книги2 / 75

PERSPECTIVESCIENTIFICRESEARCH:EXPERIENCE,PROBLEMSANDDEVELOPMENTPROSPECTS

УДК 676.056.23/27

ВЛИЯНИЕ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ НА НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВАЛОВ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНЫХ МАШИН

П.В. Анохина, А.А. Ефремов, С.А. Рыжков,

студенты 3 курса, напр. «Технологические машины и оборудование», профиль «Машины и оборудование лесного комплекса»

В.В. Васильев,

ст.преп., ФГБОУ ВО УГЛТУ, г. Екатеринбург

Аннотация: В работе обосновывается влияние неуравновешенности на напряженное состояние сетковедущих валов бумагоделательной машины на примерах твердотельных 3D-моделей реальных конструкций. Приведенные модели валов могут быть использованы для прогнозирования их напряженного состояния при эксплуатации и модернизации бумагоделательной машины.

Ключевые слова: бумагоделательная машина, валы, напряженное состояние, моделирование, неуравновешенность

Одним из основных источников повышенной вибрации бумагоделательных машин (далее – БМ) является неуравновешенность валов [1]. Неуравновешенность возникает при несовпадении оси вращения вала с главной осью инерции, из-за неоднородности материала, отклонений при изготовлении и сборке валов, из-за дефектов, возникающих при их эксплуатации. Неуравновешенные валы испытывают дополнительные нагрузки в подшипниковых опорах, имеют повышенные амплитуды колебаний, деформации, что увеличивает напряженное состояние вала.

Различают три вида неуравновешенностей: статическую, моментную и динамическую.

При статической неуравновешенности опоры межопорных роторов нагружаются силами, совпадающими по направлению. При моментной неуравновешенности – силами в противоположном направлении. Динамически неуравновешенный вал нагружает опоры

~ 60 ~

ПЕРСПЕКТИВНЫЕНАУЧНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ:ОПЫТ,ПРОБЛЕМЫИПЕРСПЕКТИВЫРАЗВИТИЯ

силами, не равными по величине и не совпадающими по направлению

[2-4].

Опоры валов представляют собой самоустанавливающиеся сферические радиальные двухрядные роликовые подшипники, корпуса которых установлены на станинах БМ.

Учитывая, что валы БМ эксплуатируются длительное время, испытывая за срок эксплуатации тысячи циклов нагружений, появление дополнительных напряжений в материале вала может привести к снижению коэффициентов запаса прочности, появлению трещин в рубашке вала, поломкам цапф, авариям. При модернизации БМ с целью увеличения ее скорости, как правило, требуется оценка необходимости балансировки валов.

Кроме того, в процессе эксплуатации оборудования, ремонта и перешлифовок валов фактическая величина неуравновешенности может существенно меняться, изменяется при этом и напряженное состояние вала. Поэтому оценка и прогнозирование напряженного состояния неуравновешенного вала является актуальной задачей.

Напряженное состояние уравновешенных валов оценивается по нормальным и касательным напряжениям, возникающим в материале вала под действием собственного веса вала и натяжения сетки, сукна или бумаги (рис. 1).

Суммарная нагрузка на вал определится по формуле:

При вращении вала массой m с угловой скоростью возникают:

сила инерции неуравновешенных масс вала Fи, приведенная к центру масс вала

где – центробежный момент инерции неуравновешенных масс вала, кгм2.

МЕЖДУНАРОДНАЯНАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯКОНФЕРЕНЦИЯ | НИЦВЕСТНИКНАУКИ | WWW.PERVIY-VESTNIK.RU

~ 61 ~

PERSPECTIVESCIENTIFICRESEARCH:EXPERIENCE,PROBLEMSANDDEVELOPMENTPROSPECTS

Рисунок 1 – К определению нагрузки на трубчатый вал (m – масса вала, кг; FG – сила тяжести вала, = 10, кН;

qc удельное натяжение сетки, сукна, бумаги, кН/м; bc – ширина сетки, сукна, бумаги, м; FH – нагрузка на вал от натяжения сетки, кН;– угол охвата вала сеткой, град; угол между биссектрисой угла между ветвями сетки, сукна, бумаги, охватывающих вал, и вектором силы веса вала, град; FС – суммарная нагрузка на вал, кН)

Вектор силы инерции неуравновешенных масс вращается вместе с валом. Вектор суммарной статической нагрузки на вал неподвижен. Суммарная статическая и динамическая нагрузка имеет пульсирующий характер. Наибольшую нагруженность испытывают опоры, а, следовательно, и цапфы вала, при совпадении векторов статической и динамической нагрузки.

На рисунках 2-4 представлены примеры 3D-моделей сетковедущих валов одной из бумагоделательных машин АО «Соликамскбумпром», выполненные в программном продукте

Pro/ENGINEER.

Все валы имеют трубчатую конструкцию, представляют собой тонкостенные трубы из стали с толщиной стенки 3,5...30 мм. Наружные диаметры валов 200…450 мм. По концам трубы запрессованы чугунные патроны, а в них – стальные цапфы. Конструкции патронов и цапф различны.

~ 62 ~

ПЕРСПЕКТИВНЫЕНАУЧНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ:ОПЫТ,ПРОБЛЕМЫИПЕРСПЕКТИВЫРАЗВИТИЯ

Рисунок 2 – Примеры твердотельных моделей сетковедущих валов

Рисунок 3 – Модели напряженного состояния сетковедущих валов, нагруженных суммарной статической нагрузкой

Рисунок 4 – Модели напряженного состояния сетковедущих валов от суммарных статических нагрузок и неуравновешенностей

При совпадении векторов статической и динамической нагрузки напряжения в рубашке и цапфах вала возрастают (рис. 4).

Из-за увеличения суммарных напряжений от статических нагрузок и неуравновешенностей происходит снижение прочности валов. Во избежание этого напряжение от неуравновешенности вала не должно превышать 5 % нагрузки от собственного веса.

Разработанные 3D-модели конкретных сетковедущих валов (рис. 2-4) могут быть использованы предприятием для

МЕЖДУНАРОДНАЯНАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯКОНФЕРЕНЦИЯ | НИЦВЕСТНИКНАУКИ | WWW.PERVIY-VESTNIK.RU

~ 63 ~

PERSPECTIVESCIENTIFICRESEARCH:EXPERIENCE,PROBLEMSANDDEVELOPMENTPROSPECTS

прогнозирования их напряженного состояния при эксплуатации или модернизации БМ.

Список литературы

[1]Эйдлин И.Я. Бумагоделательные и отделочные машины [Текст] / И.Я. Эйдлин. // 3-е изд., испр. и доп. – Изд-во «Лесная промышленность», 1970. 624 с.

[2]Куцубина Н.В. Теория и практика оценки технического состояния трубчатых валов бумагоделательных машин [Текст] / Н.В. Куцубина. – Екатеринбург: Уральск. гос. лесотехн. ун-т, 2016. 132 с.

[3]Куцубина Н.В. Виброзащита технологических машин и оборудование лесного комплекса [Текст] / Н.В. Куцубина А.А. Санников. – Екатеринбург: Уральск. гос. лесотехн. ун-т. 2008. 212 с.

[4]Подготовка кадров и эффективность производства [Текст] / под ред. А.А. Санникова, Н.В. Куцубиной, Л.В Фисюк; Уральск. гос. лесотехн. ун-т. – Екатеринбург, 2013. 320 с.

©П.В. Анохина, А.А. Ефремов, С.А. Рыжков, В.В. Васильев, 2022

~ 64 ~

ПЕРСПЕКТИВНЫЕНАУЧНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ:ОПЫТ,ПРОБЛЕМЫИПЕРСПЕКТИВЫРАЗВИТИЯ

УДК 614.841.345

ОЦЕНКА ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ СРЕДЫ ВНУТРИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

В.И. Варламова,

студент 2 курса магистратуры, напр. «Управление пожарной безопасностью», ФГАОУ ВО «Северо-Восточный Федеральный университет им. М.К. Аммосова», г. Якутск

Аннотация: В настоящее время перед Государственной противопожарной службой ставятся большие и ответственные задачи по обеспечению объектов различных форм собственности надежной противопожарной защитой. Предотвращение пожаров и взрывов объединяется общим понятием – пожарная профилактика. Пожарная профилактика является важнейшей составной частью общей проблемы обеспечения пожаровзрывобезопасности различных объектов, и поэтому ей уделяется первостепенное внимание при решении вопросов защиты объектов от пожаров и взрывов. Пожарная профилактика предусматривает оценку пожаровзрывоопасных производств и назначение различных мероприятий организационного и технического характера. Мероприятия пожарной профилактики регламентируются различными нормативными документами.

Ключевые слова: взрывоопасность, оборудования, оценка, пожарная профилактика, организационные мероприятия, обеспечение безопасности

Пожары на объектах промышленности, сельского хозяйства, на транспорте, в общественных и жилых зданиях - это бедствия, которые нередко сопровождаются гибелью людей и безвозвратными материальными потерями. мукомольный противопожарный водоснабжение.

По пожарной и взрывопожарной опасности помещения производственного и складского назначения независимо от их функциональногоназначения подразделяются наследующиекатегории:

МЕЖДУНАРОДНАЯНАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯКОНФЕРЕНЦИЯ | НИЦВЕСТНИКНАУКИ | WWW.PERVIY-VESTNIK.RU

~ 65 ~

PERSPECTIVESCIENTIFICRESEARCH:EXPERIENCE,PROBLEMSANDDEVELOPMENTPROSPECTS

1)повышенная взрывопожароопасность (А);

2)взрывопожароопасность (Б);

3)пожароопасность (В1 – В4);

4)умеренная пожароопасность (Г);

5)пониженная пожароопасность (Д).

Здания, сооружения, строения и помещения иного назначения разделению на категории не подлежат [5].

Категории помещений по пожарной и взрывопожарной опасности определяются исходя из вида находящихся в помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, а также исходя из объемно-планировочных решений помещений и характеристик проводимых в них т ехнологических процессов.

Определение категорий помещений следует осуществлять путем последовательной проверки принадлежности помещения к категориям от наиболее опасной (А) к наименее опасной (Д).

Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности принимаются в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1 – Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

~ 66 ~

ПЕРСПЕКТИВНЫЕНАУЧНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ:ОПЫТ,ПРОБЛЕМЫИПЕРСПЕКТИВЫРАЗВИТИЯ

Определение категорий помещений следует осуществлять путем последовательной проверки принадлежности помещения к категориям, приведенным в таблице 1, от наиболее опасной (А) к наименее опасной (Д).

Оценку пожарной безопасности технологических процессов повышенной пожарной опасности осуществляют с помощью критериев:

индивидуального риска;

–социального риска;

регламентированных параметров пожарной опасности технологических процессов [1].

Пожарная безопасность технологических процессов считается безусловно выполненной, если:

индивидуальный риск меньше 10-8;

социальный риск меньше 10-7 [4].

При оценке пожарной опасности технологического процесса необходимо оценить расчетным или экспериментальным путем:

избыточное давление, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей в помещении;

размер зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР) газов и паров;

интенсивность теплового излучения при пожарах проливов ЛВЖ и ГЖ для сопоставления с критическими (предельно допустимыми) значениями интенсивности теплового потока для человека и конструкционных материалов;

размеры зоны распространения облака горючих газов и паров при аварии для определения оптимальной расстановки людей и техники при тушении пожара и расчета времени достижения облаком мест их расположения;

возможность возникновения и поражающее воздействие «огненного шара» при аварии для расчета радиусов зон поражения людей от теплового воздействия в зависимости от вида и массы топлива;

параметры волны, давления при сгорании газопаровоздушных смесей в открытом пространстве;

МЕЖДУНАРОДНАЯНАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯКОНФЕРЕНЦИЯ | НИЦВЕСТНИКНАУКИ | WWW.PERVIY-VESTNIK.RU

~ 67 ~

PERSPECTIVESCIENTIFICRESEARCH:EXPERIENCE,PROBLEMSANDDEVELOPMENTPROSPECTS

поражающие факторы при разрыве технологического оборудования вследствие воздействия на него очага пожара;

интенсивность испарения горючих жидкостей и сжиженных газов на открытом пространстве и в помещении;

температурный режим пожара для определения требуемого предела огнестойкости строительных конструкций;

требуемый предел огнестойкости строительных конструкций, обеспечивающий целостность ограждающих и несущих конструкций пожарного отсека с технологическим процессом при свободном развитии реального пожара;

размер сливных отверстий для горючих жидкостей в поддонах, отсеках и секциях производственных участков. При этом площадь сливного отверстия должна быть такой, чтобы исключить перелив жидкости через борт ограничивающего устройства и растекание жидкости за его пределами;

параметры паровых завес для предотвращения контакта парогазовых смесей с источниками зажигания. При этом завеса должна исключать проскок горючей смеси в защищаемую зону объекта;

концентрацию флегматизаторов для горючих смесей, находящихся в технологических аппаратах и оборудовании;

другие показатели пожаровзрывоопасности технологического процесса, необходимые для анализа их опасности и рассчитываемые по методикам, разрабатываемым в специализированных организациях [6].

Внутри технологического оборудования при нормальных условиях для образования взрывоопасных концентраций должны выполняться два условия:

1) наличие паровоздушного пространства;

2) наличие жидкости при температуре, лежащей в интервале температурных пределов воспламенения.

Процесс насыщения свободного объема аппарата протекает в две стадии:

1. Первая стадия длится до тех пор, пока пары испаряющейся жидкости достигают верхней части свободного пространства аппарата (крышки резервуара).

~ 68 ~

ПЕРСПЕКТИВНЫЕНАУЧНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ:ОПЫТ,ПРОБЛЕМЫИПЕРСПЕКТИВЫРАЗВИТИЯ

2. Вторая стадия наступает после полного заполнения свободного объема аппарата, после чего наступает процесс полного насыщения свободного объема аппарата [1].

В технологической схеме могут быть аппараты с горючими жидкостями, причем уровень жидкости может изменяться при наполнении или расходе продукта. Могут быть аппараты, полностью заполненные жидкостью (например, насосы, трубопроводы), аппараты

сгорючими газами и аппараты, внутри которых находятся одновременно горючая жидкость и газ. Поэтому вначале следует выяснить, есть ли аппараты с переменным уровнем горючей жидкости. Это обычно резервуары, вертикальные и горизонтальные емкости, мерники и другие подобные им аппараты. В таких аппаратах над поверхностью жидкости всегда есть паровоздушное пространство, концентрация паров в котором может быть ниже нижнего предела распространения пламени (воспламенения), в пределах воспламенения (взрыва) или выше верхнего предела распространения пламени (воспламенения) [2].

Как правило, аппараты заполнены газами без наличия воздуха, рабочая концентрация газа в аппарате будет равна 100 %. Следовательно, она практически всегда выше верхнего концентрационного предела воспламенения, т.е. опасность взрыва (взрывоопасная концентрация) отсутствует.

При нормальном режиме работы в некоторых аппаратах данного технологического процесса образуется паровоздушное пространство, и возможность образования горючей среды существует, а именно, в смесителе-растворителе и в окрасочной камере.

Возможность образования горючей среды в закрытых аппаратах с ГЖ и ЛВЖ может быть оценена путем:

проверки наличия над зеркалом жидкости свободного паровоздушного объема;

сравнения рабочей концентрации паров жидкости с концентрационными пределами воспламенения;

сравнения рабочей температуры жидкости в аппарате со значениями температурных пределов воспламенения [3-6].

Основные направления защиты от образования ГС в аппаратах

сГЖ и ЛВЖ:

1. Ликвидация свободного паровоздушного объема.

МЕЖДУНАРОДНАЯНАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯКОНФЕРЕНЦИЯ | НИЦВЕСТНИКНАУКИ | WWW.PERVIY-VESTNIK.RU

~ 69 ~