pdf.php@id=6178

5

Рис. 113. Зависимость удельного сопротивления осадка от температуры

Из экспериментальных данных следует несколько важных выводов:

—удельное сопротивление существенно зависит от гради­ ента давления в зоне малых градиентов — 0...0,08 МПа, затем эта зависимость становится менее значимой;

—температурная зависимость удельного сопротивления более однозначна и практически для всех составов топлив мо­ жет быть аппроксимирована линейной функцией;

—зависимость удельного сопротивления от химического состава топлив наиболее ярко проявляется для топлив с более активными, чем НГЦ, пластификаторами (МАДА) и топлив, содержащих мелкодисперсный катализатор (сажа). Так, топли­ ва МФ, МД, БМС отличаются от всех штатных и новых топ­

лив существенно более высоким удельным сопротивлением

иего зависимостью от давления и температуры.

Втабл. 21 приведены экспериментальные значения г0 при различных температурах, подтверждающие приведенные выше выводы.

Для определения удельного сопротивления массы при от­ жиме в начале винта, т. е. при существенно более высоких

231

Экспериментальное значение г0 для топливных масс двух составов (типа РДГ — с наполнителем и ненаполненный со­ став, представляющий двойную основу НЦ:НГЦ = 55:45), оп­ ределенные в интервале давлений 1...7 МПа, показаны на рис. 115 (относительная погрешность — -10...15%).

Видно, что удельное сопротивление фильтрованию при давлениях, эквивалентных давлению в канале винта, возраста­ ет на четыре порядка в сравнении с г0 в зоне фильтровальной решетки. Меняется вид самой функции r0 = f(P), вторая про­ изводная функции положительна. Очевидно, фильтрование во­ ды в канале винта происходит с меньшей эффективностью (по производительности), чем в зоне фильтровальной решетки.

Рис. 115. Зависимость удельного сопротивления осадка от давления в ка­ нале винта

1 - ВИК-2Д; 2 - РДГ-25; 3 - БП

233

Таблица 21

Экспериментальные значения удельного сопротивления фильтрования для различных баллиститных топливных масс

4.3.1.2 Водоотжим. Отжимные шнековые пресса

При исследовании закономерностей водоотжима и разра­ ботке нового отжимного пресса учитывались следующие тре­ бования:

—влага из пороховой массы должна удаляться механиче­ ским способом до ее минимального значения;

—с целью управления качеством продукции в автомати­ ческом режиме должна быть возможность регулирования влажности массы в необходимых пределах;

—для более эффективного использования механической энергии, затрачиваемой на отжим воды из массы, с целью бо­ лее глубокой пластификации НЦ целесообразно создать сило­ вое поле (давление, температура, сдвиг), способствующее бо­ лее интенсивному протеканию этого процесса.

Итак, аппарат должен максимально удалять воду, иметь возможность регулировать остаточную влагу в определенных пределах и пластифицировать пороховую массу, т. е. он должен взять на себя и часть той работы, которую выполняют вальцы.

Поскольку операция механического удаления воды включа­ ет две стадии — фильтрование и отжим, инженерная задача может быть решена двумя путями:

— фильтрование в центрифуге с высоким фактором разде­ ления и отжим в шнек-прессе;

234

— фильтрование в гравитационном поле (с низким факто­ ром разделения) и отжим в шнек-прессе.

В первом случае технологический процесс выполняется двумя аппаратами, во втором — он может быть организован в одном.

Для упрощения конструктивного решения второй путь предпочтителен, хотя в существующем промышленном прессе ПО-125 именно операция фильтрования, как правило, по про­ изводительности является узким местом. Следовательно, до­ полнительно к перечисленным выше требованиям необходимо учесть интенсификацию процесса фильтрования.

Разработка пресса, отвечающего перечисленным требовани­ ям, проводилась на основе физического и математического моделирования процессов.

На рис. 116 показана физическая модель процессов фильт­ рования и водоотжима в отжимном прессе. Суспензия порохо­ вой массы под действием гидростатического столба (или дав­ ления) из бункера поступает по каналу в пресс, фильтруется в зоне фильтровальной решетки (со сводообразованием). Слой осадка от бункера до конца зоны фильтрования непрерывно

;«

фильтрат

Рис. 116. Физическая модель фильтрования и водоотжима в отжимном прессе

235

Под действием давления осадок уплотняется, оказывая сопро­ тивление фильтрату.

В закрытой части канала вода, оставшаяся в массе, в усло­ виях сжатия вследствие уменьшающегося сечения канала и значительного градиента давления движется назад в зону фильтровальной решетки.. Давление на выходе из пресса, рав­ ное интегральному значению градиента давления по оси кана­ ла, определяется сопротивлением фильеры и вязкостью массы на выходе из пресса.

Для решения задачи в простейшем варианте — оптимиза­ ции технологических процессов фильтрования и водоотжима — необходимо исходить из следующих условий:

—длина зоны фильтрования должна рассчитываться по времени заполнения осадком всей глубины канала в самых неблагоприятных случаях;

—геометрические параметры напорной части канала должны учитывать не только наличие обратного потока мас­ сы, но и фильтрование в обратном направлении значительно­ го количества воды (до 50%);

—максимально развиваемое прессом давление должно превышать сопротивление фильеры для самых неблагоприят­ ных условий.

Следовательно, математическая модель процесса должна включать расчетные выражения фильтрования воды в зоне ре­ шетки, отжима воды в закрытой части канала винта и течения массы в канале. Решение задачи в инженерном плане своди­ лось к установлению взаимосвязи между фильтрационными и реологическими характеристиками массы и конструктивны­ ми параметрами пресса. Для упрощения решения обе зоны (фильтрования и отжима) рассматривались независимыми. На рис. 117 показаны условные обозначения геометрических па­ раметров пресса в зоне фильтровальной решетки. Для цилинд­ рического элемента фильтровальной решетки сопротивлением ЯФ'Р длиной dx и площадью Sx объемная скорость фильтрова­ ния в соответствии с уравнением Дарси выражается:

Введем в выражение (4.43) Sx = nDdx и у = -^ -х , получим:

^ф.р.

236

Рис. 117. Соотношение параметров зоны фильтрования (к выводу уравнения)

Таким образом, скорость фильтрования (по объему фильт­ рата) имеет линейную зависимость от диаметра фильтроваль­ ной решетки и длины зоны фильтрования. С увеличением глубины канала в зоне фильтрования (высоты слоя осадка) скорость фильтрования падает.

Без учета сопротивления фильтровальной решетки (R$.p. на два порядка ниже r0h^p.) выражение для скорости фильтрова­ ния примет вид:

237

Для определения взаимосвязи параметров пресса и условий фильтрования с концентрацией массы исходили из условия об­ разования слоя осадка толщиной dh, в /' —том элементе (рис.

сс

рост массы осадка толщиной dh и ее объема в /-том элементе.

h — м; AP — Па; с — кг/м3.

Таким образом, длина фильтровальной зоны обратно про­ порциональна концентрации суспензии, выраженной в кг/м3.

238

Рис. 118. Зависимость длины фильтровальной зоны (1ф^ от технологиче­ ских и конструктивных параметров: удельного сопротивления массы (г^);

пресса ПО-125 для условий фильтрования, близких к реальным. Из полученных расчетов видно, что производительность зоны фильтрования пресса ПО-125 существенно превышает фактическую производительность пресса в реальных условиях

(600... 1000 кг/ч). Отсюда следует два важных вывода:

—при нормальных условиях работы зоны фильтрования определяющей по производительности пресса в целом являет­ ся зона отжима;

—наблюдаемое на практике резкое снижение производи­ тельности зоны фильтрования, очевидно, обусловлено частич­

ным замазыванием фильтровальной решетки с возрастанием удельного сопротивления на несколько порядков.

Итак, при разработке нового пресса для обеспечения ста­ бильной работы зоны фильтрования с расчетной производи­ тельностью необходимы инженерные решения, исключающие возможность замазывания решетки.

Для расчета зоны водоотжима, определяющейся законо­ мерностями фильтрования воды в канале винта под действием

239

градиента давления dP/dZ через слой массы Z вдоль канала винта, также может быть использовано выражение Дарси. Для количества воды, отжимаемой через элементарный цилиндри­ ческий объем толщиной dZ, можно записать:

Как видно из данного выражения, решение задачи возмож­ но при условии определения градиента давления как функции осевой координаты Z dP/dZ = f(Z) и удельного сопротивления, зависящего от гидростатического давления, т. е. являющегося также функцией осевой координаты. Выражение для градиента давления в канале шнек-пресса и давления вдоль оси канала могут быть взяты из работы [115]:

где тср, т“", тйет — напряжение среза, внешнего трения соот­ ветственно на винте и втулке; ф — угол подъема винтовой ли­ нии; A, b — глубина канала винта и ширина; А = зтф^оц + + tga2), где а) и а2 - углы конусности соответственно винта и втулки.

Для установления количественных зависимостей необходи­ мо экспериментальное определение реологических характери­ стик влажных масс.

Принципиальная схема установки для определения удель­ ного внешнего трения и напряжения среза влажных масс по­ казана на рис. 119. Сущность методики состоит в определении напряжения на границе канала цилиндрического образца, на­ ходящегося под определенным давлением, и стержня с глад­ кой или резьбовой поверхностью, скользящего вдоль канала образца. Напряжение на границе с гладким стержнем — ти, с рифленым — тср. Установка монтируется на нижней траверсе разрывной машины Р-5. Силоизмерительная система выполне-

240