автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Исследование технических требований деталей газоразрядной камеры генератора озона и построение производственного процесса их изготовления

РГ6 од

Министерство общего и профессионального/ ДДОЗ 2000 образования Российской Федерации

Московская государственная академия приборостроения и информатики

I

На правах рукописи

Зуев Владимир Валерьевич

Исследование технических требований деталей газоразрядной камеры генератора озона и построение производственного процесса их изготовления

Специальность 05.02.08. — Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Московская государственная академия приборостроения и информатики

На правах рукописи

Зуев Владимир Валерьевич

Исследование технических требований деталей газоразрядной камеры генератора озона и построение производственного процесса их изготовления

Специальность 05.02.08. — Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Диссертация выполнена на кафедре "Технологическая информатика и технология машиностроения" Московской государственной академии приборостроения и информатики.

Научный руководитель

доктор технических наук профессор Султан-заде Н. М.

Научный консультант

кандидат технических наук доцент Клочков В. П. доктор технических наук профессор Косов М. Г. кандидат технических наук доцент Кондаков А.И.

Официальные оппоненты: —

Ведущая организация

ИКТИ РАН

Защита состоится " 23 " ноября 1999 г. в 10 часов на заседании Диссертационного Совета К 063. 42. 04 Московской государственной академии приборостроения и информатики по адресу: 107846, Москва, ул. Стромынка, д. 20, МГАПИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАПИ.

Автореферат разослан "_" _ 1999 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета профессор

Н. И. Касаткин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема уничтожения патогенной флоры в учреждениях практического здравоохранения и на предприятиях пищевой промышленности в последние годы приобрела чрезвычайно большое значение. Видное место в комплексе мер, направленных на борьбу с патогенными микроорганизмами, занимает дезинфекция и стерилизация воздушной среды помещений.

Традиционными методами проведения дезинфекционных мероприятий остаются тепловая, химическая обработка или их комбинация. Перспективным, экологически чистым методом низкотемпературной дезинфекции является процесс электро-антисептировния. Существенное преимущество последнего метода заключается в том, что антимикробный компонент (озон) создается под действием высоковольтного газового разряда непосредственно из кислорода атмосферного воздуха и при отключении разряда соответственно исчезает, не загрязняя объект и атмосферу остаточными продуктами.

Генерирование озона осуществляется в газоразрядной камере высокого напряжения под действием электрического поля коронного разряда. Электросинтез озона имеет сложный характер и зависит от многих факторов, а именно: конструктивных, электрических параметров озонатора и условий его эксплуатации.

В последнее время растет потребность в малогабаритных, экономичных и производительных озонаторах. Однако разработка конструкции озонатора, удовлетворяющая указанным требованиям и одновременно обладающая высокой надежностью, сдерживается из-за отсутствия практических рекомендаций, методик инженерных расчетов и экспериментальных исследований конструктивных элементов газоразрядных камер генератора озона как основной сборочной единицы.

В связи с вышеизложенным, исследование технических требований деталей газоразрядной камеры генератора озона и построение производственного процесса их изготовления представляется весьма актуальным.

Целью работы является теоретическое и экспериментальное обоснование точностных характеристик деталей газоразрядной камеры генератора озона, а также построение производственного процесса по выпуску указанной сборочной единицы с обеспечением долговечности.

Методы исследования. Использованы основные положения технологии машиностроения, теория размерных цепей, экспериментальные и теоретические положения теории коронного разряда. Полученные результаты проверенны на опытном образце газоразрядной камеры генератора озона коронного разряда.

Научная новизна заключается:

1. в разработке метода проектирования технических требований, предъявляемых к газоразрядной камере и деталям, входящих в указанную сборочную единицу;

2. в установлении функциональной связи между межэлектродным расстоянием и вольтамперной характеристикой коронного разряда;

3. в разработке метода построения производственного процесса изготовления газоразрядной камеры, с учетом удовлетворения заданного сегмента рынка и долговечности производимого изделия.

Практическая ценность. Полученные в диссертации данные и сделанные на их основе выводы углубляют имеющиеся в литературе представления о генерировании озона в коронном разряде и построении производства по выпуску газоразрядных камер озонатора.

Благодаря полученным результатам разработаны: рекомендации по практическому применению коронного разряда с целью генерирования озона; алгоритм проектирования газоразрядной камеры генератора озона; построение технологического процесса изготовления деталей газоразрядной камеры.

Проведенная работа позволяет проектировать газоразрядные камеры коронного разряда озонаторов различной производительности. Разработанная модель позволяет назначить конструктивные требования и геометрическую точность деталей газоразрядной камеры. Полученные результаты являются основой проектирования технологических процессов различной серийности изготовления комплектующих деталей газоразрядной камеры, а также построения производственного процесса по их выпуску.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Формулирование служебного назначения проектируемого изделия с последующим переходом к проектированию видов и форм связей его исполнительных поверхностей.

2. Согласование электрических и конструктивных параметров газоразрядной камеры генератора озона.

3. Построение размерной связи газоразрядной камеры, позволяющей определить точность изготавливаемых деталей сборочной единицы.

4. Проектирование технологического процесса изготовления деталей и сборочной единицы в целом и построение производственного процесса по выпуску рассматриваемого изделия с учетом охватываемого рынка сбыта.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на научно-технической конференции "Фундаментальные основы наукоемких и высокотехнологичных приборов", в Сергиев-Посаде в 1997 году.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, с указанием работ отечественных и зарубежных авторов.

Объем диссертации страниц машинописного текста, в том числе V/ таблиц, рисунков. Список литературы содержит 95 наименований, из них Цб на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

В первой главе дан литературный обзор работ, касающихся обоснования применения озона с целью дезинфекции воздушной среды помещений. Проведен анализ основных способов генерирования озона и типов озонаторов, а также рассмотрено современное представление о существовании коронного разряда. Анализ методов применения озона в различных отраслях народного хозяйства, и медицине показал, что озонирование является прогрессивным способом дезинфекции и стерилизации воздушной среды помещений.

Озон, из-за своей неустойчивости, нельзя генерировать и хранить для последующего . использования. Он должен вырабатываться для немедленного применения, что сокращает расходы на хранение и транспортировку дезинфицирующего средства, а его эффективность действия и экологически чистая природа превосходят другие дезинфицирующие вещества.

Озон может быть получен в результате ультрафиолетового облучения, барьерного или коронного разряда. Как показано в ряде случаев, наиболее целесообразным методом генерирования озона является электросинтез в коронном разряде. Однако в отечественной и зарубежной литературе не представлена информация о конструкторско-технологических требованиях газоразрядной камеры коронного разряда и проектировании производства по ее выпуску. На основе сделанного вывода сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе изложены методики процесса проектирования и определения точностных параметров элементов газоразрядной камеры. Теоретически определены объем выпуска и производительность технологического процесса производства газоразрядной камеры озонатора. Основное внимание уделено следующим этапам создания прибора:

а) формулирование служебного назначения;

б) проектирование газоразрядной камеры;

в) построение алгоритма проектирования конструкции газоразрядной камеры озонатора;

г) проектирование производства по выпуску озонатора.

Как показано в работе, к генератору озона предъявляются следующие технические требования: 1) концентрация генерируемого озона - С мг/м3; 2) производительность озонатора - п03 г/час.; 3) вес озонатора - в кг; 4) габаритные размеры -а) ха2 ха3 (длина х ширина х высота); 5) сырье для получения озона; 6) температура сырья - 7) влажность сырья - % ; 8) атмосферное давление подаваемого сырья - Па.; 9) сохранение работоспособности в течение-Т час.

Основная часть выполнения требований служебного назначения осуществляется в газоразрядной камере озонатора, которая представлена на рис. 1. В вязи с этим, проектирование газоразрядной камеры озонатора необходимо начинать с выбора вида и формы связей ее исполнительных поверхностей. На данном этапе решаются следующие вопросы: 1) выбор геометрии всей сборочной единицы (газоразрядной камеры); 2) выбор материала деталей; 3) геометрия комплектующих деталей; 4) выбор относительного расположения деталей; 5) осуществление согласования электрических и конструктивных параметров озо-

натора; 6) осуществление прокачивания сырья (воздуха) через газоразрядную камеру.

Исходя из служебного назначения озонатора и технологичности изготовления, предложена цилиндрическая геометрия газоразрядной камеры с коаксиальной системой электродов.

Выбор материала деталей газоразрядной камеры должен основываться на физико-химических процессах, протекающих при их эксплуатации. Поэтому во избежании интенсивной коррозии деталей, находящихся в агрессивной окислительной среде, необходимо применение коррозионно-стойких сплавов. Изолирующие детали, помимо устойчивости к агрессивной среде, должны обладать высокими диэлектрическими свойствами.

Выбор геометрии комплектующих деталей и их относительное расположение основан на анализе накопленного опыта в рассматриваемой области, основная идея которого заключается в следующем: газоразрядная камера состоит из изолированных друг от друга наружного (некорони-рующего) и внутреннего (коронирующего) электродов.

Наружный диаметр газоразрядной камеры должен удовлетворять следующему условию:

03<а3, (1)

где Б3 — наружный диаметр некоронирующего электрода; а3 — высота корпуса генератора озона.

Как видно из рис. 1, значение Э3 влияет на значение внутреннего диаметра некоронирующего электрода Оь последнее определяется из следующего выражения:

Б, =Оэ - 2Ь, (2)

где — внутренний диаметр некоронирующего электрода; Б3— наружный

диаметр некоронирующего электрода; И — толщина наружного электрода.

Толщина коронирующего электрода (Ь) выбирается из условия прочности корпуса газоразрядной камеры или по ГОСТу 9941-81, который предусматривает наружный диаметр и толщину стенки холодно- и теплодеформированной трубы из коррозионно-стойкой стали.

Внутренний диаметр коронирующего электрода (02) определяется следующим образом:

02=0,-2Ц (3)

где 02 — диаметр коронирующего электрода; Б, — внутренний диаметр наружного электрода; Ь — межэлектродное расстояние.

В выражении (3) аргументы Бг и Ь определяются из условия пробоя воздуха между электродами. При нормальном атмосферном давлении и влажности он возможен при разности потенциалов порядка 30 кВ на каждый сантиметр межэлектродного расстояния. Это означает, что задавшись значением Ь, определяется начальное напряжение (14) и диаметр коронирующего электрода (132).

мощности (Р); 2- длина коронирующей иглы (Н) от мощности (Р); 3- длина коронирующей иглы (Н) от начального напряжения (ик); 4- угол конусности (а) от мощности (Р)|.

Линейные размеры деталей рассматриваемой сборочной единицы определяются на основе рис. 1, при этом можно принять:

1 *=1-7 — ширина изоляционного кольца;

Ь=1б— расстояние между изоляционным кольцом и боковой поверхностью коронирующего электрода;

1з=15 — толщина коронирующего электрода;

14 — расстояние между боковыми поверхностями коронирующих электродов. Проведенные нами исследования, с целью определения значения 1ь позволили предложить следующую зависимость:

1|=17=*,03, (4)

где к1 — коэффициент пропорциональности (&/ = 0,3...0,4); Э3 — наружный диаметр некоронирующего электрода.

Значение величины Ь можно выбирать произвольно, руководствуясь общим ограничением по длине газоразрядной камеры. Практика показала, что удобно воспользоваться зависимостью:

Ь=1б=*2Ь, (5)

где к2 — коэффициент пропорциональности (к2= 0,35...0,45); Ь — межэлек-тродиое расстояние.

Величина Ь определяется зависимостью:

1З=15 = №, (6)

где ¿з — коэффициент пропорциональности (£?= 0,02...0,04) С целью повышения ресурса работоспособности и производительности озонатора при неизменных электрических и пневматических связях, корони-рующие электроды объединяют в систему электродов. В этом случае возникает взаимное экранирование, которое напротив снижает мощность озонатора. Величина экранирования зависит от диаметра 02 и расстояния между корони-рующими электродами ]4. Поэтому предлагается воспользоваться линейной зависимостью, с коэффициентом пропорциональности к4:

и=к4Ъ2. (7)

Опытные данные показали, значение к4 лежит в интервале 0,4...0,6. Найденные значения линейных размеров деталей газоразрядной камеры образуют общую длину сборочной единицы (1„с,„).

При этом полученное значение 1общ должно быть сравнимо ро значением габаритного размера Э] или а2, в зависимости от расположения газоразрядной камеры и удовлетворять условиям:

(8)

где а, и а2 —соответственно длина и ширина корпуса генератора озона. Проведенное сравнение позволяет выявить возможность размещения газоразрядной камеры в корпусе озонатора.

Переходим к рассмотрению параметров связей исполнительных поверхностей коронирующего электрода. Имеет место функциональная зависимость (9), которая является исходной при переходе от служебного назначения генератора озона к размерным связям его исполнительных поверхностей:

С= ф (а, Н, Ь, с1ц, х, п, Р, ик), (9)

где С - параметр служебного назначения, (т.е. концентрация генерируемого озона); а — угол конусности острия коронирующей иглы; Н — длина коронирующей иглы; Ь — межэлектродное расстояние; с!,, — диаметр цилиндрической части иглы; х — расстояние между иглами; п — количество игл по окружности или в линейном направлении; Р— мощность электрического разряда; Ь1 к — начальное напряжение коронного разряда.

Как видно из представленной зависимости (9), изменить концентрацию генерируемого озона, при неизменных электрических характеристиках, возможно за счет геометрии коронирующего электрода. На рис. 1 представлены параметры размерной связи коронирующего электрода. Поскольку в настоящее время функциональная зависимость (9) в явном виде не установлена, то для определения значения аргументов и их отклонений от номиналов для обеспечения требуемых значений выходного параметра С, не позволяет использовать дифференциальное исчисление. Поэтому в настоящей работе предлагается решать поставленную задачу на основе опытных данных по озонаторам коронного разряда, опубликованных Ксензом Н.В. и в наших исследованиях.

По свидетельству многочисленных исследований, концентрация генерируемого озона (С) пропорциональна электрической мощности коронного разряда (Р), т.е:

С=^Р, (10)

где к} — коэффициент пропорциональности.

Точностные характеристики конструктивных элементов газоразрядной камеры определяются в следующей последовательности. Зная предельные отклонения концентрации генерируемого озона 8с, можно определить предельные отклонения от номинального значения мощности коронного разряда бР. На рис. 2 изображено последовательное проектирование размерного вида связей исполнительных поверхностей исследуемого объекта. В верхнем правом углу координатной плоскости (рис.2) расположены оси координат концентрации генерируемого озона (С) и мощности коронного разряда (Р). Обозначим заданное служебным назначением, С как а пунктиром покажем допуск концентрации генерируемого озона 5С. Поскольку ранее уже было определено значение межэлектродного расстояния Ь=Ь(|) (3), то можно определить номинальное значение Р=Р(" и соответствующее предельное отклонение 5Р (рис.2). Дальнейшее определение номинального значения и значения допустимого отклонения конструктивных элементов выполняется аналогичным образом.

В нижнем правом углу координатной плоскости (рис.2) расположены оси координат мощности коронного разряда (Р) и длины коронирующей иглы (Н), а также их зависимости для различных межэлектродных расстояний Ь. Зная, найденные ранее значения Р=Р(" и Ь=Ь(", находим Н=Н(1) и соответствующее значение допустимого отклонения 5ц. Найденное значение Н=Н(1) позволяет скорректировать определенное ранее начальное напряжение коронного разряда 14.

Рис. 3. Зависимости размерных связей [1 - диаметр цилиндрической части иглы (с1ц) от мощности (Р); 2 - расстояние между иглами (х) от мощности (Р)]

Для этого в нижнем левом углу координатной плоскости (рис.2) расположены оси координат длины коронирующей иглы (Н) и начального напряжения (ик). От значения Н(1) опускается перпендикуляр до пересечения с кривой Ь=Ь(1) и от точки пересечения восстанавливается перпендикуляр на ось ик, определив тем самым действительное значение ик(1) и допустимое отклонение 511к.

Результаты проведенных исследований по изучению влияния угла конусности острия коронирующей иглы а на мощность Р и начальное напряжение коронного разряда ик для игл с различным диаметром цилиндрической части с1ц представлены в левом верхнем углу координатной плоскости (рис. 2). Как следует из зависимости а=ф1(Р), если значение а выбрано на участке снижения мощности разряда, т.е. а < а| (рис.2.), то в этом случае наблюдается интенсивное изнашивание коронирующего электрода в результате электроэрозии, что отрицательно сказывается на работоспособности и долговечности не только разрядной камеры, но и всего прибора в целом. Поэтому рекомендуется осуществлять выбор а на интервале а>а\.

Определив значение а(1), определяется соответствующее значение допустимого отклонения диаметра цилиндрической части — 5с1„. С этой целью построена зависимость Р(с1„) (рис. 3.) по результирующим точкам (рис.2.), образовавшихся при пересечении кривых соответствующего значения и перпендикуляров опущенных на ось а(1). Оси координат Р и с1„ расположены в правом углу координатной плоскости ( рис.3 ). Как видно из зависимости (рис. 3), значение 5с1ц прямо пропорционально допустимому отклонению мощности 8Р.

Поскольку выход озона пропорционален мощности, то, как следует из зависимостей рис. 2 и рис. 3, для увеличения производительности озонатора предпочтительнее использовать иглы с меньшим углом конусности и большим диаметром цилиндрической части иглы.

Для получения оптимальной производительности озонатора, одиночные коронирующие иглы объединяют в систему игл. В этом случае возникает взаимное экранирование, приводящее к снижению мощности озонатора при неизменном напряжении коронного разряда. Величина экранирования зависит от длины иглы (Н) и расстояния между иглами (х). Для игл большей длины экранирование сказывается в меньшей степени. Результаты исследований, приведенные на рис. 3, показывают, что взаимное экранирование двух игл уменьшается с увеличением расстояния между ними. Зная значение мощности разряда Р(|> по известной зависимости Р=/Гх) (рис. 3), находим значение х(|) и 8Х.

Найденные значения позволяют рассчитать весовые характеристики всей сборочной единицы и каждой детали в отдельности по формуле:

0„=1У,рь (11)

где С| К— масса всей газоразрядной камеры генератора озона; У| — объем ¡-ой детали газоразрядной камеры; р, — плотность материала ¡-ой детали газоразрядной камеры. Уничтожение патогенной флоры осуществляется при достижении рабочей концентрации озона, которая достигается не сразу после включения генератора озона, а в течение определенного времени, названного временем набора рабочей концентрации (Т):

Т = С р ^ (в часах), (12)

п о з

где Ср — рабочая концентрация озона, создаваемая в дезинфицируемом помещении [0,04 г/м3]; О — строительный объем помещения (м3); п03 — производительность генератора озона (г/час).

Зная параметр (Ср) и значение п03, осуществляется переход к следующему виду связи (пв) — производительности озонатора по воздуху. Это позволяет выбрать соответствующий компрессор или вентилятор для прокачки воздуха через разрядную камеру:

пв=п03/С, (13)

где п„ — производительность разрядной камеры по воздуху (м3/час); п03— производительность прибора по озону (г/час); С — концентрация генерируемого озона (г/м3).

Производительность разрядной камеры по воздуху (пв) является результирующей двух величин: скорости воздуха пропускаемого через разрядную камеру (Увоз) и площади поперечного сечения газоразрядной камеры (в). Указанные аргументы являются исходными для выбора вентилятора и аналитически зависимы по формуле:

пв=Увоз*з. (14)

С учетом конструктивных особенностей проектируемой газоразрядной камеры озонатора (рис. 1) параметр б будет иметь следующее значение:

Л-D t zD ' s=-,----A--al, (15)

где s — площадь поперечного сечения газоразрядной камеры озонатора; а — ширина стойки изолятора; / — высота стойки изолятора.

Приведенные аналитические зависимости (14) и (15) и установленное техническое требование - пв, позволяют определить значение VB03. Значения этих величин дают возможность спроектировать или подобрать стандартный вентилятор, необходимый для прокачивания воздуха через газоразрядную камеру.

Полученные результаты позволяют составить алгоритм проектирования газоразрядной камеры генератора озона, который изображен на рис.4.

Проектирование технологического процесса изготовления газоразрядной камеры возможно, когда известен объем выпуска изделия и время его выполнения. Объем выпуска изделия должен учитывать неудовлетворенный спрос рынка и долговечность газоразрядной камеры генератора озона. Исходными данными для решения поставленной задачи являются:

Тдолг — долговечность газоразрядной камеры; Nn0Tp — потребность рынка в озонаторах.

Проектирование производственного процесса предполагает установление связей между параметрами:

Общая потребность рынка (NrlUTp):

Himp = П * m, (16)

где n — среднее количество озонаторов, необходимое одному потребителю; m — объем потребителей на рассматриваемом рынке. Средний календарный срок службы озонатора (Тсрсл.):

Тср сл."Тдолг / k¡, (17)

где k¡ — усредненный коэффициент использования озонатора в течение календарного времени пользования.

Потребность охватываемого сегмента рынка (Np):

Np = NnoTp, (18)

где k2 — доля удовлетворения потребности рассматриваемого рынка, которая определяет величину его сегмента (коэффициент освоения рынка).

Производительность производственного процесса (q):

q=Np/Tcpx,,=tgp. (19)

Иными словами, в течение срока службы озонатора (Тсрсл.) необходимо удовлетворить потребность рынка (Np). Организованная таким образом производительность изготовления озонаторов предполагает равномерную загрузку на производственные мощности, а также минимальные затраты на издержки производства.

где С—концентрация генерируемого озона; Р—мощность коронного разряда; Н — длина коронирующей иглы; ик — начальное напряжение коронного разряда; а—угол конусности острия коронирующей иглы; с1ц — диаметр цилиндрической части иглы; х — расстояние между иглами; П03 — производительность разрядной камеры по озону; пв—производительность разрядной камеры по воздуху; б — площадь поперечного сечения газоразрядной камеры; ^^воз — скорость воздушного потока, пропускаемого через газоразрядную камеру; в — вес озонатора; Огк — вес газоразрядной камеры; а^агХЯз — габаритные размеры корпуса озонатора; Б3 — наружный диаметр газоразрядной камеры; Ь — толщина стенки наружного электрода; Б] — внутренний диаметр наружного электрода; Ог — диаметр коронирующего электрода; Ь — межэлектродное расстояние; 10б,и — длина газоразрядной камеры; V, — объем ¡-ой детали газоразрядной камеры; р, — плотность материала ¡-ой детали.

Рис. 4. Последовательность проектирования конструкции газоразрядной камеры генератора озона

С учетом выше изложенного, производственный процесс строится в зависимости от соотношения производительности технологического процесса (я) и интенсивности удовлетворения спроса рынка (Ь) возможны три варианта построения производственного процесса:

1) производительность технологического процесса равна интенсивности удовлетворения спроса, ц=Ь;

2) производительность технологического процесса меньше интенсивности удовлетворения спроса, ц ( Ь;

3) производительность технологического процесса больше интенсивности удовлетворения спроса, я ) Ь.

Первый вариант построения производства наиболее оптимальный.

Второй и третий варианты постарения производства убыточны, поскольку предусматривают дефицит в производимом продукте (случай я ( Ь) или перенасыщение рынка (случай я ) Ь) за проектируемое время Тср с;| .

В общем случае, среднее значение запаса изделий за период изготовления дТ будет равно среднему значению следующего интеграла: 1 *т

N /N(4,11)*.

Л о

Для рассматриваемого варианта построения производства последнее выражение запишется следующим образом: м N-1! М-ДТ

Лт 2-лт1лТ ) 21 ч

Н:р (дТ)=Ы. (20)

Задавшись оборотными средствами Аобор, определяется длительность периода запуска партии изделий по следующим формулам: А г N С ы

обор _ ср ИТ Д __ 14

~С С ч

ИЗД ИЗД.1 1

где Сизд — себестоимость произведенной продукции.

Так как Аобор. = Ыср * Сизд, то

А „ Л .

N г = (22)

ср С Л С -а

ИЗД ИЗД 1

Поскольку за период запуска ДТ производится N изделий, то к моменту завершения срока службы изделия, кроме удовлетворения спроса рынка Ир, необходимо добавить дополнительное количество N изделий к потребности рынка. Это связано с тем, что изделия выпущенные на первом отрезке запуска деталей исчерпывают свой ресурс и нуждаются или в замене или в восстановлении работоспособности. Поэтому производительность производственного процесса должна определяться с учетом этого положения.

Получаемая прибыль от реализации изготовленной продукции за время ДТ, определяется по формуле:

_ обор _ ср И1Д __ 14 /О 1 ч

У1-1'

Г

П(лт, = Д-С„зд=-—^-*АТ*Ц-С„зп, (23)

с р,с л

где Д — доход от реализации продукции; Ц — розничная цена реализованной продукции.

Решая это уравнение относительно ДТ определяется срок возврата средств, вложенных в рассматриваемое производство.

В третьей главе Проведено экспериментальное исследование по определению технических требований газоразрядной камере генератора озона коронного разряда. Целью экспериментальной работы являлась определение зависимости концентрации генерируемого озона при различных конструктивных параметрах газоразрядной камеры от положения рабочей точки на вольтамперной характеристике коронного разряда. Основная задача данного исследования заключалась в обосновании допустимых отклонений от номинального значения межэлектродного расстояния Ь.

Электрические характеристики разряда (напряжение, ток) и концентрация генерируемого озона, определялись для трех конструкций разрядных камер, которые отличаются друг от друга значением межэлектродного расстояния Ь=20мм, 16мм, 13мм. Измерения производились плавным изменением напряжения разряда от 0 до 14 кВ, дальнейшее повышение напряжения приводит к переходу коронного разряда в искровой, где резко снижается процесс электросинтеза озона. При фиксированном значении напряжения измерялся электрический ток коронного разряда и концентрация генерируемого озона.

Для указанных разрядных камер были получены графические зависимости концентрации генерируемого озона и тока от напряжения коронного разряда (рис.5.).

Анализируя кривые вольтамперной характеристики коронного разряда для разрядных камер с межэлектродным расстоянием Ь=13 мм, Ь=16 мм и Ь=20 мм, можно сделать следующие выводы:

1 .Характер протекания коронного разряда до перехода в искровой идентичен для всех исследуемых разрядных камер.

2.Наибольшая стабильность разряда наблюдается на участке ВС.

3.Стационарность коронного разряда соответствует одному и тому же значению тока (от 1,8 до 2,2 шА), но при разных значениях напряжения. Для разрядной камеры Ь]=20 мм— Х_1|=12 кВ, 1^=16 мм— и=10,5 кВ и Ьз=13 мм— и2=9 кВ.

Рассматривая полученные экспериментальные зависимости концентрации озона от напряжения легко обнаружить, что кривые концентрации озона, с точностью проводимого эксперимента, повторяют вольтамперную характеристику соответствующей разрядной камеры. Это указывает на пропорциональную зависимость концентрации генерируемого озона от электрического тока.

Допуск на межэлектродное расстояние будем определять из условия максимального межэлектродное расстояние - Ьтах (начало появления озона

Концентрация Ток озона. разряд»

160

120 -

80 -

40

Ь=13 мм в! / Б Ь—16 мм 1/ Ь=20 мм 1 / О./

/ / > Л

с < ■ / с{ ?г (/

в 'В

Л ЛГ А А

Ток разряда,

10 11 12 Напряженке и [кВ]

Концентрация генерируемого озона

Рис. 5. Зависимости концентрации генерируемого озона и тока от напряжения коронного разряда для газоразрядных камер с различным межэлектродным расстоянием

в разряде) и минимальное значение - Ьп,;п (переход коронного разряда в другой вид разряда).

С этой целью, на основании результатов проведенной экспериментальной работы предложена эмпирическая зависимость вида: и

I =

(24)

где I — ток разряда, и — напряжение разряда, Ь — межэлектродное расстояние, х — искомый показатель степени.

На основе экспериментальных данных определено следующее значение параметра Х=0,6.

Максимальное (Ьтах) и минимальное (Ьт|П) значения межэлектродного расстояния для стационарного коронного разряда (участок ВС) определяется по следующим формулам:

и

£ шя« =ехр

=схр

1п

1п

X

и

тах ~23,6 ММ.

Ь„„„ =16,9 мм.

(25)

(26)

Разность Ьтах и Ьт,„ характеризует величину радиального отклонения электродов относительно друг друга, которая составляет Ьсо=3,1 мм для номинального межэлектродного расстояния 20 мм. Решив уравнения размерных цепей, определяются значения допусков составляющих звеньев, а при сочетании полей допусков сопрягаемых поверхностей определяются величины посадок на соединяемые детали.

В четвертой главе, используя изложенные рекомендации, рассмотрено проектирование газоразрядная камера с межэлектродным расстоянием Ь=20мм.

Составлены технологические процессы изготовления деталей и сборки для предприятий различной серийности. Определено операционное время предложенных технологических процессов и себестоимость по каждому варианту технологического процесса. Разработанная методика и полученные результаты проектирования, позволили произвести корректировку производительности технологического процесса, с учетом поддержания контроля на рынке, а также прогнозировать объемы и сроки получаемой прибыли от реализации произведенного изделия.

Общие выводы и основные результаты по работе

1. Технические требования к точностным характеристикам деталей газоразрядной камеры с целью получения требуемой концентрации генерируемого озона должны определяться из уравнения размерной цепи, исходным звеном которой является межэлектродное расстояние. Номинальное значение последнего определяется исходя из требуемой производительности по прокачиваемому воздуха с обеспечением требуемой концентрации озона.

2. Положение рабочей точки на вольтамперной характеристике должно находиться в пределах участка ионизационного равенства, что обеспечивает согласование конструктивных и электрических характеристик газоразрядной камеры, и определяется исходя из предлагаемой зависимости, которая выведена на основе экспериментальных исследований.

3. Допуски составляющих звеньев газоразрядной камеры определяются на основе метода полной взаимозаменяемости, где исходным звеном является допуск на отклонение межэлектродного расстояния, которое определяется по предлагаемой методике.

4. Программа выпуска озонаторов коронного разряда определяется на основе маркетинкого исследования рынка потребителей, а расчет производительности производственного процесса изготовления озонаторов должен учитывать функциональную связь между долговечностью озонатора и организацией производства. На основе этого положения в работе разработан метод определения области рентабельности выпуска озонаторов.

5. Проведенные исследования и конкретные расчеты технических требований к сборочной единицы и составляющим деталям показали, что основные посадки должны быть выполнены в следующих исполнениях:

+0,18 +0,18 +0,36

+0,05 +0,08 +0,06 „

08-,08 -,066,68-. Точность размеров деталей, комплек-

-0,12 -0,12 -0,04 К v

-0,24

тующих газоразрядную камеру лежит в пределах 11-14 квалитетов точности, а шероховатость поверхностей —Rz40. 6. В работе разработаны технологические процессы изготовления деталей газоразрядной камеры генератора озона для серийного и средне-серийного производств.

Основные положения диссертации содержатся в следующих работах:

1. Зуев В.В. Конструктивные параметры электродов для получения озона//в сб. Фундаментальные основы создания наукоемких и высокотехнологичных приборов Москва-Сергиев-Посад, 1997г.,с. 64-66.

2. Султан-Заде Н.М., Зуев В.В. Исследование конструктивных параметров газоразрядной камеры генератора озона //в сб. Фундаментальные и прикладные проблемы информатики, приборостроения и экономики Сочи, 1998 г.,с.35-37.

3. Сибельдина Л.А., Зуев В. В. Применение озонирования при холодильном хранении продуктов. М.: Молочная промышленность, 5,1998г., с.35.

4. Сибельдина JI.A., Зуев В. В. Универсальный малогабаритный озонатор М.: Достижения науки и техники АПК, 3, 1999г., с.33.

5. Зуев В.В., Султан-Заде Н.М., Клочков В.П., Тимошина Е. Обоснование технических требований газоразрядной камеры генератора озона // Рукопись деп. в ВИНИТИ, 12.10.99., №3051-В99, с.48.

6. Зуев В.В., Султан-Заде Н.М., Клочков В.П., Тимошина Е. Разработка метода проектирования точностных характеристик газоразрядной камеры генератора озона // Рукопись деп. в ВИНИТИ, 12.10.99., №3050-В99, с.30.

Подписано в печать 12.10.99г. Формат 60x84. 1/16. _Объем 1,0п.л. Тираж 100 экз. Заказ 284.

МГАПИ