автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Анализ и синтез устройств обогрева узлов машин

005001017

На правах рукописи

ШУЛЬЖЕНКО АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ УСТРОЙСТВ ОБОГРЕВА УЗЛОВ МАШИН

Специальность 05.02.02 Машиноведение, системы приводов и детали машин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 НОЯ 2011

Москва

2011

005001017

Работа выполнена в: Учреждении Российской Академии наук Институте машиноведения им. А.А.Благонравова РАН

Научный руководитель: доктор технических наук

Виталий Львович Крупенин

Официальные доктор технических наук

оппоненты: Михаил Яковлевич Израилович

кандидат технических наук, доцент Сергей Валерьевич Хейло

Ведущая организация: Открытое акционерное общество

"Центральный научно-исследовательский институт комплексной автоматизации легкой

промышленности"

Защита диссертации состоится « 06 » декабря 2011 года в 15 час на заседании диссертационного совета Д 002.059.02 в Учреждении Российской Академии наук Институте машиноведения им. A.A. Благонравова РАН по адресу: 101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4. Тел. (495) 628-32-98, e-mail: b_i_pavlov@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской Академии наук Института машиноведения им. А.А.Благонравова РАН по адресу: Москва, ул. Бардина, д. 4, тел. (499) 135-55-16

Автореферат разослан «/13» ноября 2011 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.059.02 доктор технических наук, профессор

Б.И.Павлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Использование возможности локального повышения температуры позволяет обеспечить работоспособность машин при их эксплуатации в условиях пониженных температур, расширить спектр обрабатываемых материалов, повысить качество работы машины.

Особенно проблема обеспечения работоспособности машин и механизмов проявляется, когда они работают на открытом воздухе, при пониженных температурах, тем более в России, где примерно 60% территории -это территории Севера. Во многом это связано с увеличением вязкости используемых смазочных веществ, замерзанием конденсата.

Сложности обработки с помощью машин и автоматов веществ, являющихся тягучими, возникают и при нормальных условиях.

Для решения этих задач часто используются различные нагревательные системы от газовых горелок до современных систем. Однако данные нагревательные системы обладают существенными недостатками при использовании в устройствах, требующих прецизионного обогрева.

Создание современных, надежных, легко управляемых, легко адаптируемых к условиям применения, технологичных нагревателей, обладающих возможностью получения на своей поверхности необходимых конфигураций тепловых полей, позволяет обеспечить решение многих тепловых задач. Особенно это важно, когда требуется соблюдение жестких температурных требований нагрева.

Настоящая работа посвящепа анализу н синтезу устроГ|ств с использованием тканых электронагревателен, осуществляющих обогрев различных узлов машин с целыо обеспечения их работоспособности, повышения качества их работы.

Многие положения разработанных и внедренных методов, полученные при создании обогревающих систем для машин и механизмов, могут с успехом применяться в технических устройствах самого разного назначения, в том числе, в медицине, в специальных бытовых электронагревательных приборах и в других устройствах, где требуется обогрев. Примерами необходимости обогрева в технических устройствах может служить обогрев: расходомеров на нефте- и газопроводах, вертолетных винтов, при борьбе с обледенением, кино-, фотоаппаратуры, работающей в холодных условиях.

Целыо работы является создание устройств обогрева элементов машин и механизмов, обеспечивающих их работоспособность, на основе эластичных тканых электронагревателей (далее, нагревателей).

В работе поставлены и решены следующие задачи:

- определение требуемых мощностей нагревателей, обеспечивающих работу узлов машинного агрегата, в частности, автоматической упаковочной линии для фасовки тягучих жидкостей и пастообразных продуктов;

- анализ существующих нагревателей и синтез надежного нагревателя, отвечающего требуемому уровню нагрева;

- анализ различных типов контактных соединений, применяемых в нагревателях, синтез контактных соединений, обеспечивающих высокую надежность и эффективность работы создаваемого нагревателя;

- изучение особенностей работы углеродной нити, используемой в качестве тепловыделяющего элемента, для обеспечения эффективного ее использования при создании нагревателя;

- разработка методики расчета многомерных тепловых полей различной конфигурации на поверхности нагревателей, для использования ее при создании обогревающих систем для обеспечения нормальной работы устройств машин и механизмов;

экспериментальное исследование распределения многомерных тепловых полей в образцах нагревателей, используемых в специальных устройствах обогрева узлов машин.

Hay чная новизна работы состоит в следующем;

- на основе проведеного анализа структур нагревателей разработаны конструкции устройств обогрева, обладающие высокой надежностью работы;

- изучение особенностей работы углеродной нити как тепловыделяющего элемента и разработка методики синтеза требуемых конфигураций тепловых полей нагревательных устройств позволили создать устройство обогрева, которое обеспечивает высокий уровень адаптации к условиям применения;

- разработана энергосберегающая система обогрева, встроенная в машинный агрегат и обеспечивающая технологический процесс его функционирования.

Личный вклад автора

Выполнено математическое описание происходящих в нагревателях электрических и тепловых процессов.

Получены математические соотношения позволяющие производить расчеты тепловых полей на поверхностях нагревательных элементов различных конструкций.

Разработана конструкция нагревателей, используемых в устройствах обогрева машин и механизмов.

Автором разработана и внедрена технология производства нагревателей, изделий с электрообогревом. Созданные в результате проведенной работы нагревательные системы были использованы в машинном агрегате при фасовке тягучих веществ, для обогрева труб с конденсатом, для размораживания компонентов и плазмы крови с помощью электромеханического устройства.

Достоверность полученных результатов

Рассмотренные модели описываются дифференциальными уравнениями, построенными на основе законов физики. Основные выводы, рекомендации получены в результате решений с использованием аналитических и численных процедур решения, прошедших многократное тестирование на ранее изученных системах, и поэтому, могут быть признаны обоснованными. Многие из полученных решений подтверждены результатами проведенных экспериментов.

Практическое значение

Разработанные методы расчета могут использоваться как при создании нагревательных систем машин и механизмов, так и для нагревателей, применяемых для обогрева биологических объектов. Разработанные методы позволяют производить расчеты нагревателей различного назначения, обладающих аналогичными матричными структурами, такими, например, как водяные нагреватели «сухого» типа в водолазных костюмах, электронагреватели на основе термокабеля.

Практическим результатом проведенной работы является разработка:

- высокотехнологичной электронагревательной ткани, нагревателей, средства соединения проводников (Патенты РФ № 2! 00091 № 2145984 № 2210148, Патент РБ № 6523);

- нагревателей для автомата фасовки и упаковки жидких и пастообразных продуктов (ООО «Рекупер», г. Москва);

- нагревателей для обогрева труб с конденсатом (ООО «НИПОМ», г. Нижний Новгород);

- нагревателей для обогрева бачков (ООО «Экосервис», г.Москва ОАО «Опытный завод № 31 ГА», г.Дубна).

Серийно выпускаемые изделия сертифицированы.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах:

на международном семинаре «Euroterm», seminar 64, «Quantitave InfraRed Thermography 5, (Реймс, 2000 г.), на международной конференции «12ти International conference on thermal engineering and thermogrammetry (TERMO), (Будапешт, 2001 г.), на научной конференции «Проблемы машиноведения», г' Москва, 2008 г., на V сессии Московского научного общества анестезиологов и реаниматологов, г. Москва, 2004 г., на XVI симпозиуме «Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем «DYV1S-2009», 2009 г.

Разработанные нагреватели, и изделия с электрообогревом демонстрировались и были отмечены на различных выставках: четыремя золотыми медалями на Всемирном салоне изобретений в Брюсселе «Брюссель-Эврика 97, 98, 99, 07», «Гран-при» международного салона изобретений «Конкурс «Лепин-1998» в Париже, серебряной медалью международного салона изобретений «Архимед-99» в Москве, бронзовой медалью салона

изобретений «Конкурс «Лелин-1999» в Париже в 1999 г., дипломом участник конкурса «Телогрейка-2001» в рамках 2-ой Международно? специализированной выставки профессиональной одежды, спецобуви и средст: защиты в Москве, медалью Ассоциации изобретателей Франции на салоне изобретений «Лепин-2005» в Париже в 2005 г., серебряной медалью салонс изобретений «Конкурс «Лепин-2005» в Страсбурге в 2005 г., дипломами Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам в 2005 г. и 2007 г, дипломами 7-ой и 8-ой специализированной выставки «Изделия и технологии двойного назначения диверсификация ОПК» 2006 г. и 2007 г., медалью международного форума «Высокие технологии XXI века» в 2008 г. и др.

Публикации

Основные результаты работы отражены в 22 печатных трудах, в том числе: 9 - опубликованы в рецензируемых изданиях, включенных в список ВАК, получено 4 патента на изобретения и 1 свидетельство на полезную модель. Список печатных трудов приведен в конце автореферата.

Структура и объем пяботы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 91 наименования. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка и 4 таблицы.

До—введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования.

Первая_глава посвящена комплексу проблем, приводящих к

необходимости обогрева машин, механизмов. В ней так же проведен анализ различных типов нагревателей и требований, предъявляемых к нагревателям, обеспечивающим обогрев.

Многие машины прекрасно работают без применения специальных систем обогрева. Однако в ряде случаев возникает необходимость в использовании устройств обогрева, без применения которых работа машин оказывается невозможной.

Причинами, вызывающими эту необходимость, могут служить:

- высокая вязкость рабочей жидкости при пониженных температурах, приводящая к росту внутренних гидравлических сопротивлений и, следовательно, к снижению коэффициента полезного действия гидропривода, работа которого становится невозможной при определенном уровне повышения вязкости рабочей жидкости;

- повышение вязкости трансмиссионных масел;

- накопление и замерзание конденсата воды в гидравлических и пневматических системах и т.д.

Все эти причины приводят к повышению внутренних сопротивлений в силовых передачах, вызывают перегрузку и повышенный износ зубчатых колес,

подшипников, фрикционных муфт и т.д. В конечном итоге, все это может привести к выходу машины или механизма из строя.

Решать эти проблемы можно разными путями, среди них: использование в зимний период жидкостей с пониженными температурами замерзания, обеспечение в гидравлической системе повышенной герметичности,' эластичности и морозостойкости резинотканевых трубопроводов и их соединений. Однако в ряде случаев эти средства недостаточны для обеспечения нормальной работы машин, и возникает необходимость в использовании систем дополнительного обогрева.

Анализ проблем, возникающих при эксплуатации машин, показывает, что не только пониженные температуры, вызывают потребность в использовании нагревательных систем. И при нормальных температурах часто возникает необходимость в нагреве.

Дополнительный нагрев обычно требуется при обработке материалов для снижения их влажности, вязкости, плотности, для улучшения растворяемости различных веществ, а в ряде случаев, для перехода из одного агрегатного состояния в другое. Примерами, использования нагревательных систем в качестве технологических звеньев, служат фасовочные машины для тягучих и твердых веществ, плавильные агрегаты, стиральные машины и т.д.

Вопросу анализа построения нагревательных систем, обеспечивающих требуемые условия обогрева машин и механизмов, и синтеза нагревателей, используемых в этих системах, посвящены исследования, проведенные в данной работе.

Применение устройства обогрева рассмотрено на примере автоматической упаковочной линии для фасовки тягучих жидкостей и. пастообразных продуктов (рис. I).

Рис. I. Автоматическая упаковочная линия для фасовки тягучих жидкостей и пастообразных продуктов АЛБ165.

Упаковываемая жидкость проходит путь от приемного бачка через дозатор до упаковочной емкости (рис. 2).

Приемный бачок с нагревателем

Дозатор

Рулон с пластиком Нагреватель

Устр-во Рулон сварки фольги

Устр-во вырубки

цг| иг

Выход продукции

\

Рис. 2. Схема технологических операций автоматической упаковочной линии для фасовки тягучих жидкостей и пастообразных продуктов АЛБ 165.

Однако в силу ее густоты прохождение всего пути без введения в технологическую цепочку фасовки специальной операции затруднено.

В ходе изучения влияния на свойства и характеристики жидкости различных физических воздействий было определено, что в качестве дополнительной технологической операции, позволяющей повысить текучесть жидкости, удобней использовать операцию ее разогрева.

При построении нагревательной системы, обеспечивающей работу автомата, были сформулированы основные требования к ней.

В первую очередь, были определены температурные границы, в пределах которых обеспечивается сохранение всех полезных свойств жидкости и, одновременно, обеспечивается требуемое снижение ее вязкости.

Были рассмотрены теплофизические процессы, происходящие при прохождении жидкости от приемного бачка до дозатора.

При фасовке нагретая в приемном бачке жидкость движется по трубопроводу к дозатору. Движение жидкости по участку трубопровода описывается с помощью уравнения Новье-Стокса для случая одномерного течения несжимаемой вязкой жидкости

с/т дх ду

где р - плотность жидкости; п - скорость движения жидкости; -проекция скорости движения жидкости на ось X; г - время; я - ускорение свободного падения; р - динамическая вязкость жидкости; р - давление,

создаваемое в трубопроводе; <р - угол наклона трубы, по которой течет жидкость относительно горизонтали; X, 7- оси координат.

Уравнение Фурье-Кирхгофа в цилиндрических координатах характеризует процесс конвективного переноса тепла жидкостью

д2'Г ^ 1 аг _2м< _ Г , дТ

дг2 + / Вт ~ а 1

т - температура, а-коэффициент температуропроводности, г-текущее значение радиуса, г0- радиус трубы.

Помимо движущейся жидкости в процессе теплообмена участвует трубопровод. Теплообмен на границе между стенкой трубопровода и жидкостью описывается с помощью уравнения , с/1 ап

Л - коэффициент теплопроводности жидкости, а - коэффициент теплоотдачи, - температура жидкости, /„.-температура трубы.

Проблема решения задачи заключается в том, что, не смотря на кажущуюся простоту приведенных уравнений, найти основные тепловые параметры движущейся в трубе жидкости: коэффициент теплоотдачи, температурное распределение в жидкости и т.д.,- с их помощью довольно сложно. Поэтому на практике пользуются теорией подобия и экспериментальными данными. С помощью критериев подобия, полученных из выше приведенных выражений, и экспериментальных данных, полученных исследователями, были определены мощностные требования к нагревателям (150-200 Вт).

Была построена гидродинамическая схема узлов, по которым перемещается жидкость.

Для этой схемы составлено и решено уравнение Бернулли, показана эффективность применения нагревательной системы в автоматической линии фасовки тягучих жидкостей и пастообразных продуктов.

Вторая—глава посвящена анализу существующих конструкций нагревательных элементов, изучению электрических, аспектов их работы, синтезу конструкции контактных соединений нагревателя.

Устройство обогрева узлов машин обычно состоит из нагревателя и терморегулятора.

Нагреватель конструктивно представляет собой нагревательный элемент, изготовленный из электронагревательной ткани, помещенный в электротеплоизоляционную внешнюю оболочку.

Нагреватель является съемной конструкцией и надевается на обогреваемый узел машины.

Были рассмотрены конструкции нагревательных элементов, выпускаемых различными фирмами. В результате анализа была создана конструкция

нагревательного элемента, наиболее полно отвечающая требованию надежности, электробезопасности, эффективности работы, технологичности изготовления.

Предложенный нагревательный элемент представляет собой фрагмент электронагревательной ткани и средства соединения контактных площадок с проводами.

Электрическая схема нагревательного элемента состоит из параллельно расположенных через некоторые расстояния углеродных нитей. С обоих концов углеродные нити замыкаются группами из низкоомных мишурных нитей, расположенными перпендикулярно углеродным нитям. Между углеродными и группами мишурных нитей располагаются электроизоляционные нити.

Углеродные нити, лежащие между группами мишурных нитей, образуют активную часть, где происходит нагрев. Углеродные нити служат источниками тепловыделения. Из групп мишурных нитей формируются контактные площадки, которые не только электрически связывают между собой углеродные нити, а и, одновременно служат переходными контактами для подключения средств соединения для подвода проводов. Контактные площадки соединяют углеродные нити между собой таким образом, то температура углеродных нитей в местах соединения с мишурными нитями не превышает температуру углеродных нитей в активной части (рис. 3).

Характерной электрической особенностью нагревательного элемента является то, что и углеродные и мишурные нити являются протяженными элементами. Погонное сопротивление по длине каждой из этих нитей можно считать постоянными и равными для углеродных нитей - рв, а для мишурных нитей - рн. Собственные сопротивления между любыми двумя соседними точками углеродной и мишурной нитей в нагревателе можно определить как произведение погонного электрического сопротивления углеродной или

/

мишурной нитей на расстояние между этими точками - Д=|р-с?/. в

о

соответствии с электрической схемой 3 можно рассчитать: сопротивления углеродных нитей в пределах активной части тканого нагревательного элемента К=рв1а, сопротивления углеродных нитей между мишурными нитями в контактных площадках Яв=ра-1„, сопротивления мишурных нитей между углеродными нитями в контактных площадках Ян=р„-1н, где ра - погонное электрическое сопротивление углеродной нити (сотни ом); р„ - погонное электрическое сопротивление мишурной нити (десятки ом); 1е - расстояние между соседними точками углеродной нити, в которых она соединяется с мишурными нитями в контактных площадках (миллиметры); 1„ - расстояние между соседними точками мишурной нити, в которых она соединяется с углеродными нитями в контактных площадках (санитиметры); 1а - расстояние между соседними точками углеродной нити, в которых она соединяется с мишурными нитями в активной части нагревательного элемента (дециметры).

Рис. 3. Электрическая схема тканого нагревателя, состоящего из 5 углеродных и 5 мишурных нитей.

1 - углеродные нити, 2 - мишурные нити, 3 - фоновые нити, 4 -контактные площадки, 5 - активная длина углеродных нитей /„, 6 - расстояние между мишурными нитями в контактных площадках /„, 7- расстояние между углеродными нитями, 8 - средство соединения мишурных нитей в контактной площадке с проводом, 9-провода, 10 - источник электропитания; 11 - фоновые электроизоляционные нити.

Представляя фрагменты углеродных нитей между мишурными нитями в виде сосредоточенных сопротивлений Л„ , Я„ и фрагменты мишурных нитей между углеродными нитями - Я„ в виде контурных и межконтурных электрических сопротивлений, была составлена электрическая эквивалентная схема (рис.4) нагревательного элемента.

Рис. 4. Эквивалентная электрическая схема нагревательного ««ента^ сопротивления углеродных нитей в пределах активной н*™ «аноп ' апрмента Я 2 - сопротивления углеродных нитеи межд. нагревательного элемента ка, ¿- ,.Пппптивлеиия мишурны-

мишурными нитями в контактных группах Дв, 3 - сопротивлеиия УР

нитей между углеродными нитями в контактных группах А„, 4, 6 группы, 5 ~ активная часть нагревательного элемента.

Обозначим собственные сопротивления независимых контуров, ка

Й,„Л22,Л,

п - номер независимого контура.

Общие сопротивления смежных контуров запишем как М^и.-А......

т - номер смежного контура.

Величины контурных токов обозначим/„/„/„-..Л-

Напряжения источников электропитания, действующих в контура обозначим и^и^^и^-М,,.

Каждый независимый контур на основании метода контурных токов, в соответствии с законами Кирхгофа, описываем с помощью контурных

уравнений. ,

Уточненную эквивалентную схему, приведенную на рис. 3 и содержащую

37 контуров, описывает система из 37 уравнений. В общем виде эту систему можно представить в виде

/|Л, +7 + Ы?„ + . = и 1

+ 7 +7 >яа .+7 К, = йг

+73 +. . + 7 Л*.

7, л., + 7 + /Л, =и4

Ця„ + / к,а + / Аз + . кп„ = и„

Зная погонные электрические сопротивления углеродной и мишурном нитей расстояния между соседними мишурными и углеродными нитями в контактных группах и активной части нагревательного элемента, напряжение источника электропитания решаем систему уравнений, например, методом Гаусса Решение этой системы уравнений позволяет найти значения контурных токов, сопротивлений контактных групп и активной части

электронагревательного элемента.

На основе полученных расчетным путем данных были выявлены недостатки и произведена доработка конструкции и технологии изготовления нагревателя, в результате - улучшены его эксплуатационные характеристики.

ГС третьей главе рассмотрены тепловые процессы, происходящие

- в углеродной нити как объекте тепловыделения;

. в лежащих на плоской поверхности нагревателях с различным

распределением углеродных нитей в их структуре:

- состоящих только из углеродных нитей;

- состоящих из углеродных нитей, расположенных параллельно и на некотором одинаковом расстоянии от соседних нитей;

- состоящих из углеродных нитей, расположенных

параллельно и на неодинаковых расстояниях между соседними нитями;

- в теплоизоляционных слоях нагревателя цилиндрическом формы с углеродными нитями, расположенными параллельно и на одинаковом

расстоянии между соседними нитями.

Получены математические соотношения, описывающие эти процессы и позволяющие создать нагревательные устройства, отвечающие требованиям обогреваемых узлов машин.

Основным источником тепловыделения нагревательного элемента является углеродная нить. Углеродная нить производится из вискознои нити по специальной технологии. Процент содержания углерода в этой нити достигаег 99,9%. Внешний вид нити показан на рис. 5.

Рис. 5. Углеродная нить.

Углеродная нить состоит из множества филаментов (элементарных нитей) диаметром 7-8 мкм. Количество филаментов в различных поперечных сечениях неодинаковое, так как длина филаментов разная.

Углеродная нить является высокоэластичным элементом, что приводит к серьезным затруднениям при измерении ее линейных размеров.

При ткачестве основная углеродная нить изгибается под воздействием на нее уточных нитей, это приводит к тому, что длина углеродной нити, измеряемая на ткани, существенно отличается от реальной длины нити. В ходе исследования было определено соотношение между реальной и измеряемой длинами углеродной нити в ткани.

В процессе ткачества происходит еще один негативный момент, нить, проходя все технологические операции создания ткани «махрится». В результате - не все филаменты принимают участие в пропускании электрического тока, а значит и в тепловыделении. Поэтому, для того чтобы учесть эти особенности нити и получить усредненные размеры, использовался косвенный метод измерений ее параметров, с помощью измерения среднего погонного электрического сопротивления.

Еще одной характерной особенностью углеродной нити является то, что она обладает очень сложной боковой поверхностью, которую необходимо учитывать при тепловых расчетах.

Была предложена модель углеродной нити, которая более точно отражает реальные тепловые процессы, происходящие в нити. С помощью полученного математического описания были произведены расчеты тепловых полей, создаваемых углеродной нитью.

В работе были рассмотрены наиболее часто встречаемые структуры нагревательных элементов, используемых для обогрева технических средств, имеющих плоскую и цилиндрическую поверхности обогрева. Разработана

методика расчета двумерных тепловых полей, создаваемых ткаными нагревательными элементами, обладающими подобными структурами.

Такая задача решалась с целью получения более полной информации о рабочих тепловых полях и исключения опасности, получения локального перегрева или недогрева, при наличии неравномерного теплового поля на поверхности нагревателя, работающего в условиях максимального приближения к обогреваемому объекту. В случае перегрева обогреваемой жидкости в фасовочном автомате происходят необратимые процессы изменения ее свойств, а при недогреве - увеличивается ее вязкость.

При решении этой задачи, рассматривались все способы теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Поэтому для описания сложных теплообменных процессов были определены граничные условия и использованы закономерности, отражающие конвективный теплообмен, излучение и уравнения Фурье, описывающее теплопроводные процессы в пространстве, в том числе, и с учетом внутреннего тепловыделения

дАТ = (д2&Т, дгАТ, а2ДГ.'1 </„

дт ~ \ а\-:"+ ду2 +

АГ = ((/ - /С/,Л АТ- температура на поверхности активной части нагревательного элемента без учета воздействия температуры внешней среды; '/ ~ текущая температура на поверхности активной части тканого нагревательного элемента; - температура окружающей среды; г - время работы нагревателя; х, у, г - пространственные координаты; ду -тепловыделение источника тепла; с - удельная теплоемкость; / - удельный вес;

Л - удельная теплопроводность; а =— - коэффициент

температуропроводности.

Примеры рассчитанных двумерных тепловых полей нагревателей, с различным расположением в их структуре углеродных нитей, показаны на ниже приведенных графиках:

- с одной углеродной нитью

Рис. 6. Распределение температуры на поверхности нагревателя, состоящего из одной углеродной нити.

При создании математической модели теплового поля нагревателя, состоящего из одной углеродной нити, учитывался и перенос тепла вдоль углеродной нити с помощью электронов (эффект Томсона).

- с несколькими равномерно расположенными углеродными нитями

Рис. 7. Распределение температуры на поверхности нагревателя, состоящего из одной полосы из 5 параллельных углеродных нитей, соседние нити, в пределах которой, находятся на одинаковом расстоянии друг от друга.

- со сплошным расположением углеродных нитей в нагревателе

Рис. 8. Тепловое поле на поверхности нагревателя со сплошным расположением углеродных нитей.

Нагреватели со сплошным расположением углеродных нитей имеют распределение температур на своей поверхности в виде перевернутой параболы.

- с равномерно распределенной температурой в местах расположения углеродных нитей

и

- ----------О 06

, • * о.м - 0,02 Г. м 0 о

К м

Рис. 9. Тепловое поле на поверхности нагревателя, имеющего 5 неравномерно распределенных в пределах полосы углеродных нитей.

Рассчитанные расстояния между углеродными нитями обеспечивают одинаковые уровни температур в местах нахождения углеродных нитей.

Таким образом, чтобы получить одинаковое распределение температур в нагревателе, лежащем на плоской поверхности, по оси X в точках нахождения углеродных нитей, необходимо располагать эти нити не на одинаковых расстояниях между собой. Согласно сделанным расчетам, в середине ниш

должны располагаться на больших расстояниях, а к краям эти расстояния должны уменьшаться в соответствии с логарифмической зависимостью. В этом случае, температурное поле на поверхности нагревательного элемента из одной полосы из 5-ти высокоомных нитей будет иметь более равномерное распределение температуры, чем при равномерном расположении углеродных нитей.

С развитием новых технологий и появлением эластичных нагревателей, способных принимать формы обогреваемых объектов и плотно прилегающих к этим объектам, расширяются возможности получения новых качеств: снижение энергозатрат.

Рассмотрим, как работают эти изделия на примере автомата фасовки и упаковки жидких и пастообразных продуктов.

Будем считать, что нагреватель, находящийся в теплозащитных слоях внешней оболочки, разделяет две среды (рис. 10). С одной стороны нагревателя действует внешняя среда (или окружающая среда). Температура этой среды равна Тср. С другой, внутренней стороны находится обогреваемый объект. В общем случае его температура может отличаться от температуры внешней среды. Работа такой системы будет описываться уравнениями

Рис. 10. Расположение нагревателя на обогреваемом объекте, цилиндрической формы.

1 - углеродные нити нагревателя; 2 - текущий угол <р\ 3 - обогреваемый объект; 4 - внутренний диаметр теплоизоляционных слоев внешней оболочки нагревателя - г/,(радиус - г,)\ 5 - длина нагревателя - /; 6 - диаметр месторасположения нагревателя, в теплоизоляционных слоях внешней оболочки - ¿//радиус - г2)\ 7 - внешний диаметр теплоизоляционных слоев внешней оболочки - ¿//радиус - г3).

-)*(—г-7"/« —+ —^—+ —--)-' +

2лЛ2 с/, ж/, а, 2 лЯ, 2 тгЛ2 с/,

Р, х^1п[<р-((р,+срА)]

2 яХ-

1п<р„

при ч> > 1р1 (ра * О,

Д?; = (Тж-тгп)х +-1—) х +-!_/„£+-!_/„ А++

2яЛ2 Л Ж/,«, 2тгД, с/, 2л"Л, ж/,а,/

л/я/ <р <<р:- <рл, <ра ф О,

лтг = (тж - ?;,,) х (~—1п£ + ; х г ' ' /;Д+1п4 ,

2лЛ, (/г да/,а, 2лА, с/, 2л*, с/, ж/, а'

Я

Л

2/тД,/ 4лЛ|

Рл2

7 Л/Л/ - Г/>д < ф < ^ + <

Рис. 11. Изменение по (р температуры в месте нахождения в слоях теплоизоляционной оболочки фрагмента нагревателя, состоящего из 11 углеродных нитей, при обогреве объекта цилиндрической формы.

Знания, полученные о распределение температур по поверхности нагревателей, об их электрической модели позволили на практике принять правильные решения о конструкции системы обогрева приемного бачка и трубопровода фасовочного автомата.

Для поддержания температурного режима в требуемых пределах, когда эти требова! -гия особенно жестки, используется система терморегулирования

Л_четвертой главе описаны эксперименты, с помощью которых

получены данные, подтверждающие правильность сделанных предположений и теоретических выводов.

Разработана методика проведения экспериментов:

- определены объекты измерения;

- определены измеряемые параметры;

- сформулированы требования к точности, которую необходимо обеспечить при проведении экспериментов;

- на основании этих требований был осуществлен выбор измерительных устройств.

Проведено измерение сопротивлений контактных групп и контактных площадок, образованных из этих групп, активной части нагревательных элементов. Эксперименты подтвердили правильность расчета контактных площадок и выбора путей улучшения технических характеристик нагревателя в целом, сделанных на его основании. Опытные данные показали, что сопротивления контактов были снижены в -10 раз, а разброс параметров активной части нагревательных элементов уменьшен в 2 раза

При экспериментальном исследовании тепловых полей и тепловых свойств нагревателей производились измерения температур на их поверхностях и во внутренних слоях внешней теплоизоляционной оболочки с помощью различных средств измерения: термопар, пирометров, тепловизоров.

28 27,5

о 27

я 26,5

е 26

я 25,5

а

я 25

о 24,5

2 24

ш

н 23,5 23 22,5

3 4 5 6 7 8 9 Номера высокоомный нитей

10 11

Рис. 12. Распределение температур по поверхности нагревательного элемента поперек углеродных нитей, расположенных на равных расстояниях друг от друга в пределах одной полосы из 10 углеродных нитей при температуре внешней среды 18,5°С, полученное с помощью пиромера.

Реальное температурное поле на поверхности нагревателя имеет вид, показанный на рис. 12, 13 и 14.

Ось У, длина нагревателя, м

о" О

0.02

Ось X, ширина нагревателя, м

Рис. 13. Распределение температуры на поверхности нагревателя полученное с помощью пирометра.

Рис.14. Диаграмма распределения температурного поля по поверхности нагревательного элемента, вмонтированного в изделие, на дисплее тепловизора.

Все эксперименты показали результаты, хорошо согласующиеся с проведенными расчетами на основании выведенных соотношений.

График зависимости температуры от времени, когда нагреватель установлен на обогреваемом объекте, показан на рис 15.

Т (град. С) 40

35 30 25 20

♦ А

/ .Я" .....Я— —Я— —В—

.Ж''

А:. .....№-- - ..... - —

'"1 1

3 4

9 10 11 12 13 Т (час)

Рис. 15. Изменение температуры при нагреве жидкости.

1 - температура нагревателя; 2 - температура жидкости.

Распределение температур на внутренней поверхности нагревателя, установленного на обогреваемом объекте, полученное с помощью термопар.

Имеем один и тот же нагреватель, с одинаковыми параметрами нагревателя, но в результате получаем разные значения нагрева. Связано это с тем, что при обогреве тканый нагреватель своей рабочей поверхностью взаимодействует с различными средами. В одном случае в качестве среды выступает воздух, а в другом - подогретое жидкое вещество. Из графика видно, что изменения происходят за счет отличия температур на внутренней поверхности нагревателя: стенда и на поверхности обогреваемого объекта,- и за счет различных коэффициентов теплоотдачи в этих средах.

Следует отметить, что оказалось существенным влияние эффекта Гомсона. На краях высокоомных нитей температурные перепады от этого явления достигали до 16% от температуры нагрева нагревателя.

Исходя из требуемых уровней температур и их конфигураций для различных объектов обогрева, используя полученные математические соотношения, можно рассчитать необходимые электрические и конструктивные параметры используемых нагревателей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Сформулированы требования, предъявляемые к нагревателям, используемым для обогрева узлов машин и механизмов, в частности для автоматической упаковочной линии фасовки тягучих жидкостей и пастообразных продуктов АЛБ165.

2. Разработана и успешно применена в расчетах модель тепловыделяющего элемента тканых электронагревательных элементов -углеродной нити.

3. Разработана методика расчета различных тепловых полей на поверхности тканых нагревателей.

4. Разработана математическая модель тепловой системы обогреваемый объект - тканый нагреватель - теплоизоляционные слои внешней оболочки тканого нагревателя - внешняя среда.

5. Разработан электронагреватель, обладающий существенными преимуществами по сравнению с существующими аналогами. В первую очередь, эти преимущества были достигнуты за счет контактных площадок, обеспечивающих надежное контактное соединение между углеродными нитями нагревателя и низкоомными нитями контактных групп.

6. Разработано устройство обогрева на основе конструкции нагревателей, позволяющей получать требуемые конфигурации тепловых полей и имеющей высокий уровень адаптации к условиям ее применения.

7. Разработана энергосберегающая система контактного обогрева, встроенная в машинный агрегат и обеспечивающая необходимый технологический процесс его функционирования;

8. Проведенные экспериментальные исследования позволили получить данные и подтвердить правильность сделанных предположений и расчетов.

9. Разработан и внедрен в серию не только нагреватель для обогрева узлов фасовочного автомата, но и одежда с электрообогревом для операторов машин, позволяющая осуществлять термокомпенсацию роста дефицита тепла у человека в условиях холода.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК

1. Седов A.B., Ландо Н.Г., Шульженко A.A., Иванов В.И., Модестов М.Б. Разработка медико-технических средств для спасения пораженных от холода людей и спасателей в чрезвычайных ситуациях // Гигиена и санитария 2003 N« 4,-С. 18-19.

2. Шульженко A.A. Методы расчета теплового поля тканых нагревательных элементов // Информационные технологии в проектировании и производстве, 2007. № 3,- С. 46-52.

3. Шульженко A.A., Ларионов И.Ю., Модестов М.Б. Требования к нагревателям для обогрева ожоговых больных // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2007. № 6,- С. 88-93.

4. Шульженко A.A. Расчет теплового поля тканых нагревательных элементов. М., Проблемы машиностроения и надежности машин // 2008 № 2 С. 126-133.

5. Шульженко A.A., Модестов Б.М., Модестов М.Б. Некоторые особенности теплового взаимодействия нагревателей и человека при контактном обогреве // Проблемы машиностроения и надежности машин 2008 №4,-С. 97-102.

6. Шульженко A.A., Модестов М.Б., Мнев Б.А. Расчет теплового поля тканого нагревателя со сплошным расположением высокоомных нитей // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2009. № 5,- С. 112-117.

7. Шульженко A.A., Модестов М.Б., Мнев Б.А. Тканые нагреватели и их контакты // Проблемы машиностроения и надежности машин ^010 № 3 -С.111-118. ' " '

8. Шульженко A.A., Андрианов H.A., Модестов М.Б., Мнев Б А Особенности расчета нагревателя с углеродными нитями // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2010. № 6,- С. 86-93.

9. Шульженко A.A., Модестов М.Б., Мнев Б.А. Расчет теплового поля тканого электронагревателя, находящегося в теплозащитных слоях одежды // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2011. № 4.- С. 110-117.

Публикации в рецензируемых изданиях, не включенных в перечень ВАК

10. Корендясев А.И., Модестов М.Б., Пичко П.Г., Шульженко А А Синтез тканых нагревателей для объектов обогрева с распределенной структурой (разработка классификационной схемы объектов обогрева с распределенной структурой). 5 краткий отчет об основных результатах научно-исследовательских работ за 2001-2002 гг. М.: ИМАШ РАН, 2003.- С. 45-48.

11. Шульженко A.A., Модестов М.Б. Расче'т теплового поля нагревательных элементов, изготовленных на основе электронагревательной ткани. 7 краткий отчет об основных результатах научно-исследовательских работ за 2005-2006 гг., М.: ИМАШ РАН, 2006,- С. 88-91.

12. Шульженко A.A., Модестов М.Б., Мнев Б.А. Пространственное тепловое воздействие и реакция окружающей среды // Вестник научно-технического развития, 2009. № 6 - С. 33-40.

Патенты и полезные модели

13. Шульженко A.A., Первушин В.П, Корпев В.Н., Колпаков В.В. «Электронагревательная ткань», патент РФ№ 2109091.Б.И., 1998. N» 11

14. Шульженко A.A., Корнев В.Н., Модестов' М.Б. "Одежда с электронагревательной тканью, свидетельство на полезную модель № 9123 Б.И., 1999. № 2.

15. Шульженко A.A., Корнев В.Н., Модестов МБ «Электронагревательная ткань, нагревательный элемент на ее основе и средство соединения нагревательного элемента с источником электропитания (варианты)», патент РФ № 2145984. Б.И., 2000. № 6.

16. Шульженко A.A., Корнев В.Н., Модестов М.Б., Пичко П.Г., Чудов В.А. Средство соединения проводов с проводником из мягкого материала (варианты), патент РФ № 2210148. Б.И., 2003. № 22.

17. Шульженко A.A., Корнев В.Н., Модестов М.Б. Электронагревательная ткань, нагревательный элемент на ее основе и средство соединения нагревательного элемента с источником электропитания (варианты), патент РБ № 6523. Национальный центр интеллектуальной собственности РБ, 2004.

Введение.

ГЛАВА 1. ТРЕБОВАНИЯ К НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ.

1.1. Проблемы в машинах и механизмах, для решения которых необходим обогрев.

1.2. Анализ различных видов нагревателей.

1.3. Свойства жидкости.

1.4. Технологические особенности автоматизированной линии для фасовки тягучих жидкостей и пастообразных продуктов АЛБ

1.5. Нагревательная^ система для; автоматизированной линии фасовки тягучих жидкостей и пастообразных продуктов АЛБ 165.:.

1.5. Г. Нагреватель для жидкости, находящейся в приемном бачке.

1.5.2. Гидродинамические* процессы и теплообмен, происходящие в трубопроводе.

1.5:3; Гидродинамические процессы в трубопроводе..

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТКАНЫХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ.:.

2.1. Источники электропитания;.^.

2.2. Анализ конструкций нагревателей.

2.3. Нагревательный элемент.

2.3.1. Описание и анализ конструкции нагревательного элемента.

2.3.2. Электрическая эквивалентная схема нагревательного элемента.

2.3.3. Дополнительное формирование контактной площадки и расчет ее сопротивления:.

2.3.4. Расчет сопротивления активной части нагревательного элемента. —. —.

ГЛАВА 3 ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В НАГРЕВАТЕЛЕ.

3.1. Структура нагревательного элемента.

3:2. Особенности теплового расчета нагревательного элемента с углеродной нитью.

3.3 Расчет теплового поля нагревательного элемента, состоящего из нескольких углеродных нитей.

3.4. Расчет теплового поля нагревательного элемента со сплошным расположением углеродных нитей.

3.5. Расчет нагревательного элемента с равномерным тепловым полем на его поверхности.

3.6. Расчет нагревательного элемента, расположенного в слоях теплоизоляции.

3.7. Управление температурой.

3.8. Алгоритм синтеза нагревателей.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ

НАГРЕВАТЕЛЕЙ.

4.1. Измерение сопротивлений контактны площадок, активной нагревательной части нагревательных элементов.

4.2. Измерение температур на поверхности нагревательных элементов и обогреваемых объектов.:.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.

Актуальность темы

В одной из своих работ [2] академик И.И.Артоболевский предложил обобщенное определение машины, как- «устройства, создаваемого человеком для использования законов природы с целью облегчения физического и умственного труда, увеличения его производительности и облегчения путем частичной или полной замены человека в его трудовых и физиологических функциях».

Использование законов природы, а: именно, возможность локального повышения температуры, позволяет обеспечить работоспособность машин при их эксплуатации в случае воздействия' на них пониженных температур, расширить спектр обрабатываемых материалов, повысить, качество работы машины.

Особенно проблема обеспечения- работоспособности машин и механизмов проявляется, когда , они работают на открытом воздухе, при пониженных температурах, тем более в России, где: примерно 60% территории - это территории Севера и приравненные к ним; Во многом это связано с увеличением вязкости используемых смазочных веществ, замерзанием конденсата.

Возникает сложность обработки с помощью машин и автоматов веществ, являющихся тягучими и при нормальных условиях.

Для решения этих задач часто' используются различные нагревательные системы от газовых горелок до современных систем. Однако данные нагревательные системы обладают и существенными недостатками при; использовании в устройствах, требующих прецизионного обогрева. Они обладают сложностью конструкции и пространственной неравномерностью создаваемых тепловых полей.

Создание современных, надежных, легко управляемых, легко адаптируемых к условиям применения, технологичных нагревателей, обладающих возможностью получения на своей поверхности различных конфигураций тепловых полей, позволяет обеспечить решение многих тепловых задач. Особенно это важно, когда требуется соблюдение жестких температурных условий нагрева.

Настоящая работа посвящена анализу и синтезу устройств с использованием тканых электронагревателей, осуществляющих обогрев различных узлов машин с целью обеспечения их работоспособности, повышения качества их работы.

Конечно, многие положения разработанных и внедренных методов, полученные при создании обогревающих систем для машин и механизмов, могут с успехом применяться в технических устройствах самого разного назначения, в том числе, в медицине, в специальных бытовых электронагревательных приборах и в других устройствах, где требуется обогрев. Примерами необходимости обогрева в технических устройствах может служить обогрев: расходомеров на нефте- и газопроводах, вертолетных винтов, при борьбе с обледенением, кино-, фотоаппаратуры, работающей в холодных условиях. г

Целью работы является создание устройств обогрева на основе эластичных тканых электронагревателей (далее, нагревателей).

В работе поставлены и решены следующие задачи:

- определение требуемых мощностей нагревателей, обеспечивающих работу узлов машинного» агрегата, в частности, автоматической упаковочной линии для фасовки тягучих жидкостей и пастообразных продуктов;

- анализ существующих нагревателей и синтез надежного нагревателя, отвечающего требуемому уровню нагрева;

- анализ различных типов контактных соединений, применяемых в нагревателях, синтез контактных соединений, обеспечивающих высокую надежность и эффективность работы создаваемого нагревателя;

- изучение особенностей работы углеродной нити, используемой в качестве тепловыделяющего элемента, для обеспечения эффективного ее использования при создании нагревателя;

- разработка методики расчета многомерных тепловых полей различной конфигурации на поверхности нагревателей, для использования ее при создании обогревающих систем для, обеспечения нормальной работы устройств машин и механизмов; .

- экспериментальное исследование распределения многомерных тепловых полей в образцах нагревателей, используемых в специальных устройствах обогрева узлов машин.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- на основе проведеного анализа структур нагревателей разработаны конструкции устройств обогрева,, обладающие высокой надежностью работы;

- изучение особенностей работы углеродной нити как тепловыделяющего элемента и разработка, методики синтеза требуемых конфигураций тепловых полей нагревательных- устройств позволили создать устройство обогрева, которое обеспечивает высокий уровень адаптации к условиям применения;

- разработана энергосберегающая система обогрева, встроенная в машинный агрегат и обеспечивающая' технологический процесс его функционирования.

Личный вклад автора

Выполнено математическое описание происходящих в нагревателях электрических и тепловых процессов.

Получены математические соотношения позволяющие производить расчеты тепловых полей на поверхностях нагревательных элементов различных конструкций.

Разработана конструкция нагревателей, используемых в устройствах обогрева машин и механизмов.

Автором разработана и внедрена технология производства нагревателей, изделий с электрообогревом. Созданные в результате проведенной работы нагревательные системы были использованы в машинном агрегате при фасовке тягучих веществ, для обогрева труб с конденсатом, для размораживания компонентов и плазмы крови с помощью электромеханического устройства.

Достоверность полученных результатов

Рассмотренные модели описываются дифференциальными уравнениями', построенными на основе законов физики. Основные выводы, рекомендации получены в результате решений с использованием' аналитических и численных процедур решения,, прошедших многократное тестирование на ранее изученных системах, и поэтому, могут быть признаны обоснованными. Многие из полученных решений подтверждены результатами проведенных экспериментов.

Практическое значение

Разработанные методы расчета могут использоваться как при создании нагревательных систем- машин и механизмов, так и для нагревателей, применяемых для обогрева биологических объектов. Разработанные методы позволяют производить расчеты нагревателей различного назначения, обладающих аналогичными матричными, структурами' такими, например, как водяные нагреватели «сухого» типа в водолазных костюмах, электронагреватели на основе термокабеля.

Практическим результатом проведенной работы является разработка:

- высокотехнологичной электронагревательной ткани, нагревателей, средства соединения проводников (Патенты РФ № 2109091, № 2145984, № 2210148, Патент РБ № 6523);

- нагревателей для автомата фасовки и упаковки жидких и пастообразных продуктов (ООО «Рекупер», г. Москва);

- нагревателей для обогрева труб с конденсатом (ООО «НИПОМ», г. Нижний Новгород);

- нагревателей для обогрева бачков (ООО «Экосервис», г.Москва, ОАО «Опытный завод № 31 ГА», г.Дубна);

Серийно выпускаемые изделия сертифицированы.

Апробация работы

Основные положения работы, докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах: ; на международном семинаре «Euroterm»; seminar, 64, «Quantitave InfraRed Termography 5, (Реймс, 2000 г.), на международной • конференции «12 International conference on termal/ engineering and. thermogrammetry (TERMO), (Будапешт,, 2001 г.), на научной конференции «Проблемы машиноведения», г. Москва, 2008 г., на V сессии Московского научного общества анестезиологов и реаниматологов, г. Москва, 2004- г., на XVI симпозиуме «Динамика виброудар! 1ых (сильно нелинейных) систем «DYVIS-2009», 2009 г.

Разработанные нагреватели, и изделия с электрообогревом демонстрировались и были отмечены на различных выставках: четыремя золотыми медалями на Всемирном салоне изобретений; в Брюсселе «Брюссель-Эврика 97, 98; 99, 07», «Гран-при» международного салона изобретений «Конкурс «Лепин-1998» в Париже, серебряной медалью международного салона-изобретений «Архимед-99» в Москве, бронзовой медалью салона изобретений «Конкурс «Лепин-1999» в Париже в 1999 г., дипломом участника конкурса «Телогрейка-2001» в рамках 2-ой Международной специализированной выставки профессиональной одежды, спецобуви и средств защиты в Москве, медалью Ассоциации изобретателей Франции на салоне изобретений «Лепин-2005» в Париже в 2005 г., серебряной медалью салона изобретений «Конкурс «Лепин-2005» в Страсбурге в 2005 г., дипломами Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам в 2005 г. и 2007 г., дипломами 7-ой и 8-ой специализированной выставки «Изделия и технологии двойного назначения, диверсификация ОПК» 2006 г. и 2007 г., медалью международного форума «Высокие технологии XXI века» в 2008 г. и др.

Публикации

Основные результаты^ работы отражены в 22 печатных трудах, в том числе: ,12 - опубликованы в рецензируемых изданиях, получено 4 патента на изобретения и 1 свидетельство на- полезную модель. Список печатных трудов приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 91 наименования. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка и 4 таблицы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Сформулированы требования, предъявляемые к нагревателям, используемым для обогрева узлов машин и механизмов, в частности для автоматической упаковочной линии фасовки тягучих жидкостей и пастообразных продуктов АЛБ165.

2. Разработана и успешно применена в расчетах модель тепловыделяющего элемента тканых электронагревательных элементов — углеродной нити.

3. Разработана методика расчета различных тепловых полей на поверхности тканых нагревателей.

4. Разработана математическая модель тепловой системы обогреваемый объект — тканый нагреватель. — теплоизоляционные слои внешней оболочки тканого нагревателя — внешняя среда.

5. Разработана технология изготовления электронагревательной ткани, обладающей существенными преимуществами по сравнению с существующими аналогами: В первую очередь, эти преимущества были достигнуты за счет контактных площадок, обеспечивающих надежное контактное соединение между углеродными нитями нагревателя и низкоомными нитями контактных групп.

6. Разработано устройство обогрева на основе конструкции нагревателей, позволяющей получать требуемые конфигурации тепловых полей и имеющей высокий уровень адаптации к условиям ее применения.

7. Разработано энергосберегающая система обогрева, встроенная в машинный агрегат и обеспечивающая необходимый технологический процесс его функционирования;

5 8. Проведенные экспериментальные исследования позволили получить данные и подтвердить правильность сделанных предположений и расчетов. г

9. Разработан и внедрен в серию не только нагреватель для обогрева узлов фасовочного автомата, но и одежда с электрообогревом для операторов машин, позволяющая осуществлять термокомпенсацию роста дефицита тепла у человека в условиях холода.

1. Алексеев Е.Р., Чеснокова O.B. MATLAB 7. М.: НТ Пресс, 2006.464 с.

2. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1975.720 с.

3. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Т. V. М.: Наука, 1976.- 848 с.

4. Асташев В.К., Бабицкий В.И., Вульфсон И.И., Коловский М.З., Крейнин Г.В., Накапетян Е.Г. Динамика машин и управление машинами. М.: Машиностроение, 1988.- 240 с.

5. Атабеков Г.И:Основы теории цепей. М'.г^Энергия», 1969.- 380.с.

6. Ашкинази Л.А., Дзегиленок В.Н., Ермилов А.Н., Казаков М.Е., Моторин В.А. Резистивный тканый элемент. Патент РФ № 2040863. Б.И. 1995. №21.

7. Баврин И.И. Курс высшей математики. М.: «ВЛАДОС», 2004.- 560 с.

8. Браславский Д.А., Петров В.В. Точность измерительных устройств. М.: «Машиностроение», 1976.- 312 с.

9. Булыгин B.C. О влиянии эффекта Томсона на нагрев металла электрическим током. Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук общая и прикладная физика. Труды 49-ой научной конф. МФТИ. М.: МФТИ, 2006.

10. Вашуркин И.О. Тепловая подготовка ДВС мобильных транспортных и строительных машин зимой. С-П.: Наука, 2002.- 145 с.

11. Вермишев Ю.Х. Основы автоматизации проектирования. М.: Соврадио, 1987.-316 с.t

12. Виноградов В.Л., Ларионов И.Ю., Шульженко A.A., Модестов М.Б. Термоматрац на основе ткани с электропроводными нитями. Материалы 4-й1 сессии MHO АР У/ Альманах анестезии и реаниматологии. 2004. № 4.- С. 10.

13. Ворожцов О.В. Гидравлика с примерами решения задач. Учебное пособие. Псков: ГТГПИ. 2008.- 138 с.

14. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963.870 с.

15. ГОСТ 10434-82. Соединения контактные электрические. Классификация. Общие технические требования. М.: Стандартинформ, 2003:15 с.

16. ГОСТ 28380-89. Соединения непаяные. Часть 1. Соединения накруткой непаяные. Общие требования, методы испытаний и руководство по применению. М.: Стандартинформ, 2006.- 18 с.

17. ГОСТ 27570.01-92. Безопасность электрически нагреваемых одеял, подушек и аналогичных гибких нагревательных приборов для бытового использования. Требования и методы испытаний. М.: ИПК Издательство стандартов,,2001.- 76 с.

18. ГОСТ 8.050-73 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений. М.: Госстандарт СССР, 1973.- 19 с.

19. ГОСТ 8.395-80 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия измерений при поверке. Общие требования. М.: Госстандарт СССР, 1980.- 8 с.

20. ГОСТ Р500267.0-92 Изделия медицинские электрические. 4.1. Общие требования безопасности.

21. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы, С-П.: Лань, 2005.- 232 с.

22. Дремяцкий Н. С., Карпов В. В. Справочник проектировщика-электрика жилых и гражданских зданий. Л-М.: Издательство литературы по строительству, 1965.- 394 с.

23. Жуковский B.C. Основы теории теплопередачи. Л.: Энергия, 1969.224 с.

24. Зернов Н.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. Л.: Энергия, 1972.- 816 с.

25. Игнатьева A.B., Краснощекова Т.И., Смирнов В.Ф. Курс высшей математики. М.: Высшая школа, 1964.- 684 с.

26. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981.-416 с.

27. Карнаухов H.H. Повышение приспособленности мобильных строительных машин к суровым условиям эксплуатации: Учебное пособие. Тюмень: ТюмИИ, 1993.- 223 с.

28. Карпов Ф.Ф., Козлов В.Н. Справочник по расчету проводов и кабелей. Л.: Энергия, 1964,- 320 с.

29. Кирпичев М.В., Михеев М.А., Эйгенсон Л.С. Теплопередача. Л.: Государственное энергетическое издательство, 1940.-291 с.

30. Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1972.

31. Колмогоров А.Н., Фомин C.B. Элементы теории функций и функционального анализа. М: ФИЗМАТЛИТ, 2009.- 572 с.

32. Колосов С.П., Калмыков И.В., Нефедова В.И. Элементы автоматики. М.: Машиностроение, 1970.- 392 с.

33. Котов В.Н. Расчет температурного поля тонкого проводника, нагреваемого электрическим током. М: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002.- 12 с. URL: http://www.nsu.ru. (дата обращения 20.07.2011).

34. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. М.: Машиностроение, 1987.- 560 с.

35. Михеев М.А., Синельников A.C. Труды государственной физико-технической лаборатории. Вып. 9. М.: ФТЛ, 1929.- С. 33.

36. Морозова Е. Химический состав и свойства натурального меда. URL: http//www.paseka.su. (дата обращения 20.07.2011).

37. МухачевГ.А., Щукин В.К. «Термодинамика и теплопередача», М.: Высшая школа, 1991.- 480 с.

38. Оптовец В.Т., Невструева Н.И., Гриффен Л.А., Вититин B.C., Стулов В.В. Тканый электронагреватель. Патент РФ № 2027320. Б.И. 1995. №2.

39. Офицерьян Р.В., Никитин A.A., Безукладнов В.И., Шумаев C.B., Орлов В.Я. Тканый электронагреватель. Патент РФ № 2046552. Б.И. 1995. №29.

40. Пайерлс Р. Электронная теория металлов. М: Гос. изд. иностр. лит., 1947.- 95 с.

41. Перуццо Л. Электропроводная нить. Патент РФ № 2124597. Б.И. 1999. № 1.

42. Полезные свойства меда. Тамбовская пасека Машенкова. URL: http//www.beehoney.ru/honeysvoistva. (20.07.2011).

43. Портативный инфракрасный пирометр серии TI. Руководство. 2006,- Юс.

44. Поршнев C.B. MATLAB 7. Основы работы и программирования. М.: БИНОМ, 2006,- 320 с.

45. Сазонов И.И. Гидравлика. Курс лекций. Учебное пособие. М.: ИЦ МГТУ Станкин, 2004.- 292 с.

46. Сайт ЗАО ИТП «ПРОМБИОФИТ». URL: http//www.prombiofit.ru. (дата обращения 20.07.2011).

47. Сайт НПО «ТехноШок». URL: http//www .tehnochoc.narod.ru. (дата обращения 20.07.2011).

48. Сайт ОАО «Химволокно» г. Серпухов. URL: http//www.ntrm.ru. (дата обращения 27.07.2011).

49. Сайт ООО «БМС технологии». URL: http//www.bmsystem.ru. (дата обращения 27.07.2011).

50. Сайт ООО «Импульс». URL: http//www.flexyheat.ru. (дата оращения 27.07.2011).

51. Сайт ООО "Рекупер». URL: http//www.recuper.ru. (дата обращения 16.05.2011).

52. Сайт ООО «Специальные системы и технологии». URL: http//www.StroyNet.ru, wvvw.sst.ru. (дата обращения 27.07.2011).

53. Самарский A.A., Вабишевич П.Н., Вычислительная теплопередача. М.: Книжный дом ЛИБРОКОМ, 2009.- 784 с.

54. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.2.540-96. Гигиенические требования к ручным инструментам и организации работ. М.: Госкомсанэпиднадзор РФ, 1996.

55. Седов A.B., Ландо Н.Г., Шульженко A.A., Иванов В.И., Модестов М.Б. Разработка медико-технических средств для спасения пораженных от холода людей и спасателей в чрезвычайных ситуациях // Гигиена и санитария. 2003. № 4.- С. 18-19.

56. Сосков Ю.М., Корабленко М.А. Гибкий электронагреватель. Патент РФ № 2074524. Б.И., 1997. № 6.

57. СП 12-104-2002. М.: Госстрой России.

58. Справочник машиностроителя. Т. I. Под ред. акад. Чудакова Е.А., М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1950.- 1036 с.

59. Справочник по электро- и электронно-измерительным приборам М.: 1972.-360 с.

60. Технические характеристики продукции ООО «УВИКОМ». Проспект. М.О.: ООО УВИКОМ, 1997.

61. Туричин A.M. Электрические измерения. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961.- 338 с. ■

62. Уокенбах Д. Диаграммы в Excel. М-СПб-Киев: Диалектика, 2003.438 с.

63. Фаддеев Д.К. Лекции по алгебре. СПб.: Лань, 2005.- 416 с.

64. Шульженко A.A. Методы расчета теплового поля тканых нагревательных элементов // Информационные технологии в проектировании и производстве, 2007. № 3.- С. 46-52.

65. Шульженко A.A. Расчет теплового поля тканых нагревательных элементов // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2008. № 2.- С. 116-123.

66. Шульженко A.A., Андрианов H.A., Модестов М.Б., Мнев Б.А. Особенности расчета тканого нагревателя с углеродными электропроводными нитями // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2010. № 6.- С. 93.

67. Шульженко A.A., Первушин В.П., Корнев В.Н., Колпаков В.В. Электронагревательная ткань. Патент РФ № 2109091. Б. И., 1998. №11.

68. Шульженко A.A., Корнев В.Н., Модестов М.Б. Одежда с электронагревательной тканью. Свидетельство РФ на полезную модель № 9123. Б. И., 1999. №2.

69. Шульженко A.A., Корнев В.Н., Модестов М.Б. Электронагревательная ткань, нагревательный элемент на ее основе и средство соединения нагревательного элемента с источником электропитания (варианты). Патент РФ № 2145984. Б.И., 2000. № 6.

70. Шульженко A.A., Корнев В.Н., Модестов М.Б., Пичко П.Г., Чудов В.А. Средство соединения проводов с проводником из мягкого материала (варианты). Патент РФ № 2210148. Б.И., 2003. № 22.

71. Шульженко A.A., Ларионов И.Ю., Модестов М.Б. Требования к нагревателям для обогрева ожоговых больных // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2007. № 6.- С. 88-93.

72. Шульженко A.A., Модестов М.Б. Расчет теплового поля нагревательных элементов, изготовленных на основе электронагревательной ткани. 7 краткий отчет об основных результатах научно-исследовательских работ за 2005-2006 гг. М.: ИМАШ РАН, 2006.- С. 88-91'

73. Шульженко A.A., Модестов М.Б., Мнев Б.А. Пространственное тепловое воздействие и реакция окружающей среды // Вестник научно-технического развития. 2009. № 6 (22).

74. Шульженко A.A., Модестов М.Б., Мнев Б.А. Расчет теплового поля тканого электронагревателя, находящегося в теплозащитных слоях одежды // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2011. № 4,- С. 110-117.

75. Шульженко А.А., Модестов М.Б., Мнев Б.А. Расчет теплового поля тканого нагревателя со сплошным расположением высокоомных нитей // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2009. № 5.- С. 112-117.

76. Шульженко А.А., Модестов М.Б., Мнев Б.А. Тканые нагреватели и их контакты // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2010. № 3.-С. 111-118.

77. Шульженко А.А., Модестов М.Б., Мнев Б.А. Тканые нагреватели. Сборник трудов конференции «Проблемы машиноведения». М.: ИМАШ РАН, 2008.- С. 580-584.

78. Шульженко А.А., Модестов М.Б., Мнев Б.А. Нелинейное пространственное тепловое воздействие и реакция окружающей среды. Сборник трудов XVI симпозиума «Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем «DYVIS-2009». М.: ИМАШ РАН, 2009.- С. 421-427.

79. Шульженко, А.А., Модестов Б.М., Модестов М.Б. Некоторые особенности теплового взаимодействия нагревателей и человека при контактном обогреве // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2008. № 4.- С. 97-102.

80. Юдин В.А., Петрокас JI.B'. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1977.- 527 с.

81. Belluco U., Peruzzo L. Elecrically conducting set of fibers in sheet form. European Patent Application, 1993. Bui. № 93/40.

82. Koch W. Beiheft Gesund. Ing. 22 , Reihe 1, 1927.

83. Kochman A., Gurevich1 A. Electroconductive textile heating element and method of manufacture. 1998. Appl. № 855,595

84. Lisichkin D., Shultshenko A., Pjatnitskaja G., Segen A. Thermovisionq ittesting of home electric heaters, «12 International conference on termalengineering and thermogrammetry (TERMO), 13-15 june 2001" Abstracts, Budapest, 2001.-PP. 145-156.

85. MATLAB. Официальный курс Кембриджского университета. M.: ТРИУМФ, 2008.- 352 с.

86. Microsoft Excel для Windows 95. M.: «ЭКОМ», 1998.- 432 с.