Розроблена математична модель для встановлення механізму впливу на швидкість газоповітряного потоку і визначення місця розташування гвинта генератора у газоповітряному потоку для вироблення газоповітряною енергетичною установкою максимальної електроенергі

Моделювання відпрацьованого виробничим обладнанням газоповітряного потоку

The paper provides the results of researching the influence of the gas and air flow at the exit from the pipeline of the technological channel on the performance of a gas and air power unit. It has been determined that in order to obtain the maximum electrical energy by the gas and air power unit, it is necessary to take into account the influence of the gas and air flow. In this case, the location of the generator’s propeller in the field of the gas and air flow has a significant effect. The energy parameters of the gas and air flow are influenced by the parameters of the fan, the generator, the process channel and the generator’s propeller. A technique was developed to analyse changes in the speed of the gas and air flow at the exit from the pipeline. The physical equations included in the method characterize the processes occurring in the gas and air channel. In this case, the law of conservation of mass and the pressure balance in the form of a system of differential equations for a section before and after the propeller of the generator are used. The dependencies of the air flow rate variation on the output power of different types of fans are calculated. It has been shown that in order to increase the air flow speed at the exit from the pipeline, it is necessary to increase the output power of the fans.A mathematical model was constructed to analyse gas and air flows before and after the propeller of the generator when changing its distance from the process channel exit, its parameters, and the parameters of the generator’s propeller. The model includes equations on the conservation of mass, momentum, and energy of a non-stationary spatial flow. The equations are represented in the Cartesian coordinate system that rotates with an angular velocity around the axis passing through its origin. The model also includes equations on the kinetic energy of turbulence and the dissipation of this energy. The study provides the results of the computer simulation of the process of distribution of the gas and air flow blown by a fan of the working unit. The research was done using the SolidWorks Flow Simulation software environment. The article presents the simulation results that helped obtain the recommended limits of the best location of the generator propeller in the field of the gas and air flow to produce the maximum amount of electrical power by the gas and air unit.The adequacy of the obtained results of the computer simulation of the process of air flow production by a fan has been verified by conducting experimental tests on the laboratory facility. It has been determined that the practical value of the results obtained is the possibility of using the proposed analytical dependencies to develop algorithms for controlling the performance of the gas and air power unit.На основе дифференциальных уравнений, представляющих газовоздушный тракт производственного оборудования и характеризирующих его процессы, с использованием закона сохранения массы и баланса давлений, разработана методика для определения распределения газовоздушных потоков на выходе технологического тракта. Разработана математическая модель для установления механизма влияния на скорость газовоздушного потока и определения местоположения винта генератора в газовоздушном потоке для выработки газовоздушной энергетической установкой максимальной электроэнергииНа основі диференціальних рівнянь, що представляють газоповітряний тракт виробничого обладнання і характеризують його процеси, з використанням закону збереження маси і балансу тисків розроблена методика для визначення розподілу газоповітряних потоків на виході технологічного тракту. Розроблена математична модель для встановлення механізму впливу на швидкість газоповітряного потоку і визначення місця розташування гвинта генератора у газоповітряному потоку для вироблення газоповітряною енергетичною установкою максимальної електроенергі

Перспективи використання роторно-поршневих двигунів в енергетичних установках акумулювання електричної енергії

Митрофанов, О. С. Перспективи використання роторно-поршневих двигунів в енергетичних установках акумулювання електричної енергії = Perspective for the use of rotary-piston engines in power plants for electric energy accumulation / О. С. Митрофанов // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : НУК, 2020. – № 1 (479). – С. 35–41.Анотація. Мета – аналіз та розробка перспективних схем енергетичних установок акумулювання електричної енергії за рахунок стиснутого повітря, а також оцінка можливості використання роторно-поршневих двигунів у їх складі. Методика. Розробка принципової схеми енергетичної установки акумулювання стиснутого повітря реалізується за допомогою методів аналізу та узагальнення. Дослідження ефективності застосування роторно-поршневих двигунів нової конструкції у складі схем акумулювання енергії виконується за допомогою методу математичного моделювання. Результати. Проаналізовано сучасний стан та перспективні напрями розвитку систем акумулювання надлишкового електричного струму, отриманого внаслідок використання ВДЕ. Як перспективний метод виділено спосіб акумулювання енергії у вигляді стиснутого повітря. Узагальнено переваги та недоліки різних схем, а також обрано напрям підвищення ефективності. Розроблено принципові схеми (діабатичну та адіабатичну) енергетичних установок акумулювання енергії малої потужності за рахунок стиснутого повітря із застосуванням роторно-поршневих двигунів. Номінальна ефективна потужність енергетичної акумуляторної установки становить 11 кВт, тривалість розрядження акумулятора до мінімального значення тиску – 24 год., робочий тиск системи живлення роторно-поршневого двигуна 0,8…2,0 МПа. Проаналізовано та наведено у вигляді індикаторної діаграми вплив підігріву робочого тіла перед розширенням на змінення індикаторної роботи циклу. Встановлено, що підігрів робочого тіла за рахунок використання акумульованого тепла стиснення дає змогу підвищити потужність двигуна на 12,5 %. Визначено мінімальний об’єм акумулятора стиснутого повітря для адіабатичної схеми акумулювання та тиску зберігання 20 МПа, який становить 38 м3. Установлено та подано у вигляді поверхні залежність змінення мінімального об’єму акумулятора від температури підігріву робочого тіла перед двигуном і тиску зберігання в акумуляторі. Наукова новизна. Дана оцінка ефективності застосування роторно-поршневих двигунів нової конструкції у складі системи акумулювання енергії у вигляді стиснутого повітря. Проаналізовано вплив використання тепла стиснення для підвищення температури робочого тіла на ефективність енергоперетворення в роторно- поршневому двигуні. Практична значимість. Подано практичні рекомендації щодо вибору принципу роботи та проєктування енергетичних установок акумулювання енергії малої потужності на базі роторно-поршневих двигунів нової конструкції.Abstract. Purpose – analysis and development of promising schemes of power plants for electric energy storage due to compressed air, as well as assessment of the possibility of using rotary piston engines in their composition. Methodology. The development of a schematic diagram of a power plant for the storage of compressed air is carried out using analysis and generalization methods. A study of the efficiency of the use of rotary piston engines of a new design as part of energy storage schemes is carried out using the method of mathematical modeling. Results. The current state and perspective directions of development of systems for accumulation of excess electric current obtained as a result of using renewable energy sources are analyzed. As a promising method, a method of energy storage in the form of compressed air is allocated. The advantages and disadvantages of various schemes are generalized, and the direction of increasing efficiency is also chosen. Schematic diagrams of (diabetic and adiabatic) power plants of low power energy storage due to compressed air using rotary piston engines have been developed. The rated effective power of the energy storage system is 11 kW; the duration of the battery discharge to a minimum pressure value is 24 hours; the working pressure of the power system of the rotary piston engine is 0.8...2.0 MPa. The influence of heating of the working fluid before expansion on the change in the indicator work of the cycle is analyzed and presented in the form of an indicator diagram. It was found that heating the working fluid through the use of accumulated heat of compression allows to increase engine power by 12.5 %. The minimum compressed air accumulator volume was determined for an adiabatic accumulation scheme and storage pressure of 20 MPa, which is 38 m3. The dependence of the change in the minimum battery volume on the temperature of heating the working fluid in front of the engine and the storage pressure in the battery was established and presented as a surface. Scientific novelty. This assessment of the efficiency of using rotary piston engines of a new design as part of the energy storage system in the form of compressed air. The influence of the use of compression heat to increase the temperature of the working fluid on the efficiency of energy conversion in a rotary piston engine is analyzed. Practical relevance. Practical recommendations are given on the selection of the operating principle and the design of low-power energy storage power plants based on the new design of rotary piston engines

Визначення впливу параметрів газоповітряних потоків на термічний процес виготовлення залізорудних обкотишів

We present the results of the study on changes in temperature of gas-air flows at the outlets from calcination zones and recuperation zones of a conveyor-calcination plant. We determined the influence of these temperatures on other technological zones.We showed that that the average volume temperatures of gas-air flows from calcination and recuperation zones are the exponential dependences on temperatures of gas-air flows above a layer of pellets in these zones. It was established that an increase in the speed of movement of calcination carts from 0.011 m/s to 0.06 m/s leads to a decrease in the average volume temperature of a heated gas-air flow by 1.7 times. An increase in the height of a pellet layer on calcination carts by 30 percent with constant gas permeability of this layer leads to an exponential decrease in the average volume temperature of a gas-air flow by 2.5 times at the outlet from the calcination and recuperation zones. The average volume temperatures of gas-air flows decrease at the outlet of a pellets layer up to three times at a change in the pressure by 20 % in the calcination zone and at the constant movement speed of calcination carts of 0.049 m/s, the height of a pellets layer of 450 mm and the porosity of a pellets layer of 0.45 m³/m.We used a mathematical model to analyze a temperature mode of a gas-air flow at the outlet of the pellet calcination zone. The basis of the mathematical model was the relation between the inlets and outlets of technological zones of the plant by equations of gas dynamics and heat exchange and mass transfer.The study made it possible to develop and present an automated control system for a smoke exhauster for average volume temperatures of gas-air flows at the outlet from the technological zones of calcination and recuperation of the plant. It is possible to use it under industrial conditions.It improves thermal and gas-dynamic operation of technological zones of a conveyor calcination plantПриведены результаты исследования изменения температуры газовоздушных потоков на выходах из зон обжига и рекуперации конвейерной обжиговой машины. Определено влияние этих температур на другие технологические зоны.Показано, что среднеобъемные температуры газовоздушных потоков из зон обжига и рекуперации являются экспоненциальными зависимостями от температур газовоздушных потоков над слоем окатышей в этих зонах. Установлено, что увеличение скорости перемещения обжиговых тележек от 0,011 м/с до 0,06 м/с приводит к уменьшению в 1,7 раза среднеобъемной температуры нагретого газовоздушного потока. Увеличение высоты слоя окатышей на обжиговых тележках на 30 процентов при постоянной газопроницаемости этого слоя приводит к уменьшению по экспоненциальному закону среднеобъемной температуры газовоздушного потока в 2,5 раза на выходе из зон обжига и рекуперации. При изменении давления в зоне обжига на 20 %, постоянной скорости перемещения обжиговых тележек 0,049 м/с, высоте слоя окатышей 450 мм и пористости слоя окатышей равной 0,45 м³/ м среднеобъемные температуры газовоздушных потоков на выходе из слоя окатышей уменьшаются до трехкратной величины.Для анализа температурного режима газовоздушного потока на выходе зоны обжига окатышей использовано математическую модель. В основе математической модели учтено, что входы и выходы технологических зон машины связаны уравнениями газодинамики, теплообмена и массообменном.Исследование позволило разработать и представить автоматизированную систему управления дымососом по среднеобъемным температурам газовоздушных потоков на выходе из технологических зон обжига и рекуперации машины, которая может быть использована в промышленных условиях.В результате обеспечивается улучшение тепловой и газодинамической работы технологических зон конвейерной обжиговой машиныНаведено результати дослідження зміни температури газоповітряних потоків на виході із зони випалювання і рекуперації конвеєрної випалювальної машини. Визначено вплив цих температур на інші технологічні зони.Показано, що середньооб’ємні значення температур газоповітряних потоків із зон випалювання і рекуперації є експоненціальними залежностями від температур газоповітряних потоків над шаром обкотишів у цих зонах. Встановлено, що збільшення швидкості переміщення випалювальних візків від 0,011 м/с до 0,06 м/с приводить до зменшення у 1,7 рази середньооб’ємного значення температури нагрітого газоповітряного потоку. Збільшення висоти шару обкотишів на випалювальних візках на 30 відсотків при постійній газопроникності цього шару приводить до зменшення по експоненціальному закону середньооб’ємну температуру газоповітряного потоку в 2,5 рази на виході із зон випалювання і рекуперації. При зміні тиску в зоні випалювання на 20 %, постійній швидкості переміщення випалювальних візків 0,049 м/с, висоті шару обкотишів 450 мм і пористості шару обкотишів рівною 0,45 м³/м³ середньооб’ємні температури газоповітряних потоків на виході з шару обкотишів зменшуються до трьохкратної величини.Для аналізу температурного режиму газоповітряного потоку на виході зони випалювання обкотишів використано математичну модель. В основі математичної моделі враховано, що входи і виходи технологічних зон машини пов’язані рівняннями газодинаміки, теплообміну і масообміну.Дослідження дозволило розробити і представити автоматизовану систему управління димотягами за середньооб’ємними температурами газоповітряних потоків на виході із технологічних зон випалювання і рекуперації, яка може бути використана в промислових умовах.У результаті забезпечується покращення термічного процесу та газодинамічної роботи технологічних зон конвеєрної випалювальної машин

Стенд для випробування та дослідження роторно-поршневих двигунів

Митрофанов, О. С. Стенд для випробування та дослідження роторно-поршневих двигунів = Stand for test and research of rotor-piston engines / О. С. Митрофанов // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : НУК, 2019. – № 1 (475). – С. 51–57.Розглянуто конструкцію та основні параметри дослідного зразка роторно-поршневого розширювального двигуна 12РПД-4,4/1,75. Конструкція двигуна забезпечує легкий пуск при будь-якому положенні вихідного вала відбору потужності, а також завдяки наявності центрального регулюючого кулачкового вала дає можливість регулювати режими роботи за рахунок зміни кута початку впуску робочого тіла (ступеня наповнення циліндра, значення якого знаходиться у межах 0,135…0,175). Завдяки рівномірно розміщеним два¬надцятьом циліндрам та малому значенню відношення ходу поршня до діаметра циліндра (S/D = 0,4) роторно-поршневий двигун має високу врівноваженість, є більш компактним і легким, має мінімальні втрати тиску при впуску й незначний протитиск на випуску. Запропонована конструкція механізму руху забезпечує відсутність теоретичного шкідливого мертвого об’єму, при цьому значення відносного мертвого об’єму становить лише 0,015 та зумовлене технологічними щілинами. Спроєктований роторно-поршневий двигун 12РПД-4,4/1,75 більш дешевий і технологічний у виготовленні, малошумний, надійний і простий в експлуатації та обслуговуванні, має підвищений механічний і ефективний ККД за рахунок зменшення сил тертя сполучних елементів та витоків робочого тіла, а також високий ступінь рівномірності обертання й рівномірний крутний момент. На базі машинобудівного підприємства ТОВ «Мотор-Плюс» спільно із Центром перспективних енергетичних технологій Національного університету кораблебудування розроблено та виготовлено експериментальний стенд на основі дослідного зразка роторно-поршневого двигуна 12РПД-4,4/1,75, а також систему вимірювання й фіксації даних. Подано загальну схему та опис роботи експериментального стенда й системи вимірювання. Стенд дозволяє визначати основні параметри робочого процесу, а також змінення ефективних показників залежно від режиму роботи та параметрів робочого тіла на вході в двигун. Це дасть змогу вдосконалити запропоновану конструкцію, а також отримати необхідні дані для проєктування та розрахунку перспективних двигунів.The design and main parameters of the prototype rotary piston expansion engine 12RPD-4,4/1,75 are considered. The engine design provides easy start-up at any position of the power take-off output shaft, and also due to the presence of a central control cam shaft, it makes it possible to adjust the operating modes by changing the angle of start of the inlet of the working fluid (cylinder filling value, which is in the range 0,135... 0,175) Due to the evenly spaced twelve cylinders and a small value, the ratio of the stroke of the piston to the diameter of the cylinder (S/D = 0,4) rotary piston engine has a high balance, more compact and lightweight, has minimal pressure loss at the inlet and slight backpressure at the outlet. The proposed design of the movement mechanism ensures the absence of theoretical harmful dead volume, while the relative dead volume is only 0,015 and is due to technological gaps. The designed 12RPD- 4,4/1,75 rotary piston engine is cheaper and more technologically advanced to manufacture, low noise, reliable and easy to operate and maintain, has a high mechanical and effective efficiency due to the reduction of the friction forces of the connecting elements and leaks of the working fluid, and also a high degree of uniformity of rotation and uniform torque. On the basis of the machine-building enterprise Motor Plus LLC, together with the Center for Advanced Energy Technologies of the National University of Shipbuilding, an experimental stand was developed and manufactured on the basis of a prototype 12RPD-4,4/1,75 rotary piston engine, as well as a data measurement and recording system. The general scheme and description of the operation of the experimental stand and measurement system is presented. The stand allows you to determine the basic parameters of the working process, as well as changing effective indicators depending on the operating mode and parameters of the working fluid at the engine inlet. This will further improve the proposed design, as well as obtain the necessary data for the design and calculation of promising engines

Research of influence of operating process parameters on effective indicators of rotor-piston engine

Митрофанов, О. С. Дослідження впливу параметрів робочого процесу на ефективні показники роторно-поршневого двигуна = Research of influence of operating process parameters on effective indicators of rotor-piston engine / О. С. Митрофанов // Shipbuilding & Marine Infrastructure. – 2020. – № 1 (13). – С. 75–88.Анотація. Мета. Дослідження впливу параметрів робочого циклу та робочого тіла на ефективні показники роторно-поршневого двигуна. Методика. Мета дослідження реалізується методом математичного моделювання з використанням розробленої програми розрахунку робочого циклу роторно-поршневого двигуна. Результати. Розглянуто вплив таких параметрів, як відносний мертвий об’єм і ступінь наповнення на змінення ефективних показників роторно-поршневого двигуна 12РПД-4,4/1,75. Значення цих параметрів прямо залежать від конструкції системи газообміну, її складності й точності виготовлення. Розглянутий роторно-поршневий двигун має конструктивно просту золотникову схему газообміну, однак вона дає змог здійснювати регулювання експлуатаційних режимів роботи двигуна не тільки за рахунок змінення параметрів робочого тіла на вході (тиску й температури), а й за допомогою зміни ступеня наповнення, що є більш продуктивним.Abstract. Purpose. The study of the influence of the parameters of the working cycle and the working fluid on the effective performance of a rotary piston engine. Methodology. The purpose of the study is realized by mathematical modeling using the developed program for calculating the duty cycle of a rotary piston engine. Results. The influence of parameters such as relative dead volume and degree of filling on the change in the effective performance of the 12RPD-4.4/1.75 rotary piston engine is considered. The value of these parameters directly depends on the design of the gas exchange system, its complexity and manufacturing accuracy. The considered rotary piston engine has a structurally simple spool gas exchange scheme, however, it allows regulating the operating modes of the engine not only by changing the parameters of the working fluid at the inlet (pressure and temperature), but also by changing the degree of filling, which is more productive. In the proposed design of a rotary piston engine, the value of the relative dead volume can be provided at the level of 0.015, which is a fairly high indicator, and the value of the degree of filling can vary significantly. Indicator diagrams of the operation of a rotary piston engine with a constant gas pressure at the inlet (the same operating mode) and a variable value of the relative dead volume and degree of filling are shown. With a value of the working fluid pressure at the engine inlet of 2 MPa, a decrease in meter volume by 20% leads to an increase in the maximum cycle pressure and indicator work (increase in the area of the indicator diagram), as well as to an increase in the effective engine power by 22% with a decrease in the effective flow rate of the working fluid by 27.7%. Dependences of changes in the effective performance of a rotary piston engine versus changes in the pressure of the working fluid at the engine inlet are presented for various values of the relative dead volume and degree of filling. So, the increase in the effective engine power occurs almost in proportion to the increase in the pressure of the working fluid at the inlet (with an increase in pressure by 42%, the increase in the effective engine power is about 41%). Scientific novelty. The dependences of the influence of parameters such as relative dead volume, degree of filling and pressure of the working fluid in the inlet receiver on the change in the effective performance of a rotary piston engine of a fundamentally new design are analyzed and presented. Practical relevance. It has been determined that an effective way to regulate the operating modes of a rotary piston engine is to change the degree of filling. A decrease in the degree of filling has a positive effect on the specific effective consumption of the working fluid with a slight decrease in the effective engine power. So compared with a decrease in effective power, the effective flow rate of the working fluid is reduced 4.2 times more. Therefore, given this, ensuring a change in the degree of filling in the widest possible range is mandatory when designing new rotary piston engines

Mathematical model of the operating cycle of a rotor-piston engine

Митрофанов, О. С. Математична модель робочого циклу роторно-поршневих двигунів = Mathematical model of the operating cycle of a rotor-piston engine / О. С. Митрофанов // Shipbuilding & Marine Infrastructure. – 2019. – № 1 (11). – С. 58–65.Анотація. Розглянуто основні процеси та параметри робочого циклу роторно-поршневого двигуна нової конструкції, який може використовуватися в суднових енергетичних установках (наприклад, як детандер-генератор на суднах-газовозах). Проаналізовані та сформульовані основні припущення при математичному моделюванні. Наведено в диференціальній формі основні рівняння робочого циклу роторно-поршневого двигуна нової конструкції. Математична модель робочого циклу, побудована на базі фундаментальних рівнянь термодинаміки, газової динаміки, тепло- та масообміну, є адекватною та відображає основні процеси, що проходять у робочому циліндрі, оскільки в ній враховані основні особливості нової конструкції. Насамперед, у моделі було враховано особливості будови механізму руху (математичний опис закону переміщення поршня залежно від обертального руху вихідного вала), конструкцію органів газообміну, а також організацію та регулювання процесів газообміну (наприклад, через такі параметри, як порівняний мертвий об’єм, ступені наповнення й зворотного стиснення), що має значний вплив на ефективність енергоперетворення енергії стиснутого робочого тіла.Abstract. The main processes and operating cycle parameters of a new design rotary piston engine that can be used in marine power plants (for example, as an expander generator on gas carriers) are considered. The basic assumptions in mathematical modeling are analyzed and formulated. I presented in differential form the basic equations of the duty cycle of a new design rotary piston engine. The mathematical model of the working cycle is based on the fundamental equations of thermodynamics, gas dynamics, heat and mass transfer is adequate and reflects the main processes in the working cylinder as it takes into account the main features of the new design. First of all, the model took into account the structural features of the movement mechanism (a mathematical description of the law of piston movement depending on the rotational motion of the output shaft), the design of gas exchange organs, and the organization and regulation of gas exchange processes (for example, through parameters such as relative dead volume, degrees filling and reverse compression), which have a significant impact on the energy conversion efficiency of the energy of a compressed working fluid. Thus, the working cycle model of a rotary piston engine allows one to calculate and study engine operating parameters in a rather wide range of operating modes, to optimize to achieve the highest energy conversion efficiency of compressed working fluid, and also makes it possible to conduct an initial assessment of engine performance as part of or another power plant at the design stage. The calculation of the duty cycle of a rotary piston engine and its main operating parameters are obtained. As an example of calculation, indicator diagrams are shown in expanded and collapsed form, as well as graphical dependences of the change in the indicator specific consumption of the compressed working fluid and indicator efficiency on the pressure value at the engine inlet. The data presented indicate that an increase in the pressure of the working fluid at the engine inlet, as well as regulation of the degree of filling, leads to an improvement in the effective performance of a rotary piston engine, which does not contradict the known experimental data of piston expansion machines with a classic crank mechanism