Исследование процесса перемещения угля шнековым рабочим органом в агрегате кипящего слоя
Цель. Разработка и исследование работы агрегата кипящего слоя со шнековым рабочим органом для подачи и перемещения угля внутри рабочей камеры в процессе его термической деструкции. Результаты. Составлена система дифференциальных уравнений, описывающих работу механизма подачи сыпучей среды в реакторе...
Saved in:
| Published in: | Розробка родовищ |
|---|---|
| Date: | 2017 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
2017
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/145771 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование процесса перемещения угля шнековым рабочим органом в агрегате кипящего слоя / А. Асанов, Б. Мекенбаев, Д. Чалыбеков, Ж. Арзиев // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2017. — Т. 11, вип. 4. — С. 79-85. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-145771 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Асанов, А. Мекенбаев, Б. Чалыбеков, Д. Арзиев, Ж. 2019-01-29T18:48:08Z 2019-01-29T18:48:08Z 2017 Исследование процесса перемещения угля шнековым рабочим органом в агрегате кипящего слоя / А. Асанов, Б. Мекенбаев, Д. Чалыбеков, Ж. Арзиев // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2017. — Т. 11, вип. 4. — С. 79-85. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 2415-3435 DOI: https://doi.org/10.15407/mining11.04.079 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/145771 662.612 Цель. Разработка и исследование работы агрегата кипящего слоя со шнековым рабочим органом для подачи и перемещения угля внутри рабочей камеры в процессе его термической деструкции. Результаты. Составлена система дифференциальных уравнений, описывающих работу механизма подачи сыпучей среды в реакторе и поведение элементов привода при приложении к ротору двигателя момента Мдв, а к шнековому механизму – момента сопротивления Мс. Результаты моделирования привода шнека показали, что разгон двигателя и выход ротора двигателя механизма подачи и перемещения угля в реакторе КС на номинальную частоту вращения происходит примерно через 0.5 с, после чего вращение шнека проводится в установившемся режиме с постоянной угловой скоростью. Мета. Розробка та дослідження роботи агрегату киплячого шару зі шнековим робочим органом для подачі й переміщення вугілля всередині робочої камери у процесі його термічної деструкції. Результати. Складена система диференціальних рівнянь, що описує роботу механізму подачі сипучого середовища в реакторі та поведінку елементів приводу при додаванні до ротора двигуна моменту Мдв, а до шнековому механізму – моменту опору Мо. Результати моделювання приводу шнека показали, що розгін двигуна і вихід ротора двигуна механізму подачі й переміщення вугілля в реакторі КС на номінальну частоту обертання відбувається приблизно через 0.5 с, після чого обертання шнека проводиться в сталому режимі з постійною кутовою швидкістю. Purpose. The development and analysis of operation of a boiling bed aggregate with auger effector to feed and transfer coal inside a working chamber in the process of its thermal destruction. Findings. A system of differential equations describing operations of mechanism to feed loose medium in a reactor and behaviour of a drive components with the application of Мdv moment to engine rotor and application of Мс resistance moment to a auger mechanism has been developed. Results of the auger drive modeling has shown that the engine acceleration and output of a rotor of a feeding mechanism engine as well as coal transfer within BB reactor to a nominal rotation frequency takes place almost after 0.5 sec; then, the auger rotates under stable mode with constant angular velocity. Исследование выполнено в Кыргызском государственном университете строительства, транспорта и архитектуры за счет грантового финансирования Министерства образования и науки Кыргызской Республики (проект №37 – 2017). ru УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України Розробка родовищ Исследование процесса перемещения угля шнековым рабочим органом в агрегате кипящего слоя Дослідження процесу переміщення вугілля шнековим робочим органом в агрегаті киплячого шару Study of the process of coal transfer by means of auger effector within the aggregate of boiling bed Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Исследование процесса перемещения угля шнековым рабочим органом в агрегате кипящего слоя |
| spellingShingle |
Исследование процесса перемещения угля шнековым рабочим органом в агрегате кипящего слоя Асанов, А. Мекенбаев, Б. Чалыбеков, Д. Арзиев, Ж. |
| title_short |
Исследование процесса перемещения угля шнековым рабочим органом в агрегате кипящего слоя |
| title_full |
Исследование процесса перемещения угля шнековым рабочим органом в агрегате кипящего слоя |
| title_fullStr |
Исследование процесса перемещения угля шнековым рабочим органом в агрегате кипящего слоя |
| title_full_unstemmed |
Исследование процесса перемещения угля шнековым рабочим органом в агрегате кипящего слоя |
| title_sort |
исследование процесса перемещения угля шнековым рабочим органом в агрегате кипящего слоя |
| author |
Асанов, А. Мекенбаев, Б. Чалыбеков, Д. Арзиев, Ж. |
| author_facet |
Асанов, А. Мекенбаев, Б. Чалыбеков, Д. Арзиев, Ж. |
| publishDate |
2017 |
| language |
Russian |
| container_title |
Розробка родовищ |
| publisher |
УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Дослідження процесу переміщення вугілля шнековим робочим органом в агрегаті киплячого шару Study of the process of coal transfer by means of auger effector within the aggregate of boiling bed |
| description |
Цель. Разработка и исследование работы агрегата кипящего слоя со шнековым рабочим органом для подачи и перемещения угля внутри рабочей камеры в процессе его термической деструкции. Результаты. Составлена система дифференциальных уравнений, описывающих работу механизма подачи сыпучей среды в реакторе и поведение элементов привода при приложении к ротору двигателя момента Мдв, а к шнековому механизму – момента сопротивления Мс. Результаты моделирования привода шнека показали, что разгон двигателя и выход ротора двигателя механизма подачи и перемещения угля в реакторе КС на номинальную частоту вращения происходит примерно через 0.5 с, после чего вращение шнека проводится в установившемся режиме с постоянной угловой скоростью.
Мета. Розробка та дослідження роботи агрегату киплячого шару зі шнековим робочим органом для подачі й переміщення вугілля всередині робочої камери у процесі його термічної деструкції. Результати. Складена система диференціальних рівнянь, що описує роботу механізму подачі сипучого середовища в реакторі та поведінку елементів приводу при додаванні до ротора двигуна моменту Мдв, а до шнековому механізму – моменту опору Мо. Результати моделювання приводу шнека показали, що розгін двигуна і вихід ротора двигуна механізму подачі й переміщення вугілля в реакторі КС на номінальну частоту обертання відбувається приблизно через 0.5 с, після чого обертання шнека проводиться в сталому режимі з постійною кутовою швидкістю.
Purpose. The development and analysis of operation of a boiling bed aggregate with auger effector to feed and transfer coal inside a working chamber in the process of its thermal destruction. Findings. A system of differential equations describing operations of mechanism to feed loose medium in a reactor and behaviour of a drive components with the application of Мdv moment to engine rotor and application of Мс resistance moment to a auger mechanism has been developed. Results of the auger drive modeling has shown that the engine acceleration and output of a rotor of a feeding mechanism engine as well as coal transfer within BB reactor to a nominal rotation frequency takes place almost after 0.5 sec; then, the auger rotates under stable mode with constant angular velocity.
Исследование выполнено в Кыргызском государственном университете строительства, транспорта и архитектуры за счет грантового финансирования Министерства образования и науки Кыргызской Республики (проект №37 – 2017).
|
| issn |
2415-3435 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/145771 |
| citation_txt |
Исследование процесса перемещения угля шнековым рабочим органом в агрегате кипящего слоя / А. Асанов, Б. Мекенбаев, Д. Чалыбеков, Ж. Арзиев // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2017. — Т. 11, вип. 4. — С. 79-85. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT asanova issledovanieprocessaperemeŝeniâuglâšnekovymrabočimorganomvagregatekipâŝegosloâ AT mekenbaevb issledovanieprocessaperemeŝeniâuglâšnekovymrabočimorganomvagregatekipâŝegosloâ AT čalybekovd issledovanieprocessaperemeŝeniâuglâšnekovymrabočimorganomvagregatekipâŝegosloâ AT arzievž issledovanieprocessaperemeŝeniâuglâšnekovymrabočimorganomvagregatekipâŝegosloâ AT asanova doslídžennâprocesuperemíŝennâvugíllâšnekovimrobočimorganomvagregatíkiplâčogošaru AT mekenbaevb doslídžennâprocesuperemíŝennâvugíllâšnekovimrobočimorganomvagregatíkiplâčogošaru AT čalybekovd doslídžennâprocesuperemíŝennâvugíllâšnekovimrobočimorganomvagregatíkiplâčogošaru AT arzievž doslídžennâprocesuperemíŝennâvugíllâšnekovimrobočimorganomvagregatíkiplâčogošaru AT asanova studyoftheprocessofcoaltransferbymeansofaugereffectorwithintheaggregateofboilingbed AT mekenbaevb studyoftheprocessofcoaltransferbymeansofaugereffectorwithintheaggregateofboilingbed AT čalybekovd studyoftheprocessofcoaltransferbymeansofaugereffectorwithintheaggregateofboilingbed AT arzievž studyoftheprocessofcoaltransferbymeansofaugereffectorwithintheaggregateofboilingbed |
| first_indexed |
2025-11-25T14:35:51Z |
| last_indexed |
2025-11-25T14:35:51Z |
| _version_ |
1850514878082580480 |
| fulltext |
Founded in
1900
National Mining
University
Mining of Mineral Deposits
ISSN 2415-3443 (Online) | ISSN 2415-3435 (Print)
Journal homepage http://mining.in.ua
Volume 11 (2017), Issue 4, pp. 79-85
79
UDC 662.612 https://doi.org/10.15407/mining11.04.079
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ УГЛЯ
ШНЕКОВЫМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ В АГРЕГАТЕ КИПЯЩЕГО СЛОЯ
А. Асанов1*, Б. Мекенбаев2, Д. Чалыбеков1, Ж. Арзиев3
1Кафедра эксплуатации транспортных и технологических машин, Кыргызский государственный университет строитель-
ства, транспорта и архитектуры им. Н. Исанова, Бишкек, Кыргызстан
2Кафедра прикладной информатики, Кыргызский государственный университет строительства, транспорта и архитек-
туры им. Н. Исанова, Бишкек, Кыргызстан
3Институт природных ресурсов им. А.С. Джаманбаева Национальной академии наук Кыргызской Республики, Ош, Кыргызстан
*Ответственный автор: e-mail asanov52@mail.ru, тел. +996545717
STUDY OF THE PROCESS OF COAL TRANSFER BY MEANS
OF AUGER EFFECTOR WITHIN THE AGGREGATE OF BOILING BED
А. Аsanov1*, B. Mekenbaev2, D. Chalybekov1, J. Arziev3
1Exploitation of Transport and Technological Machines Department, Kyrgyz State University of Construction, Transportation and
Architecture named after N. Isanov, Bishkek, Kyrgyzstan
2Applied Informatics Department, Kyrgyz State University of Construction, Transportation and Architecture named after N. Isanov,
Bishkek, Kyrgyzstan
3Institute of Natural Resources named after A.S. Djamanbaev of the National Academy of Sciences of Kyrgyz Republic, Osh, Kyrgyzstan
*Corresponding author: e-mail asanov52@mail.ru, tel. +996545717
ABSTRACT
Purpose. The development and analysis of operation of a boiling bed aggregate with auger effector to feed and trans-
fer coal inside a working chamber in the process of its thermal destruction.
Methods. Method of graph theory has been applied to develop dynamic operation schedule of a mechanism to feed
coal into a reactor of boiling bed. Mathcad system has been used to study mathematical model of operation of aggre-
gate with a reactor of boiling bed. The results of the solution of a system of normal differential equations have been
implemented by means of Runge-Kutta method with the preset adaptive pitch.
Findings. A system of differential equations describing operations of mechanism to feed loose medium in a reactor and
behaviour of a drive components with the application of Мdv moment to engine rotor and application of Мс resistance
moment to a auger mechanism has been developed. Results of the auger drive modeling has shown that the engine accel-
eration and output of a rotor of a feeding mechanism engine as well as coal transfer within BB reactor to a nominal rota-
tion frequency takes place almost after 0.5 sec; then, the auger rotates under stable mode with constant angular velocity.
Originality. Mathematical model describing operation of auger effector to feed coal and transfer it inside the reactor
of boiling bed has been developed in the form of a system of differential equations. New dependences of changes in
temporal angular body movements have been determined.
Practical implications. A combined device for coal pyrolysis and gasification making it possible to obtain continu-
ously associated combustible gas in addition to a coking product has been designed. Methodological approach devel-
oped relative to complicated mechanical systems help obtain information concerning interrelations of its basic pa-
rameters involving structural features at the stage of the studied object design.
Keywords: aggregate, auger, pyrolysis, semicoke, model, dynamics
1. ВВЕДЕНИЕ
В работе предлагается к реализации в производ-
стве отечественной технологии комплексного полу-
чения полукокса и газа с применением техники ки-
пящего слоя. Использование техники кипящего слоя
в углеперерабатывающих установках позволяет су-
щественно сократить объем затрат на их реализацию
и получить компактный экономичный и экологичный
агрегат для одновременного производства полукокса,
горючего газа и тепла (Dai, Ma, Liu, & Liu, 2015;
Zhang & Zheng, 2016; Dubinin, Tuponogov, & Ka-
gramanov, 2017; Solimene et al., 2017).
Известны различные агрегаты с соответствующей
конструкцией для пиролиза углей (Werther, 2007;
A. Asanov, B. Mekenbaev, D. Chalybekov, J. Arziev. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 79-85
80
Eigenberger, 2008; Werther, 2008). Основное требова-
ние к агрегатам, в которых происходит полукоксова-
ние – равномерность обогрева обрабатываемого угля
(Joutsenoja, Heino, Hernberg, & Bonn, 1999; Li, Hu, &
Zong, 2013; Arena & Di Gregorio, 2014). Для этого
используются агрегаты с внутренним подводом теп-
ла, когда газовый или твердый теплоноситель пода-
ется непосредственно в него, и внешним подводом
тепла, когда теплоноситель нагревает стенки камеры,
в которой находится уголь (Falshtynskyy, Dychkov-
skyy, Lozynskyy, & Saik, 2012; Li et al., 2016; Zhang &
Zheng, 2016). Существуют агрегаты, в которых полу-
коксование угля осуществляется в автотермическом
процессе за счет тепла от сжигания летучих продук-
тов пиролиза угольных веществ и части угля или
полукокса (Asanov, Asanova, & Orozov, 2016). Про-
цесс автотермического нагрева и сжигания осу-
ществляют в кольцевых печах (Linev, Deberdeev, &
Davydov, 2007), в барабанных печах (Strakhov, Surov-
tseva, D’yachenko, & Men’shenin, 2007) и на колосни-
ковых решетках (Proshunin & Shkoller, 2012). Агрега-
ты с колосниковой решеткой наиболее пригодны для
создания в них кипящего слоя.
За рубежом в последние годы развитие получили
высокопроизводительные технологии в пылевидном
потоке, где возможно перерабатывать мелкодисперс-
ный уголь (Syskov & Mashenkov, 1973; Robertson,
Domeracki, Horazak, Newby, & Rehmat, 1996; Shkoller,
2001; Islamov, 2010). Для этой цели предпочтение по-
лучают пиролизные агрегаты со шнековыми рабочими
органами. Характерной особенностью этих машин
является то, что их загрузка и разгрузка угольным
сырьём происходит без остановки при непрерывном
движении рабочего органа. Шнековые органы характе-
ризуются простотой, компактностью и надежностью
конструкций, низкой стоимостью, простотой изготов-
ления и удобством обслуживания. Ими транспортиру-
ются на сравнительно небольшие расстояния в основ-
ном пылевидные и зернистые насыпные, а также вяз-
кие и тестообразные материалы. Они нашли широкое
применение в конструкциях оборудования и агрегатов:
питателях, и дозаторах, обеспыливающих и засыпных
устройствах, прессах и т. п. На основе предыдущих
исследований сделан вывод, о возможности использо-
вания шнековых рабочих органов и в конструкциях
пиролизных установок для переработки угля.
2. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ
На Рисунке 1 приведена одна из вариантов схемы
аппаратурного оформления процессов термической
деструкции угля, с использованием шнековых рабочих
органов (Asanov, Asanova, Chalybekov, Moldobaev, &
Alisher, 2016). Отличительной особенностью этой
схемы является то, что вертикальный шнековый орган
используется не только для подачи угля в реактор
кипящего слоя, но и перемещения угля по газораспре-
делительной решетке в горизонтально-радиальном
направлении. Подача фракционированного угля в
рабочую камеру при помощи вертикально смонтиро-
ванного шнекового механизма позволяет отказаться от
отдельного силового блока для подачи топлива в ки-
пящий слой и его перемещения по газораспредели-
тельной решетке и упростить конструкцию.
Рисунок 1. Принципиальная схема агрегата с реактором
с кипящего слоя: 1 – составные части уста-
новки; 2 – цилиндрический реактор; 3 – шнек;
4, 5 – газораспределительные кольцеобразные
решетки; 6, 7 – переливные стенки; 8, 9 – ко-
льцеобразные диски; 10, 11 – камеры; 12 – пи-
ролизер; 13 – фурмы для дутья насыщенного
пара; 14 – коллектор для отвода генерируемо-
го газа; 15 – эжектор; 16 – трубопровод отсо-
са; 17 – линия подачи воздуха; 18 – циклон;
19 – шнек для отвода полукокса
Кроме того, шнек предохраняет от прорыва части
дымовых газов через слой топлива при загрузке.
Другая камера в нижней части агрегата используется
для сбора коксового продукта, размещенная в ней
водяная рубашка служит для охлаждения и управле-
ния температурным режимом реализуемого в ней
процесса газификации коксового продукта с исполь-
зованием в качестве окислителя водяного пара.
Шнек выполняет двоякую функцию, он использу-
ется для вертикального транспортирования угля и
проталкивания угольной массы по горизонтальной
кольцеобразной решетке. Причем при перемещении
массы угля за счет термической деструкции уменьша-
ется его масса, а за счет ожижения угольных частиц в
кипящем слое изменяется характер их движения в
камере и сопротивление к движению частиц угля.
Таким образом, в агрегате для переработки угля в
коксовый продукт и газ с использованием шнековых
рабочих органов (для вывода полукокса, также ис-
пользован шнек) достигаются непрерывность про-
цессов подачи и перемещения угля в процессе их
пиролиза и вывода полученного продукта из агрега-
та. Сами шнеки работают в специфических условиях
при воздействии высоких температур и вредной
окружающей среды. Учитывая специфику работ обо-
рудования со шнековыми рабочими органами, сфор-
мулируем дальнейшие задачи теоретических иссле-
дований процесса транспортирования крупнозерни-
стого угля в следующем виде:
– исследование динамики шнекового рабочего ор-
гана в агрегате кипящего слоя;
– обоснование оптимальных конструкционных
параметров шнеков, используемых для перемещения
угля в агрегатах углепереработки;
A. Asanov, B. Mekenbaev, D. Chalybekov, J. Arziev. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 79-85
81
– выбор рациональных режимов работы шнеков,
согласованных с технологическими параметрами
агрегатов коксования и газификации;
– определение технико-энергетических парамет-
ров шнеков, применяемых в агрегатах термической
деструкции угля.
Эти задачи взаимосвязаны между собой, в рамках
настоящей статьи рассматривается динамика шнеко-
вого рабочего органа в агрегате кипящего слоя.
Объект исследования, согласно принципиальной
схеме агрегата с реактором кипящего слоя, приведён-
ной на Рисунке 1, включает в себя двигатель, механи-
ческую передачу и исполнительный орган в виде
шнекового механизма. Он относится к механическим
приводам, состоящих из совокупности вращающихся
тел, для получения на выходе определенных соотно-
шений между вращающим моментом – М и скоро-
стью исполнительного органа – ω, представляющего
шнековый механизм, который выполняет функцию не
только конвейера подачи сыпучей среды в реактор, но
и пресса для перемещения этой среды по кольцеоб-
разной поверхности колосниковой решетки.
3. СОЗДАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
Движение механического привода шнека описы-
вается системой обыкновенных дифференциальных
уравнений, а его свойства в основном определяются
такими параметрами как момент инерции движущих-
ся масс – I1; коэффициенты трения (диссипации – μ1)
и упругости – с1. При этом искомыми параметрами
являются угловые координаты – φ1; и скорости – φ1
тел вращения.
Из работы (Kudryavtsev, 2008) известно, что потери
в такой механической системе, связанны с диссипа-
тивными явлениями, и учитывают рассеивание части
кинетической энергии тел вращения. Эти потери про-
порциональны изменениям угловых скоростей между
двумя смежными телами и представлены в виде
μ1(φ1 – φ1+1). Потери, связанные с упругими свойства-
ми пропорциональны изменениям угловых координат
между двумя смежными телами, их представляют в
виде с1(φ1 – φ1+1). Учитывая все это, расчетную дина-
мическую схему механической системы подачи среды
в реактор кипящего слоя представим в виде размечен-
ного графа состояний, приведенного на Рисунке 2.
Рисунок 2. Динамическая схема работы механизма подачи угля в виде размеченного графа состояний взаимодейст-
вующих тел
Динамическая схема работы шнекового механиз-
ма включает следующие обозначения:
Iдв, I1, I2, Iио* – моменты инерции соответственно
тел: ротор двигателя и полумуфта (электродвига-
тель); полумуфта и входной вал редуктора (вал 1);
выходной вал (вал 2) редуктора с полумуфтой, полу-
муфта и шнек (исполнительный орган);
φдв, φ1, φ2, φио – угловые ускорения соответствую-
щих тел;
φ̇дв, φ̇1, φ̇2, φ̇ио – угловые скорости соответствую-
щих тел;
φ̈дв, φ̈1, φ̈2, φ̈ио – углы поворота соответствующих
тел;
Мдв – крутящий момент двигателя;
с1, с2
*, сЗ* – коэффициенты жесткости соответ-
ствующих тел;
μ1, μ2
*, μ3
* – коэффициенты диссипации соответ-
ствующих тел;
Мс
* – момент сопротивления;
i1, i2 – передаточные числа 1-ой и 2-ой ступеней
редуктора.
Обозначения, помеченные звездочкой, – это при-
веденные значения соответствующих величин.
Прямоугольник графа – это тело исследуемой ме-
ханической системы со своими кинематическими и
динамическими параметрами. Стрелки, входящие
или входящие из прямоугольника, это действующие
моменты для тел вращения, они определяют собой
реактивные и активные моменты, связанные с дисси-
пативными и упругими свойствами тела. Величины,
связанные с диссипативными и упругими свойствами
тела, зависят от свойства смежных тел, с которым
взаимодействует каждое тело. Кроме того, на первое
и последнее тела, соответственно, действуют актив-
ный момент (сила) от двигателя и реактивный мо-
мент (сила) сопротивления на исполнительный (ра-
бочий) орган механической системы.
Для составления дифференциальных уравнений,
описывающих работу механической системы, вос-
пользуемся следующим мнемоническим правилом
(Kudryavtsev, 2008): для каждого тела механической
системы составляется дифференциальное уравнение
второго порядка; число членов уравнения равно чис-
лу стрелок, входящих или выхоящих из рассматрива-
емого тела; каждый член уравнения имеет свой знак.
Если стрелка направлена в тело, то член берется со
знаком плюс, если из тела, то со знаком минус; пер-
вый член суммы для каждого i-oгo тела равен I1·φ1;
члены для стрелок, связывающих два смежных тела
механической системы, равны произведению коэф-
фициента жесткости или диссипации тела системы,
из которого выходит стрелка, на разность искомых
A. Asanov, B. Mekenbaev, D. Chalybekov, J. Arziev. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 79-85
82
параметров по данной стрелке, с учетом передаточ-
ных чисел смежных тел системы.
Используя мнемоническое правило, составлена
система дифференциальных уравнений, описываю-
щих работу механизма подачи сыпучей среды в реак-
тор в виде:
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) (
) ( ) ( )
( )
( ) .0
;0
;0
;0
*
21
*
1
*
2
*
3
2112
*
3
*
1
*
21
*
2121
*
221
*
1
*
2
*
32112
*
32
*
2
1111
1
*
11
*
2121
*
21
*
1
1111
=+⋅⋅−⋅⋅−
−⋅⋅−⋅⋅−⋅
=⋅−−⋅−⋅−⋅×
×−⋅⋅+⋅⋅−⋅⋅+⋅
=−−−−
−⋅−⋅+⋅−⋅+⋅
=−−⋅+−⋅+⋅
сио
иоиоио
иоио
двдв
двдвдвдвдв
Мiii
iiiсI
iiсii
iiiiсI
c
iiсI
МсI
ϕϕμ
ϕϕϕ
ϕϕμϕϕ
ϕϕμϕϕϕ
ϕϕμϕϕ
ϕϕμϕϕϕ
ϕϕμϕϕϕ
(1)
Эта система полностью описывает поведение
элементов привода при приложении к ротору двига-
теля момента Мдв, а к шнековому механизму момента
сопротивления Мс.
Для облегчения решения данной системы пред-
ставим ее в виде системы дифференциальных урав-
нений, состоящей не из четырех дифференциальных
уравнений второго порядка, а из восьми дифферен-
циальных уравнений первого порядка:
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
( )
( ) .0
;0
;0
;0
;;;;
*
21
*
1
*
2
*
3
2112
*
3
*
1
*
21
*
2
121
*
221
*
1
*
2
*
3
2112
*
32
*
2
1111
1
*
11
*
2121
*
21
*
1
1111
2
2
1
1
=+⋅⋅−⋅⋅−
−⋅⋅−⋅⋅−⋅
=⋅−−
−⋅−⋅−⋅⋅−⋅⋅+
+⋅⋅−⋅⋅+⋅
=−−−−
−⋅−⋅+⋅−⋅+⋅
=−−⋅+−⋅+⋅
====
сио
иоиоио
ио
ио
двдв
двдвдвдвдв
ио
ио
дв
дв
Мiii
iiiсI
i
iсiii
iiiсI
c
iiсI
МсI
dt
d
dt
d
dt
d
dt
d
ϕϕμ
ϕϕϕ
ϕϕμ
ϕϕϕϕμ
ϕϕϕ
ϕϕμϕϕ
ϕϕμϕϕϕ
ϕϕμϕϕϕ
ϕϕϕϕϕϕϕϕ
(2)
Система полученных уравнений (2) представляет
собой математическую модель объекта исследования.
Для проведения дальнейшего динамического анализа
объекта исследования, согласно разработанной мате-
матической модели, необходимо определить и за-
даться исходными данными. Как уже было отмечено
выше, в качестве исполнительного органа в механи-
ческой системе выступает шнековым механизм, ис-
полняющий двоякую функцию.
Исследование математической модели объекта
проведено в системе Mathcad. Результаты решения
системы обыкновенных дифференциальных уравне-
ний реализованы методом Рунге-Кутта с заданным
адаптивным шагом. Для моделирования динамики
объекта определены:
– моменты инерции всех движущих деталей ме-
ханизма (объединенных сил) и их приведенные зна-
чения к валу двигателя;
– коэффициенты жесткости соединения движу-
щихся взаимодействующих деталей, объединенных
тел и их приведенные значения к валу двигателя;
– коэффициенты диссипации движущихся дета-
лей, объединенных тел и их приведенные значения к
валу двигателя;
– моменты (силы) сопротивления и их приведен-
ные значения.
Для численного представления исходных данных
использованы известные зависимости. Например, для
определения механической характеристики двигателя
использована зависимость в таком виде:
( )
н
Sк
Sк
н
М
Мдв
ω
ω
ω
ωω
−
+
−
=
1
1
2 max , (3)
где:
Мmах – максимальный момент двигателя;
ω – угловая скорость вращения ротора двигателя;
ωн – номинальная угловая скорость ротора двига-
теля;
Sк – значение критического скольжения.
Момент инерции шнекового рабочего органа
определяли по формуле:
2
2
.
1
⋅
⋅+
⋅
+++=
plв
гл
гл
гл
plв
гл
pl
вш
pдв і
m
і
J
і
JJJJ
ω
υ
ω
ω
, (4)
где:
Jдв – момент инерции двигателя;
Jр – момент инерции редуктора;
Jш.в – момент инерции шнекового вала;
iр1 – передаточное число редуктора;
Jгл – момент инерции глиняной массы;
mгл – масса глины, находящейся в прессе;
υгл – скорость поступательного движения глины;
ωв – угловая скорость шнекового вала;
ωгл – максимальная угловая скорость вращатель-
ного движения глины.
Графическое представление искомых параметров в
зависимости от времени приведены на Рисунках 3 и 4.
Анализируя результаты моделирования привода
шнека, можно отметить, что разгон двигателя и вы-
ход ротора двигателя механизма подачи и перемеще-
ния угля в реакторе КС на номинальную частоту
вращения происходит примерно через 0.5 секунд.
После чего вращение шнека проводится в устано-
вившемся режиме с постоянной угловой скоростью.
4. ВЫВОДЫ
Предложен агрегат с реактором кипящего слоя для
термической деструкции угля. Отличительной особен-
ностью этой установки является то, что вертикальный
шнековый орган используется не только для подачи
угля в реактор кипящего слоя, но и перемещения угля
по газораспределительной решетке в горизонтально-
радиальном направлении. Подача фракционированного
угля в рабочую камеру при помощи вертикально смон-
тированного шнекового механизма позволяет отказать-
ся от отдельного силового блока для подачи топлива в
кипящий слой и его перемещение по газораспредели-
тельной решетке и упростить конструкцию.
A. Asanov, B. Mekenbaev, D. Chalybekov, J. Arziev. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 79-85
83
(а)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0
20
40
60
80
100
Уг
ло
во
е
пе
ре
ме
щ
ен
ие
Время, t
(б)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0
2
4
6
8
10
Уг
ло
во
е
пе
ре
ме
щ
ен
ие
Время, t
Рисунок 3. Графики зависимостей угловых перемещений
тел от времени t: (а) ротор двигателя (х0);
(б) исполнительный орган (шнек) (x3)
Разработана математическая модель объекта ис-
следования в виде системы дифференциальных
уравнений, описывающая работу шнекового рабо-
чего органа для подачи угля и перемещения его
внутри реактора кипящего слоя. Моделирование
процесса подачи и перемещения угля внутри реак-
тора на основе полученных аналитических зависи-
мостей и исходных данных позволило исследовать
динамику шнекового механизма установки для
термической деструкции угля. Выбор рациональ-
ных параметров такой установки является предме-
том дальнейших исследований.
БЛАГОДАРНОСТЬ
Исследование выполнено в Кыргызском государ-
ственном университете строительства, транспорта и
архитектуры за счет грантового финансирования
Министерства образования и науки Кыргызской
Республики (проект №37 – 2017).
(а)
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Время, t
0
0
16
32
48
64
80
Уг
ло
ва
я
ск
ор
ос
ть
(б)
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Время, t
0
0
1
2
3
4
5
Уг
ло
ва
я
ск
ор
ос
ть
Рисунок 4. Графики зависимости угловых скоростей тел
от времени t: (а) ротор двигателя (х4); (б) ис-
полнительный орган (шнек) (x7)
REFERENCES
Arena, U., & Di Gregorio, F. (2014). Gasification of a Solid
Recovered Fuel in a Pilot Scale Fluidized Bed Reactor.
Fuel, (117), 528-536.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.09.044
Asanov, A.A., Asanova, A.A., Chalybekov, D.Ch., Moldobaev,
E.B., & Alisher, A. (2016). Kombinirovannoe ustroystvo
dlya piroliza i gazifikatsii uglya. Patent No. 1834, Kyr-
gyzskaya Respublika.
Asanov, A.A., Asanova, K.K., & Orozov, A.A. (2016). Razvitie
sovremennykh ugol’nykh tekhnologiy v Kyrgyzstane.
Gornyy Zhurnal, (6), 61-65.
Dai, C., Ma, S., Liu, X., & Liu, X. (2015). Study on the Pyroly-
sis Kinetics of Blended Coal in the Fluidized-bed Reactor.
Procedia Engineering, (102), 1736-1741.
https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.01.309
Dubinin, A.M., Tuponogov, V.G., & Kagramanov, Y.A. (2017).
Air-Based Coal Gasification in a Two-Chamber Gas Reac-
tor with Circulating Fluidized Bed. Thermal Engineering,
64(1), 46-52.
https://doi.org/10.1134/s0040601517010013
A. Asanov, B. Mekenbaev, D. Chalybekov, J. Arziev. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 79-85
84
Eigenberger, G. (2008). Catalytic Fixed-Bed Reactors. Hand-
book of Heterogeneous Catalysis.
https://doi.org/10.1002/9783527610044.hetcat0111
Falshtynskyy, V., Dychkovskyy, R., Lozynskyy, V., & Saik, P.
(2012). New Method for Justification the Technological Pa-
rameters of Coal Gasification in the Test Setting. Geome-
chanical Processes During Underground Mining, 201-208.
https://doi.org/10.1201/b13157-35
Joutsenoja, T., Heino, P., Hernberg, R., & Bonn, B. (1999).
Pyrometric Temperature and Size Measurements of Burn-
ing Coal Particles in a Fluidized Bed Combustion Reactor.
Combustion and Flame, 118(4), 707-717.
https://doi.org/10.1016/s0010-2180(99)00028-0
Islamov, S.R. (2010). Energotekhnologicheskaya pererabotka
uglya. Krasnoyarsk: Polikor.
Kudryavtsev, E.M. (2008). Modelirovanie, proektirovanie i
raschet mekhanicheskikh sistem. Moskva: DMK Press.
Li, S., Hu, Y., & Zong, X.J. (2013). Model Predictive Control
of Circulating Fluidized Bed Coal Combustor. Advanced
Materials Research, (846-847), 73-76.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.846-847.73
Li, C., Fang, M., Xiao, P., Shi, Z., Cen, J., Yan, Q., … Luo, Z.
(2016). Investigation of the Evolution Behavior of Light
Tar During Bituminous Coal Pyrolysis in a Fluidized Bed
Reactor. Chemical Research in Chinese Universities,
32(6), 1019-1027.
https://doi.org/10.1007/s40242-016-6091-9
Linev, B.I., Deberdeev, I.Kh., & Davydov, M.V. (2007). Sov-
remennoe sostoyanie i osnovnye napravleniya razvitiya
tekhniki i tekhnologii glubokogo obogashcheniya uglya.
Gornyy Zhurnal, (2), 23-29.
Proshunin, Yu.P., & Shkoller, M.B. (2012). Energotekhnologi-
cheskaya pererabotka burykh ugley s ispol’zovaniem tver-
dogo teplonositelya. In Ekologiya i Bezopasnost’ v
Tekhnosfere (pp. 83-88). Yurga, Rossiya: Tomskiy
politekhnicheskiy universitet.
Robertson, A., Domeracki, W., Horazak, D., Newby, D., &
Rehmat, A. (1996). Increased Efficiency of Topping Cycle
PCFB Power Plants. In American Power Conference
(pp. 17-25). Chicago, Illinois: llinois Institute of Technolo-
gy, Engineering One Building.
Shkoller, M.B. (2001). Polukoksovanie kamennykh i burykh
ugley. Novokuznetsk: Inzhenernaya Akademiya Rossii,
Kuzbasskiy filial.
Strakhov, V.M., Surovtseva, I.V., D’yachenko, A.V., & Men’-
shenin, V.M. (2007). Tekhnologiya proizvodstva i kaches-
tvo polukoksa iz vertikal’nykh pechey tipa SJ Kitaya. Koks
i Khimiya, (5), 17.
Solimene, R., Cammarota, A., Chirone, R., Leoni, P., Rossi, N.,
& Salatino, P. (2017). Combustion of Lignin-Rich Residues
with Coal in a Pilot-Scale Bubbling Fluidized Bed Reactor.
Powder Technology, (316), 718-724.
https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.11.063
Syskov, K.I., & Mashenkov, O.N. (1973). Termookislitel’noe
koksovanie ugley. Moskva: Metallurgiya.
Werther, J. (2007). Fluidized-Bed Reactors. Ullmann’s Ency-
clopedia of Industrial Chemistry.
https://doi.org/10.1002/14356007.b04_239
Werther, J. (2008). Fluidized-Bed Reactors. A List of Abbre-
viations/Acronyms Used in the Text is Provided at the End
of the Chapter. Handbook of Heterogeneous Catalysis.
https://doi.org/10.1002/9783527610044.hetcat0112
Zhang, Y., & Zheng, Y. (2016). Co-Gasification of Coal and
Biomass in a Fixed Bed Reactor with Separate and Mixed
Bed Configurations, Fuel, (183), 132-138.
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.06.066
ABSTRACT (IN RUSSIAN)
Цель. Разработка и исследование работы агрегата кипящего слоя со шнековым рабочим органом для подачи
и перемещения угля внутри рабочей камеры в процессе его термической деструкции.
Методика. Для составления динамической схемы работы механизма подачи угля в реактор кипящего слоя
применен метод теории графов. Исследование математической модели работы агрегата с реактором кипящего
слоя выполнено в системе Mathcad. Результаты решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений
реализованы методом Рунге-Кутта с заданным адаптивным шагом.
Результаты. Составлена система дифференциальных уравнений, описывающих работу механизма подачи
сыпучей среды в реакторе и поведение элементов привода при приложении к ротору двигателя момента Мдв, а к
шнековому механизму – момента сопротивления Мс. Результаты моделирования привода шнека показали, что
разгон двигателя и выход ротора двигателя механизма подачи и перемещения угля в реакторе КС на номиналь-
ную частоту вращения происходит примерно через 0.5 с, после чего вращение шнека проводится в установив-
шемся режиме с постоянной угловой скоростью.
Научная новизна. Разработана математическая модель, описывающая работу шнекового рабочего органа
для подачи угля и перемещения его внутри реактора кипящего слоя в виде системы дифференциальных уравне-
ний. Установлены новые зависимости изменения угловых перемещений тел во времени.
Практическая значимость. Разработана конструкция комбинированного устройства для пиролиза и гази-
фикации угля, позволяющая непрерывно получать помимо коксового продукта попутный горючий газ. Мето-
дический подход, разработанный применительно к сложным механическим системам, позволяет на стадии про-
ектирования объекта исследования получить информацию о взаимосвязях его основных параметров с учетом
конструктивных особенностей.
Ключевые слова: агрегат, шнек, пиролиз, полукокс, модель, динамика
ABSTRACT (IN UKRAINIAN)
Мета. Розробка та дослідження роботи агрегату киплячого шару зі шнековим робочим органом для подачі й
переміщення вугілля всередині робочої камери у процесі його термічної деструкції.
Методика. Для складання динамічної схеми роботи механізму подачі вугілля в реактор киплячого шару за-
стосовано метод теорії графів. Дослідження математичної моделі роботи агрегату з реактором киплячого шару
виконано в системі Mathcad. Результати рішення системи звичайних диференціальних рівнянь реалізовані ме-
тодом Рунге-Кутта із заданим адаптивним кроком.
A. Asanov, B. Mekenbaev, D. Chalybekov, J. Arziev. (2017). Mining of Mineral Deposits, 11(4), 79-85
85
Результати. Складена система диференціальних рівнянь, що описує роботу механізму подачі сипучого се-
редовища в реакторі та поведінку елементів приводу при додаванні до ротора двигуна моменту Мдв, а до шне-
ковому механізму – моменту опору Мо. Результати моделювання приводу шнека показали, що розгін двигуна і
вихід ротора двигуна механізму подачі й переміщення вугілля в реакторі КС на номінальну частоту обертання
відбувається приблизно через 0.5 с, після чого обертання шнека проводиться в сталому режимі з постійною
кутовою швидкістю.
Наукова новизна. Розроблено математичну модель, що описує роботу шнекового робочого органу для по-
дачі вугілля і переміщення його всередині реактора киплячого шару у вигляді системи диференціальних рів-
нянь. Встановлено нові аналітичні залежності зміни кутових переміщень тіл з часом.
Практична значимість. Розроблено конструкцію комбінованого пристрою для піролізу і газифікації вугіл-
ля, що дозволяє безперервно отримувати крім коксового продукту попутний горючий газ. Методичні підхід,
розроблений стосовно до складних механічних систем, дозволяє на стадії проектування об’єкта дослідження
отримати інформацію про взамозв’язки його основних параметрів із урахуванням конструктивних особливостей.
Ключові слова: агрегат, шнек, піроліз, напівкокс, модель, динаміка
ARTICLE INFO
Received: 21 October 2017
Accepted: 6 December 2017
Available online: 8 December 2017
ABOUT AUTHORS
Arstanbek Asanov, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Exploitation of Transport and Technological
Machines Department, Kyrgyz State University of Construction, Transportation and Architecture named after
N. Isanov, 34 b Maldybaev St, 720031, Bishkek, Kyrgyzstan. E-mail: asanov52@mail.ru
Bakyt Mekenbaev, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor of the Applied Informatics
Department, Kyrgyz State University of Construction, Transportation and Architecture named after N. Isanov,
34 b Maldybaev St, 720031, Bishkek, Kyrgyzstan. E-mail: mekenbt@mail.ru
Dastan Chalybekov, Instructor of the Exploitation of Transport and Technological Machines Department, Kyrgyz State
University of Construction, Transportation and Architecture named after N. Isanov, 34 b Maldybaev St, 720031,
Bishkek, Kyrgyzstan. E-mail: ds_hunt@mail.ru
Joromamat Arziev, Doctor of Technical Sciences, Director of the Institute of Natural Resources named after
A.S. Djamanbaev of the National Academy of Sciences of Kyrgyz Republic, 31 Karimov St, 720035, Osh, Kyrgyzstan.
E-mail: arziev2011@mail.ru
|