Материалы 3 конференции "ТРИЗ. Практика применения методических инструментов"

 

 

Разбор задачи «Износ лопаток мельничного вентилятора»

по АРИП-2009ПТ

Автор задачи – Никитин Владимир. Инструмент решения – АРИП-2009ПТ

Задача

Мельничный вентилятор (МВ) обеспечивает работу системы пылеприготовления и подачу пылевоздушной смеси в котел. Мельничные вентиляторы работают в тяжелых условиях, так как транспортируемые ими газы и воздух имеют высокую температуру, содержат в себе значительное количество абразивных частиц (зола, угольная пыль).

Абразивные частицы вызывают износ рабочего колеса и кожуха вентилятора, интенсивность которого зависит от скорости потока, концентрации золовых частиц и частоты вращения вала.

Рабочее колесо состоит из крыльчатки и ступицы. Крыльчатка – это листовые лопатки, которые расположены между дисками. Разрушение этих деталей связано с действием механического трения. Частый ремонт рабочего колеса нежелателен, т.к. приходится останавливать работу котла и ограничивать потребителей. Запуск и остановка котла также являются технологически сложными процессами. Необходимо увеличить срок службы листовых лопаток мельничного вентилятора.

 

 

 

Известные направления решения задачи:

 

- повышение износостойкости деталей (применение новых материалов, обработка поверхностей подвергающихся износу: напыление, упрочнение…);

- применение разборных конструкций крыльчатки (для быстрого выполнения ремонтных работ);

 

Ограничения:

- нельзя изменять форму и размеры крыльчатки (чтобы сохранить аэродинамические характеристики);

 

Часть 1

ПЕРВИЧНОЕ ОПИСАНИЕ И СОСТАВЛЕНИЕ ФОРМУЛЫ ПРОБЛЕМЫ

Шаг 1.1. СОСТАВЛЕНИЕ ОПИСАНИЯ ПРОБЛЕМЫ

Что происходит?	Износ лопаток мельничного вентилятора.
Где происходит?	На поверхностях лопаток, соприкасающихся с углём.
Когда происходит?	Во время размалывания угля.
Почему происходит?	Из-за абразивного воздействия размалываемого материала (уголь, зола) на поверхность стальных лопаток (механическое трение).

 

 

Шаг 1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ

Система предназначена для размалывания угля в угольную пыль и создания воздушного потока для подачи угольно-воздушной смеси в топку котла.

Шаг 1.3. СОСТАВЛЕНИЕ СЛОВЕСНОЙ ФОРМУЛЫ ПРОБЛЕМЫ

В СИСТЕМЕ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ размалывания угля в угольную пыль и создания воздушного потока ВО ВРЕМЯ работы мельничного вентилятора НА поверхностях лопаток, соприкасающихся с углём, ПРОИСХОДИТ износ.

 

Часть 2

ПРОВЕРКА ПРОБЛЕМЫ НА ЛОЖНОСТЬ И САМОУСТРАНЕНИЕ                            

Шаг 2.1. НЕ ВЫПОЛНЯТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКУЮ ОПЕРАЦИЮ

Если технологическую операцию  не выполнять, нарушится работа котла, что является недопустимым.

Шаг 2.2. НЕ УСТРАНЯТЬ НЕДОСТАТОК

Если износ не устранять, это приведёт к поломке мельничного вентилятора и нарушению работы котла.

Шаг 2.3. ПРОВЕРИТЬ ОШИБКИ В ПРОШЛОМ

Ошибочные действия, совершенные в прошлом на предыдущих технологических постах или в прошлом в надсистеме не выявлены.

Шаг 2.4. ПЕРЕДАТЬ ПРОБЛЕМУ НАДСИСТЕМЕ

Не выявлена возможность передачи проблемы элементам надсистемы, для которых решение этой проблемы является желанным и полезным.

ВЫВОД: Решение проблемы необходимо.

 

Часть 3

УТОЧНЕНИЕ  ПРОБЛЕМЫ

Шаг 3.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕЖЕЛАТЕЛЬНОГО ЯВЛЕНИЯ

Нежелательное Явление (Н.Я.): износ лопаток.

Шаг 3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПЕРАТИВНОЙ ЗОНЫ

Оперативная Зона (О.З.): поверхность лопатки.

Шаг 3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕЖЕЛАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА

Нежелательный Элемент (Н.Э.):

Н.Э. 1 – уголь (основное вещество, участвующее в процессе);

Н.Э. 2 – примеси (золовые частицы)

Шаг 3.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПЕРАТИВНОГО ВРЕМЕНИ

Размалывание угля.

Шаг 3.5. РИСУНОК ОПЕРАТИВНОЙ ЗОНЫ

 

 

 

В процессе детального изучения и анализа процессов в ОЗ в ОВ совместно со специалистами предприятия были выявлены следующие уточнения:

- Во время работы МВ происходит характерный износ лопаток. Наиболее интенсивный износ происходит вблизи экрана, защищающего диск от абразивных частиц (Зона А); Вторая по степени износа зона (Зона Б) находится около загрузочного окна. Между зонами «А» и «Б» лопатка изнашивается значительно меньше и равномернее;

- Уголь и угольная пыль обладает меньшими абразивными свойствами, чем зола;

- Куски угля подаются из загрузочного окна и попадают на лопатку. При этом куски по крупнее (их – наибольшее количество) падают ближе к окну и образуют износ в зоне «Б». Куски меньшего размера относятся воздушным потоком и распределяются по длине лопатки в зависимости от массы и формы (парусности);

- Золовые частицы, имеющие большую инерционность, (удельный вес золы в 2 раза больше, чем у угля) попадают в защитный экран и отражаются в зону «А», вызывая её износ;

- Перед тем как попасть в загрузочное окно уголь нагревается раскалёнными топочными газами. Для этого в верхней части топки предусмотрен забор газов, содержащих продукты сгорания. В этот же поток попадают и золовые частицы.

Выводы:

- При выполнении шага 3.5 были выявлены первопричины возникновения проблемы;

- На основании выявленной информации вносим изменения в соответствующие шаги. При этом решение разбивается на две задачи:

Задача А – Устранить износ лопаток МВ в зоне «А» от абразивного воздействия золовых частиц;

Задача Б – Уменьшить износ лопаток МВ в зоне «Б» от абразивного воздействия угля.

 

Уточнение шагов алгоритма для задачи А

 

Шаг А 1.3. СОСТАВЛЕНИЕ СЛОВЕСНОЙ ФОРМУЛЫ ПРОБЛЕМЫ

В СИСТЕМЕ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ размалывания угля в угольную пыль и создания воздушного потока ВО ВРЕМЯ работы мельничного вентилятора НА поверхностях лопаток в зоне «А», ПРОИСХОДИТ износ.

Шаг А 2.3. ПРОВЕРИТЬ ОШИБКИ В ПРОШЛОМ

Выявлены ошибочные действия, совершенные в прошлом на предыдущих технологических постах в надсистеме, а именно: во время забора раскалённых топочных газов из верхней части топки вместе с потоком захватываются золовые частицы (Н.Э. 2). Сформулируем новые  задачи, решение которых устранит ошибочные действия. При этом рассматриваем поэтапно движение Н.Э. 2 (золовых частиц) от заборного окна до лопаток МВ.

Задача АА: - Обеспечить забор топочных газов без золовых частиц;

Задача АБ: - Очистить топочные газы от золовых частиц до подачи их в зону нагрева угля;

Задача АВ: - Обеспечить равномерное распределение золовых частиц по всей длине лопаток;

Задача АГ: - Предварительный нагрев угля осуществлять другим способом (без использования топочных газов).

 

Существующая схема забора топочных газов из топки

 

 

Предложено несколько решений задач АА, АБ и АВ. Решение задачи АГ не рассматриваем, т.к. оно приводит к существенному изменению технологических процессов. Такие изменения целесообразны при строительстве новых котлов и могут быть разработаны проектными и конструкторскими организациями.

Решение АА1. Окно для забора топочных газов дополнить рукавом из теплостойких материалов для переноса заборного отверстия из зоны с наибольшим содержанием золовых частиц (пристенное пространство), в зону, где золовые частицы практически не захватываются из-за инерционности (за внутренней частью изгиба топки).

Предлагаемая схема забора топочных газов из топки (решение АА1)

 

 

Решение АА2. Перенести заборное окно в зону, указанную в решении АА1 (при наличии конструктивных возможностей).

Предлагаемая схема забора топочных газов из топки (решение АА2)

 

 

 

 

Решение АА3. Забор топочных газов производить не в топке, а в дымоходах после их очистки от золовых частиц в циклонах. При этом частично охлаждённые топочные газы можно разогреть, направляя дымоход через топку в имеющееся заборное окно.

Решение АБ1. Топочные газы из заборного окна очистить от золовых частиц при помощи дополнительно установленного циклона до подачи в зону прогрева угля.

Решение АВ1. Изменить форму экрана или закрепить на нём дополнительные пластины с целью распределения потока отражающихся от экрана золовых частиц с зоны «А» на всю поверхность лопатки более равномерно.

 

Уточнение шагов алгоритма для задачи Б

 

Шаг Б 1.3. СОСТАВЛЕНИЕ СЛОВЕСНОЙ ФОРМУЛЫ ПРОБЛЕМЫ

В СИСТЕМЕ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ размалывания угля в угольную пыль и создания воздушного потока ВО ВРЕМЯ работы мельничного вентилятора НА поверхностях лопаток в зоне «Б», ПРОИСХОДИТ износ.

Шаг Б 2.4. ПЕРЕДАТЬ ПРОБЛЕМУ НАДСИСТЕМЕ.                                   

Для уменьшения износа лопаток МВ в зоне «Б» от абразивного воздействия угля необходимо распределить куски угля по всей длине лопаток. В существующей схеме подачи угля в загрузочное окно этот процесс не управляется. Уголь падает на лопатки в соответствии с физическими законами и образует износ в зоне «Б».

Переформулируем задачу.

При минимальных изменениях в надсистеме обеспечить равномерное распределение угля по длине лопаток.

Решение Б1. В нижней части загрузочного окна установить наклонные металлические стержни разной длины как направляющие для кусков угля.

 

 

 

 

Выводы:

- При повторном выполнении части 2 алгоритма (проверка проблемы на ложность и самоустранение) с учётом уточнений, полученных на шаге 3.5., были сформулированы новые задачи, решение которых устранило необходимость решения исходной проблемы. По сути, мы отказались решать исходную задачу. «Не решать проблему, а создавать условия, при  которых она не возникает» -  из текста алгоритма;

- Решение вновь сформулированных задач не составило труда для специалистов предприятия и не потребовало дополнительного использования алгоритма. Это произошло потому, что эти задачи, имеющие очевидные решения, ранее никто не ставил, и никто не решал. «Идеально составленная задача несет в себе ответ…» - из текста алгоритма;

- Проверка проблемы на ложность и самоустранение позволили решить исходную задачу, но не в месте негативного проявления Н.Э. 2 (воздействие золовых частиц на поверхность лопаток), а в месте его первичного возникновения - в топке, либо на пути его движения. «Проблему анализируют в месте её первичного возникновения и устраняют теми средствами, которые там имеются» - из текста алгоритма.