Диссертация (Совершенствование конденсационно-адсорбционных установок подготовки воздуха для кабельных линий связи)

Московский государственный технический университет имени Н.Э. БауманаНа правах рукописиКалугина Ольга ГеннадьевнаСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНДЕНСАЦИОННОАДСОРБЦИОННЫХ УСТАНОВОК ПОДГОТОВКИ ВОЗДУХА ДЛЯКАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИСпециальность 05.04.03 – Машины и аппараты, процессы холодильной икриогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспеченияДиссертацияна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорПавлихин Геннадий ПетровичМосква - 20162СодержаниеСтр.Введение………………………………………………………………………..Глава1.Технологическиепроцессыподготовкивоздуха6вконденсационно-адсорбционных установках для кабельных линийсвязи…………………………………………………………………………..131.1.

Анализ методов подготовки сжатого воздуха в конденсационноадсорбционных установках………………………………………………….131.1.1. Основные методы очистки и осушки сжатого воздуха………..131.1.2. Адсорбционные методы очистки и осушки сжатого воздуха…181.1.3. Особенности применения конденсационно-адсорбционногометода очистки и осушки сжатого воздуха…………………………...221.2. Конденсационно-адсорбционные установки подготовки воздуха длякабельных линий связи………………………………………………………291.2.1. Система содержания кабельных линий связи городскихтелефонных сетей под избыточным воздушным давлением………..1.2.2.1.3.Использованиеконденсационно-адсорбционного29методаподготовки воздуха в составе КСУ…………………………………….371.2.3. Функциональные особенности КСУ на основе процессов КБА...45Математические модели сорбционных процессов подготовкивоздуха со стационарным слоем адсорбента………………………………561.3.1.

Феноменологические модели сорбционных процессов……….561.3.2. Вероятностно-статистические модели сорбционных процессов...661.3.3. Методики расчета сорбционных процессов подготовки сжатоговоздуха в конденсационно-адсорбционных установках………………721.3.4. Определяющие характеристики процессов КБА в составеконденсационно-адсорбционныхустановокподготовкисжатоговоздуха……………………………………………………………………..773Стр.Выводы по главе 1, постановка целей и задач исследований……………..Глава2.Теоретическоеисследованиепроцесса91комплекснойподготовки воздуха в конденсационно-адсорбционных установках наоснове процессов КБА для кабельных линий связи…………………….2.1.Технологическийпроцессподготовкивоздуха95вусовершенствованной конденсационно-адсорбционной установке……..952.2.

Вероятностно-статистическая модель процесса осушки воздухасиликагелем в конденсационно-адсорбционных установках…………….982.3. Исследование асимптотических свойств модели процесса осушкивоздуха силикагелем в конденсационно-адсорбционных установках…….1162.4. Нахождение основных определяющих параметров процессов КБА срегулируемым объемом осушенного воздуха……………………………….123Выводы по главе 2……………………………………………………………133Глава3.Экспериментальныеисследованияопределяющихпараметров процессов подготовки воздуха в конденсационноадсорбционных установках……………………………………………….1353.1. Методика экспериментального исследования процессов подготовкивоздуха в конденсационно-адсорбционных установках………………….1353.1.1.

Экспериментальный стенд для комплексного исследованияопределяющих процессов подготовки воздуха…………………………1353.1.2. Способ обеспечения постоянной влажности сжатого воздуха ивесовой метод определения влагоемкости силикагеля………………..1493.1.3. Методика экспериментального исследования равновеснойадсорбционной способности силикагеля в статических условиях…..3.1.4.Методикаэкспериментальногоисследования154динамикиадсорбции паров воды на мелкопористом силикагеле…………………1583.1.5.

Методика нахождения основных определяющих параметровразработанной модели…………………………………………………….1634Стр.3.1.6. Методика определения изменения адсорбционной способностисиликагеля в процессах КБА……………………………………………..3.2.Результатыпараметровэкспериментальногоисследованияконденсационно-адсорбционных166определяющихустановокподготовкивоздуха………………………………………………………………………..1673.2.1. Результаты экспериментального исследования статическойвлагоемкости силикагеля………………………………………………..3.2.2.Результатыэкспериментальногоисследования167влияниятемпературы и давления на статическую влагоемкость силикагеля…1713.2.3.

Результаты экспериментального исследования взаимосвязистатической влагоемкости силикагеля с его насыпной плотностью…3.3.Результатыэкспериментальногоисследования173параметровсорбционных процессов в динамических условиях……………………….1753.3.1. Результаты экспериментального исследования кинетическойстадии эволюции сорбционных фронтов паров воды на силикагеле…1753.3.2. Результаты экспериментального исследования интенсивностислучайных составляющих сорбционных процессов…………………..3.3.3.Результатыэкспериментальнойпроверкиадекватностипредложенной модели и определения границ ее применимости……3.3.4.Результатыэкспериментального184исследования185влияниянегативных факторов на протекание технологических процессовподготовки воздуха……………………………………………………….1873.3.5. Результаты экспериментального исследования изменениядинамической активности силикагеля в процессах КБА………………1913.3.6.

Результаты экспериментального исследования измененияадсорбционнойспособностисиликагелявэксплуатационныхусловиях конденсационно-адсорбционных установок на основепроцессов КБА…………………………………………………………….1935Стр.3.4. Результаты экспериментального исследования влияния объемных,расходныхитермодинамическихпараметровнаэффективностьтехнологических процессов подготовки воздуха…………………………3.4.1.Результатыэкспериментальногоисследования198влиянияобъемных характеристик на устойчивость процессов КБА……………1983.4.2. Результаты экспериментального исследования влияния расходавоздухаприрегенерациисиликагелянаэффективностьиустойчивость процессов КБА…………………………………………….3.4.3.Результатыэкспериментальногоисследования204влияниятермодинамических параметров на эффективность процессов КБА….206Выводы по главе 3……………………………………………………………..

210Глава4.Основныенаправлениясовершенствованияконденсационно-адсорбционных установок подготовки воздуха длякабельных линий связи……………………………………………………..2134.1. Рекомендации по усовершенствованию функциональных схемконденсационно-адсорбционных установок подготовки воздуха…………2134.2.

Поливариантный технологический цикл работы конденсационноадсорбционных установок подготовки воздуха на основе процессов КБА4.3.Отличительныеособенностиинженернойметодикаконденсационно-адсорбционных установок подготовки217расчетавоздуха наоснове процессов КБА………………………………………………………...2214.4. Практическая реализации результатов работы…………………………230Выводы по главе 4…………………………………………………………….. 232Общие выводы и заключение……………………………………………… 233Основные обозначения………………………………………………………..234Список литературы……………………………………………………………236Приложение……………………………………………………………………2496ВведениеАктуальностьтемы.Втехнологическихпроцессахсистемкондиционирования и жизнеобеспечения, холодильной и криогенной техникиширокоеприменениенаходитвоздухподизбыточнымдавлением[2,9,19,23,55].

В них он может выступать, как в качестве источника энергииили исходного сырья [2,10,23,53,60,79,129,130,131], так и в качестве рабочейсреды, агента и/или защитного газа [2,30,32,39,55,105-108]. В подобныхсистемах при решении ряда актуальных задач в области повышенияэкономичности,надежности,безопасностииресурсаприменяемогооборудования зачастую определяющее значение имеет промышленная чистотасжатого воздуха [3,15,23,37,60,80,125], характеризующаяся количественнымсоставом его загрязнений, среди которых наибольшую часть обычносоставляют пары воды [10,27,33,79,96,105-108,129-131].

При этом устойчивоеобеспечение требуемых параметров промышленной чистоты сжатого воздухаво многом зависит от эффективной работы оборудования по его подготовке[23,79,105-108,125].Это в полной мере относится к системам содержания кабельных линийсвязи под избыточным воздушным давлением [96,105-108,139], где дажекратковременная подача воздуха в оболочки кабелей с повышеннымвлагосодержанием может не только ухудшать качество связи, но и способнаприводить к полному выходу кабельных линий из строя [67-70,139].Несмотря на активное внедрение сотовой связи, оптических кабелей икабелей с гидрофобным заполнением, в настоящее время системы содержаниякабелей под избыточным воздушным давлением остаются одним из наиболееэффективныхсредств,обеспечивающихсохранность,долговечностьинадежность работы кабельных линий связи [105].Основуданныхсистемсоставляютконденсационно-адсорбционныеустановки подготовки воздуха с распределительными устройствами, в томчисле применяющие процессы короткоцикловой безнагревной адсорбции7(КБА), которые в области связи получили название компрессорно-сигнальныхустановок (КСУ) [96].Существующая концепция научных основ их разработки и эксплуатациитрадиционно базируется на основе принципов построения, характерных дляединичных общепромышленных осушителей воздуха, которые обеспечиваютреализацию основных технологических процессов лишь в штатных ситуацияхи на расчетных режимах, в относительно узком диапазоне измененияэксплуатационных параметров [23,37,79,80,130].

Применяя сравнительнопростыесистемыавтоматическогоуправления,которыеиспользуюталгоритмы работы установок лишь с единичными внутренними связями[39,50], указанная концепция обычно не учитывает в полном объемеспецифических особенностей функционирования всей технической системы вцелом [21,46,67-70].Однако, в отличие от единичных общепромышленных осушителей,эффективная и надежная работа конденсационно-адсорбционных установокподготовки воздуха для кабельных линий связи в штатных и нештатныхситуациях, включая нерасчетные режимы их работы, исходно подразумеваетиспользование в алгоритмах их управления существенно большего количествавнешних и внутренних связей, в том числе направленных на компенсациюошибочных как непреднамеренных, так и намеренных действий человека,влекущих за собой негативные последствия для функционирования кабельныхлиний связи, включая крупные аварии [21,46].Какследствие,приодновременнойэксплуатациибольшогочислаконденсационно-адсорбционных установок подготовки воздуха, в случаеширокого диапазона изменения их расходных характеристик и параметровокружающей среды, характерных для кабельных линий связи крупныхгородов, традиционный подход оказывается не эффективным и можетсопровождаться отказами и неисправностями, приводящими к значительномуматериальному ущербу [67-70,139].8Указанные обстоятельства связаны как с незавершенностью разработкиобщей теории процессов подготовки воздуха, способной учитывать негативноевлияние внешней среды, масштабных и субъективных факторов, в системахразличного назначения [10,130], так и с отсутствием универсальных методикмоделирования протекающих процессов, а также расчета их технологическогои аппаратного оформления, в том числе в составе конденсационноадсорбционных установок подготовки воздуха на основе процессов КБА.В результате, изучение общих свойств и принципов функционированияконденсационно-адсорбционных установок подготовки воздуха, включаясовершенствования методов натурного и вычислительного моделированияпротекающихвнихпроцессов,сцельюразвитияиреализацииэнергосберегающих технологий, а также поиска оптимальных решений поэффективности, надежности и ресурсу используемого оборудования вразличных условиях его применения можно отнести к актуальным ипрактически значимым задачам.Цельюнастоящейработыявляетсясозданиеэффективныхконденсационно-адсорбционных установок подготовки воздуха для кабельныхлиний связи.Методы исследования.