Порядок выполнения лабораторной работы

ПОДГОТОВКА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Перед выполнением лабораторной работы рекомендуется ознакомиться с теоретическим материалом, изложенным в подразделе 2, проработать рекомендуемую литературу и ответить на контрольные вопросы.

Выбрать описание технического объекта (ТО). Провести конструктивно-функциональный анализ выбранного ТО, результаты занести в таблицу.

Для каждой найденной функции ТО сопоставить физическую операцию Коллера. Так как операция Коллера имеет две оппозиционные части, сопоставить для каждой из них функциональные элементы ТО. В случае отсутствия элементов, необходимых для создания оппозиционной пары, описать отсутствующие противопоставленные функциональные элементы и сформулировать постановку задачи на проектирование.

Пример выполнения ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТы

1. Изучить задание, описывающее технический объект. Для конструктивно-функционального анализа выбран кожухотрубный теплообменнный аппарат (КТА) типовой конструкции и типового функционирования (на рисунках), теплообменник рекуперативного действия с трубчатой поверхностью теплообмена.

В межтрубном пространстве теплообменника находится теплоноситель, отдающий тепло, а в трубном пространстве – теплоноситель, принимающий тепло. В качестве теплоносителей используются жидкости или газы с разными температурами, агрегатное состояние которых неизменно. Потоки теплоносителей идут противотоком и не перемешиваются друг с другом.

2.Провести экспертную оценку недостатков элементов ТО. Результаты оценки занести в таблицу. Оценка выполнения функции элемента производится по шкале от 0 до 10 баллов, 0 – не выполняется, 10 – идеальное выполнение

Рисунок 1. Схема кожухотрубного теплообменного аппарата

Рисунок 2. Фронтальный вид и вид сбоку на треугольную пластину и вертикальное ребро

Кожухотрубный реактор состоит из:

E 1 – кожух с патрубками;

E 2, E3 – вход и выход теплоносителя в межтрубном пространстве;

E 4, E5 – патрубки входа и выхода реакционной массы;

E 6 – трубные решётки;

E 7 – цилиндрические трубы трубного пучка.

E 8 – пластины треугольной формы с основанием на входе реакционной массы

E 9 – зерна катализатора.

E 10 – рёбра трапецеидальной формы с большим основанием

Таблица 1

Конструктивно-функциональный анализ кожухотрубного

Теплообменного аппарата

№	Наименование функционального элемента	Выполняемые функции	Оценка выполнения функции (0 – не выполняется, 10 – идеальное выполнение)	Описание недостатков выполнения функции, обоснование оценки
1.	Кожух с патрубками.	Корпус реактора, содержащий другие элементы.		Недостаточный объём внутреннего пространства
2.	Патрубки входа теплоносителя в межтрубное пространство	Подача теплоносителя или хладагента в межтрубное пространство		Недостаточное проведение теплоносителя
3.	Патрубки выхода теплоносителя в межтрубное пространство	Выход теплоносителя или хладагента из межтрубного пространства		Недостаточное проведение теплоносителя
4.	Патрубки входа реакционной массы	Подача исходного потока реакционной массы		Недостаточное проведение реакционной массы
5.	Патрубки выхода реакционной массы	Выход продуктов реакции		Недостаточное проведение реакционной массы
6.	Трубные решётки	Закрепляют пучок цилиндрических труб.		Недостаточное закрепление труб
7.	Цилиндрические трубы	Выделение или поглощение тепла.		Недостаточный теплообмен из-за низкого КПД используемого материала.
8.	Пластины треугольной формы	Отвод или подвод тепловой энергии.
9.	Зёрна катализатора	Ускоряют процесс химической реакции.		Малый объём катализатора
10.	Вертикальные рёбра пластины трапецеидальной формы	Увеличивает поверхность теплоотдачи внутри труб. Позволяет выравнивать профиль температур по высоте труб реактора.		Не в полной мере реализована функция увеличения эффективной площади поверхностей для теплообмена внутри труб.

3. Провести конструктивно-функциональный анализ заданного ТО с использованием определения свойства целостности. Используя результаты конструктивно-функционального анализа, описать для каждого элемента одну или несколько его функций, для каждой найденной функции сопоставить операцию Коллера.

4. Для каждой главной функции, отдельного элемента сопоставить операцию Коллера. Обнаружить функциональные элементы, соответствующие её первой и второй части физической операции. и для ее второй, противоположной части. Результат оформляется в виде таблицы.

5. Описать отсутствующие противопоставленные функциональные элементы.

6. Составить отчет о лабораторной работе, в который должно входить:

1) название лабораторной работы;

2) цель лабораторной работы;

3) описание технического объекта и его рисунок или схема;

4) конструктивно – функциональный анализ ТО, представленный в виде таблицы, описанной выше;

5) концептуальный функциональный анализ ТО с описаниями физических операций Коллера;

6) выводы по выполненному анализу технического объекта.

окончательно сформулировать описание недостающих функциональных элементов исследуемого объекта. Определить коэффициент целостности –отношение полностью реализованных операций Коллера с общим количеством функций.

Таблица 2 Концептуальный функциональный анализ кожухотрубного теплообменного аппарата   №	Функция и её описание	Эле-менты, реализующие функцию	Наименование Функционального элемента	Физические операции по Коллеру	Элементы, реализующие вторую часть операции по Коллеру	Противопоставленная функция и её описание
Первая часть операции по Коллеру	Вторая часть операции по Коллеру
	Объединить все функциональные элементы реактора в одном корпусе.	E1	Корпус	Соединение: GA+GB >— GAB	Разъединение: GAB —< GA+GB	Отсутствует	Отсутствует
	Подача теплоносителя или хладоагента в межтрубное пространство	E2	Входной патрубок	Проведение: GA → GA	Непроведение: GA --- GA	Отсутствует	Отсутствует
	Выход теплоносителя или хладагента из межтрубного пространства	E3	Выходной патрубок	Проведение: GA → GA	Непроведение: GA --- GA	Отсутствует	Отсутствует
	Подача исходного потока реакционной массы	E4	Патрубок	Проведение: GA → GA	Непроведение: GA --- GA	Отсутствует	Отсутствует

Продолжение таблицы 2. 5	Выход продуктов реакции	E5	Патрубок	Проведение: GA → GA	Непроведение: GA --- GA	Отсутствует	Отсутствует
	Закрепление пучка цилиндрических труб	E6	Решётки	Фиксирование: GA → O ← GA	Расфиксирование: GA ← O → GA	Отсутствует	Отсутствует
	Подвод / отвод тепловой энергии	E7	Трубы	Проводимость: GA → GA	Изолирование: GA → |	Трубы, теплоноситель	Поглощение тепла
	Подвод / отвод тепловой энергии	E8	Пластины	Преобразование: GA → GB	Обратное преобразование: GB → GA	Пластины	Подвод тепловой энергии
	Ускорение процесса химической реакции	E9	Катализатор	Увеличение: GA1 < GA2	Уменьшение: GA1 > GA2	Зёрна ингибитора	Ингибитор
	Увеличение поверхности теплоотдачи внутри труб и выравнивание температур по высоте трубы.	E10	Рёбра	Увеличение: GA1 < GA2	Уменьшение: GA1 > GA2	Отсутствует	Отсутствует

Выводы:

Определен коэффициент целостности исследуемого ТО – 0,4. Из 10 функций ТО, только у 4х полностью реализованы операции Коллера.

У следующих элементов отсутствует реализация второй части операции Коллера:

1. Корпус реактора – не реализована операция разъединения.

2. Патрубок входа теплоносителя в межтрубном пространстве – не реализована операция непроведения.

3. Патрубок выхода теплоносителя в межтрубном пространстве – не реализована операция непроведения.

4. Патрубки входа реакционной массы – не реализована операция непроведения.

5. Патрубки выхода реакционной массы – не реализована операция непроведения.

6. Трубные решётки – не реализована операция расфиксирования

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие задачи решает анализ свойства целостности?

2. Что представляет собой система с точки зрения принципа целого?

3. Назовите операции Колера и приведите из примеры.

4. Опишите методику концептуального анализа свойства целостности.

5. Назовите основные рекомендации в работе с концептуальным функциональным анализом.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Теслинов А.Г. Развитие систем управления: методология и концептуальные структуры. – М.: Глобус, 1998. – 229 с.
2. Философский энциклопедический словарь / Гл. редакция: Л.Ф. Ильичев, П.И. Федосеев, С.М. Ковалев, В.Г. Панов – М.: Сов. Энциклопедия, 1983. – 840с.
3. Koller R. Konstruktions method fur den Maschinen-, Gerate- und Apparatenbau. Springer. Berlin [West.], Heideberg, New- York, 1976.

4. Половинкин А.И. Методы инженерного творчества. - Волгоград, 1981.- 250 с.

Составитель: к.т.н. Бутенко Дмитрий Валентинович