Например, Бобцов

Выбор перемешивающего устройства на основе построения его морфологической модели

УДК 664
Выбор перемешивающего устройства на основе построения его морфологической модели
Арет В.А., Орлов В.В., Зеленков С.К.
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
Предложена процедура построения морфологической модели структуры перемешивающего устройства. Определены морфологические параметры модели, выбраны морфологические значения этих параметров. Построена морфологическая модель (матрица) объекта. На примере смесителя для творога с наполнителями показана процедура выбора моделей структуры.
Ключевые слова: перемешивающее устройство, морфологическая модель, морфологические параметры.
Выбор перемешивающего устройства является сложной многопараметрической задачей, что связано с многообразием типов перемешивающих устройств [1-3], различием в свойствах перемешиваемых сред, заданием различного уровня достижения уровня концентрационного градиента в перемешиваемой системе и т.п. Применяемые в настоящее время методики [4, 5], основаны на соблюдении соответствия конструктивных особенностей мешалок физико-механическим свойствам перемешиваемой среды, что позволяет отграничить ряд перемешивающих устройств (например для маловязких жидкостей — быстроходные мешалки, для высоковязких — тихоходные). Дальнейший выбор осуществляется на основе инженерного опыта, интуиции либо после проведения экспериментальных исследований. В первом случае отсутствует гарантия выбора оптимального решения, во втором, требуются длительные, дорогостоящие исследования.
Задача объективного выбора перемешивающего устройства может быть решена на основе предложенного Ф.Цвикки морфологического подхода [6], широко применяемого для анализа и синтеза технических систем [7,8]. Метод представляет собой систематическое нахождение всех возможных вариантов системы путем комбинированного выделения структурных элементов и их признаков. Процедура включает следующие этапы:
1. формулирование определения объекта; 2. ограничение параметров объекта; 3. сопоставление каждому из параметров объекта набор идентифицирующих признаков; 4. нахождение возможных вариантов значений идентифицирующих признаков; 5. составление морфологической модели — матрицы; 6. выбор вариантов решения проблемы.

Анализ научно-технической литературы позволил выявить определение

объекта в виде: смеситель — это устройство, осуществляющее воздействие

подключенным к приводу рабочим органом на компоненты рабочей среды.

Применив декомпозицию описания объекта, определим морфологические

параметры в виде:

Р1 — организация воздействия на перемешиваемую среду; Р2 — привод

рабочего органа; Р3 — рабочий орган; Р4 — перемешиваемая среда.

Полученным морфологическим параметрам сопоставим наборы

идентифицирующих признаков:

для Р1: R11 — временнáя организация воздействия; R12 — принцип

воздействия;

для

Р2:

R

1 2



тип

привода;

R

2 2



организация

соединения

с

мешалкой;

для Р3:

R13

— тип мешалки;

R

2 3

— расположение

мешалки;

для Р4: R14 — фазовое состояние компонентов перемешиваемых сред (т —

твердый, ж — жидкий, г — газообразный).

Путем перехода к отдельным значениям сформулированных признаков

была получена морфологическая модель объекта (табл.1).

Таблица 1

Р1 R11(1) - периодическая

R

1
1(

2)

-

непрерывная

R11(3) - циклическая

R12(1) - статическое

R

2
1(

2)

-

механическое

R12(3) - положение

смешение

перемешивание

электромагнитного поля

Р2 R12(1) - бесприводной

R

1
2(2)

- ручной

R12(3) - электрический

R

2
2(1)

-

через

вал

R

2
2(2)

-

через редуктор

R

2
2(3)

-

бесконтактно

и вал

Р3 -R13(1)

-R13(2)

-R13(3)

-R13(4)

-R13(5)

лопастная турбинная якорная

шнековая комбинированная

(рамная)

R

2
3(1)

-

горизонтально

R

2
3(

2)

-

вертикальное

R

2
3(3)

-наклонное

Р4 R14(1) т-т

R14(2) ж-ж

R

1
4(3)

г-г

R14(4) т-ж R14(5) т-г

R14(6) ж-г

Морфологическая модель объекта задает комбинаторное множество

возможных вариантов структуры объектов. Количество вариантов определяется

количеством идентифицирующих параметров. В частности, на основе

полученной модели может быть построено следующее количество вариантов

структуры объекта:

N=3 3 3 3 5 3 6=7290

Рассмотрим выбор варианта структуры устройства для смешения творога и

наполнителей в поточном производстве. Для поточного производства

характерно

непрерывное

воздействие

на

продукт

.R1 1( 2 )

Полагая,

что

течение

творога в рабочих органах перемешивающего устройства соответствует

течению

вязкой

жидкости

выбираем

механическое

перемешивание

( )R2 1( 2 )

с

электрическим

приводом

( )R1 2(3)

через

редуктор

и

вал

( )R2 2(2)

либо

перемешивание

бесконтактным

(R2 2(3)

)

наложением

электрического

поля

(

R2 1(3)

).

Может

быть

применена

якорная

(

R1 3(3)

),

шнековая

(

R1 3(4)

),

либо

комбинированная

R1 3(5)

мешалка

любого

расположения

( ).R

2 3(1)

,

R

2 3(2

)

,

R

2 3(3)

Полагаем,

что

перемешивается с творогом твердый наполнитель ( R14(4) ). Тогда, исходя из

выбранных морфологических параметров перемешивающего устройства

получаем граф-функцию вариантов структуры перемешивающего устройства

(рис.1).

Рис.1. Граф-функция вариантов структуры устройства для смешивания творога с наполнителями
Для выделенных девяти вариантов структуры объекта по научнотехнической и патентной литературе определяем технические характеристики и выбираем оптимальный вариант либо исходя из технико-экономической оценки, либо привлекая положения теории принятия решений [9].
Список литературы
1. Брагинский Л.М., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах. – Л.: Химия, 1984. – 336с.
2. Швонец В.Н., Зайцев В.Н. Аппараты с перемешивающими устройствами. – Кемерово: КТИПП, 1993 – 135с.
3. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками./Пер. с польского под ред. И.А. Шупляке. – Л.: Химия, 1975 – 384с.

4. Руководящий нормативный документ. Механические перемешивающие устройства. Метод расчета. РД 26-01-90-85. Л.: РТП ЛенНИИХимМаша, 1985 – 384с.
5. ГОСТ 20680-2002. Аппараты с механическими перемешивающими устройствами. Общие технические условия. – Минск: ИПК издательство стандартов, 2002 – 18с.
6. Zwicky F. Discovery, Invention, Research through the Morphological Approach. New York: McMillan, 1969.
7. Одрин В.М. Метод морфологического анализа технологических систем. М.: ВНИПИ, 1989 – 310с.
8. Назаров А.А., Орлов В.В. Построение морфологической модели технологического процесса с целью прогнозного обеспечения путей его совершенствования. В кн.: Процессы, управление, машины и аппараты пищевой технологии. – Л.: ЛТИ им Ленсовета, 1985 – с.13-18.
9. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений. /Пер. с нем. Н.В.Васильченко, В.А. Думского. – М.: Мир, 1990 – 204с.
Choosing a mixer on the basis of morphological modeling
V.A.Aret, V.V.Orlov, S.K. Zelenkov.
Saint-Petersburg State University of Refrigeration & Food Engineering
A procedure of constructing a morphological model for a mixer design is proposed. Defined are morphological parameters of the model, and chosen are morphological values of these parameters. A morphological model (matrix) of an object is made. The procedure of choosing a design type is shown by the example of a cottage cheese blender.
Key words: mixer, morphological model, morphological parameters