способ диагностирования негерметичности молокопроводов доильных установок

Формула изобретения

Способ диагностирования негерметичности молокопроводов доильных установок, отличающийся тем, что в молокопровод помещают поршень-индикатор, при движении которого замеряют время его движения по молокопроводу или его участку, вакуумметрическое давление в предпоршневом и запоршневом пространствах молокопровода в начале движения и определяют негерметичность молокопровода по формуле



где k поправочный коэффициент;

R радиус молокопровода, м;

l длина молокопровода, м;

T время движения поршня-индикатора, с;

Р_в1 и Р_в2 вакууметрическое давление соответственно в предпоршневом и запоршневом пространствах молокопровода, Па;

l_о расстояние от начальной точки молокопровода до точки запуска поршня-индикатора, м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к способам диагностирования негерметичности молокопроводов доильных установок.

Цель изобретения снижение затрат на диагностирование, повышение точности диагностирования, обеспечение проверки герметичности отдельных участков и петель молокопровода.

Известен способ проверки негерметичности молокопроводов доильных установок с помощью индикаторов КИ-4840, при котором сравнивают результаты показаний индикатора при отклоненном и включенном в работу молокопроводе, причем разница показаний определяет количество воздуха, попадающего в молокопровод за счет неплотностей в нем [1] Данный способ имеет некоторые недостатки: большие затраты времени на проверку негерметичности, сложность конструкции и дороговизна индикатора, ограничение пропускной способности величиной 70 м³/ч, невозможность диагностирования отдельных участков и петель молокопровода.

Известен также способ проверки негерметичности молокопроводов по скорости падения вакуумметрического давления с 50 до 36 кПа после отключения вакуумной системы доильной установки от вакуумных насосов [2] Недостатками этого способа являются: невозможность фиксирования вакууметрического давления на отметке 50 кПа из-за отсутствия быстродействующих задвижек, зависимость точности измерения от вместимости вакуумной системы, невозможность диагностирования отдельных участков и петель молокопровода.

Предлагаемый способ диагностирования негерметичности молокопроводов доильных установок заключается в том, что при проверке негерметичности молокопровода или его отдельного участка в него помещается поршень-индикатор, при движении которого по молокопроводу фиксируется время его движения, вакууметрическое давление в предпоршневом и запоршневом пространствах молокопровода, и по этим показаниям расчетным путем определяется негерметичность (расход воздуха через неплотности) молокопровода. Полученный результат сравнивают с допустимой величиной негерметичности и делают вывод о техническом состоянии молокопровода.

Для вывода формулы расчета негерметичности представим отверстия неплотностей в виде одной узкой щели, направленной вдоль образующей цилиндрической трубы. Ширина этой щели y в общем случае равна y f(x). Левый торец закрыт (см. чертеж). В отсутствие поршня 2 при соответствующей подаче вакуумных насосов и настрое вакуумрегулятора в трубе постоянно поддерживается рабочее давление P₁, несмотря на наличие подсоса воздуха через щель. Если в этот момент в трубу поместить поршень 2, то в запоршневом пространстве II давление начнет повышаться до величины P₂. При этом P_a > P₂ > P₁, где P_a атмосферное давление. Поршень начинает двигаться по трубе в сторону меньшего давления P₁. Движущей силой поршня будет сила F.

F = (P₂-P₁)R² > F_тр (I),

где F_тр сила трения, H;

R радиус трубы, м.

Примем следующие допущения:

сила трения по всей длине трубы постоянна;

сила инерции и сила трения воздуха, текущего по трубе вслед за поршнем, пренебрежительно малы по сравнению с F_тр вследствие малости массы поршня и сравнительной малости скоростей движения поршня;

прососы воздуха в зазоре между поршнем и стенкой трубы отсутствуют.

За время dt объем запоршневого пространства возрастает на величину dV = R²dx за счет того, что через щель длиной (x + dx) и шириной f(x) в него натечет атмосферный воздух. Объем этого воздуха будет равен

dV [(x + d[)f(x)]v₂dt (2)

где (x + dx)f(x) площадь щели, м²;

v₂ скорость воздуха, натекающего через щель в запоршневое пространство, м/с.

Дифференциальное уравнение движение поршня-индикатора будет иметь вид:

R²dx = [(x+dx)f(x)]v₂dt (3)

или

R²dx = v₂f(x)(xdt+dxdt) (4).

Пренебрегая членом dxdt как величиной второго порядка малости, получим

R²dx = v₂f(x)xdt (5).

Значение величины y f(x) в общем случае неопределимо. Заменим f(x) приведенной шириной щели b, имеющей по всей длине трубы постоянное значение. Приведенной шириной щели b называется ширина такой щели, расход воздуха через которую равен действительному расходу Q_д через все реальные неплотности.

blv₂ Q_д,

откуда ,

где l длина трубы, м

b приведенная ширина щели, м.

Преобразовав уравнение (5), получим,

.

Ввиду постоянства величин V₂, b, , R, обозначим

,

тогда

,

где v_n скорость продвижения поршня-индикатора по трубе, м/с.

Формула (9) показывает, что поршень-индикатор в трубе будет двигаться ускоренно со скоростью, линейно возрастающей с ростом X. Время T прохождения поршнем-индикатором расстояния от l₀ до l получим, проинтегрировав зависимость (7) предварительно разделив переменные.

.

После преобразования получим

.

В этих формулах l₀ всегда больше нуля. Если же l₀ 0, то натекания атмосферного воздуха в запоршневое пространство не будет. Движения поршня происходить не будет.

Формула (11) показывает, что если через трубу пропускать поршни с различной силой трения, но обязательно в пределах l₀.l, то BT const.

Определим значение приведенной ширины щели b, использовав формулы (8) и (13).

.

Имея значение приведенной ширины щели и ее длину, можно определить расход воздуха через нее при любом давлении внутри трубы P₁ < P_a. Например, расход воздуха Q₁ через такую щель при рабочем давлении в молокопроводе P₁ будет равен

Q₁ blv₁,

где v₁ скорость атмосферного воздуха, натекающего в трубу через щель при давлении внутри трубы P₁ < P_a м/с;

bl площадь щели, м².

Подставив значение b из (14), получим,

.

Выражение l/T в данной формуле представляет собой среднюю скорость поршня-индикатора на участке l.

.

Ширина щели b в реальных условиях изменяется от нескольких единиц до сотен микрометров. Поэтому при определении скоростей v₁ и v₂ вполне уместно использовать закономерности истечения газов и жидкостей через малые отверстия.

На основании этих закономерностей:

,

,

где P₁ = (P_a-P₁); P₂ = (P_a-P₂) разность давлений в предпоршневом и запоршневом пространствах трубы и давлением воздуха на наружной поверхности трубы, Па;

коэффициент скорости.

Разность давлений DP₁ и P₂ есть вакуумметрическое давление (вакуум), измеряемое вакуумметрами, установленными соответственно в предпоршневом и запоршневом пространстве трубы.

P₁ = P_в1 (20),

P₂ = P_{в2 u} (21).

Подставив значение v₁ и v₂ из формул (18) и (19) и из (16), после преобразований получим

,

либо

.

Для учета реальных условий движения поршня-индикатора (наличие перетечек воздуха через зазор между поршнем и трубой, непостоянство силы сопротивления по длине молокопровода) результат, полученный по формуле (23), необходимо умножить на поправочный коэффициент "к", определяемый опытным путем. По данным авторов коэффициент к 1,05 1,1. С учетом сказанного формула (23) будет иметь вид

.

Литература.

1. Карташов Л.П. Контроль при машинном доении. М. Россельхозиздат, 1977.

2. Памятка по регулировке доильных установок при их эксплуатации. Минск: ВНИИТИМЖ, 1989.