автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.10, диссертация на тему:Оптимизация ущерба и резервирования с целью повышения эффективности установок СВЧ диэлектрического нагрева

ооз

На правах рукописи

Доценко Анастасия Владимировна

ОПТИМИЗАЦИЯ УЩЕРБА И РЕЗЕРВИРОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВОК СВЧ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА

Специальность 05 09 10 - Электротехнология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2008

003167643

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Архангельский Юрий Сергеевич

Официальные оппоненты

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Коломейцев Вячеслав Александрович

кандидат технических наук, доцент Сошинов Анатолий Григорьевич

Ведущая организация

ОАО «НПП «Контакт» (г Саратов)

Защита состоится «20» марта 2008 года в 14 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242 10 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу 410054, г Саратов, ул Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, корпус 1,ауд 319

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Автореферат разослан « » февраля 2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для успешной конкуренции на внешнем и внутреннем рынках отечественной продукции необходимы технологическое перевооружение производства, оснащение промышленных предприятий энергосберегающим технологическим оборудованием, устранение из технологических операций применения угля, нефти, газа как не возобновляемых источников энергии В этой связи особое значение приобретает задача широкого применения электротермических процессов и установок, которые позволяют достичь высокой скорости термообработки, автоматизировать технологический процесс, обеспечить термообработку как металлов, так и диэлектриков

Сложнее всего обеспечить термообработку диэлектриков, так как при конвективном или лучистом энергоподводе теплота подводится к поверхности диэлектрика, а из-за малого коэффициента теплопроводности в центральной части объект нагревается медленно Попытка интенсифицировать процесс термообработки за счет увеличения энергоподвода к поверхности может привести к короблению изделия, растрескиванию из-за возникновения в объеме диэлектрика больших градиентов механических напряжений, вызванных неравномерностью нагрева

Интенсификация термообработки диэлектрика без угрозы его разрушения с улучшением качества обработки может быть достигнута применением энергии электромагнитных колебаний ВЧ или СВЧ диапазонов. В этом случае из-за проникновения электромагнитной волны в глубину объекта имеет место объемный нагрев диэлектрика Выбором геометрии рабочей камеры электротермической установки можно обеспечить достаточно равномерное тепловыделение по всему объему диэлектрика

Работы в области СВЧ диэлектрического нагрева в нашей стране ведутся уже более 40 лет Приходится, однако, признать, что малоисследованными остаются вопросы целесообразности применения установок СВЧ диэлектрического нагрева и их экономической эффективности Практически не исследована проблема ущерба и резервирования при СВЧ диэлектрическом нагреве

В диссертации на базе системного подхода решается проблема минимизации ущерба и оптимизации резерва в установках СВЧ диэлектрического нагрева

Цель работы. Разработка методов проектирования максимально эффективных установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования.

Основные задачи исследования:

1. Исследовать проблему экономической эффективности и целесооб-

разности применения установок СВЧ диэлектрического нагрева.

2. Исследовать проблему надежности, ущерба и резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева

3. Разработать метод технико-экономической оптимизации установки СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования

4. Провести оптимизацию установок СВЧ диэлектрического нагрева для СВЧ сушки пиломатериалов с учетом ущерба и резервирования.

Методы исследования. В работе использована методология системных исследований, методы технико-экономического анализа электротехнологического оборудования и поиска оптимума функций многих переменных.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые сформулирована и решена проблема проектирования максимально эффективных установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования В частности

-определено понятие экономическая эффективность установки СВЧ диэлектрического нагрева;

- определено место экономической эффективности в системе технико-экономических расчетов,

- предложена целевая функция задачи технико-экономической оптимизации установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования, получены соотношения для входящих в нее величин;

- сформулирована задача технико-экономической оптимизации установок СВЧ диэлектрического нагрева для различных вариантов организации резерва,

- предложен метод расчета оптимального варианта резервирования с учетом ущерба при эксплуатации установок СВЧ диэлектрического нагрева

Практическая ценность работы заключается в следующем

1 Результаты исследований позволяют определить взаимосвязь технических, технологических, экономических факторов, параметров установок СВЧ диэлектрического нагрева, позволяющих выбрать оптимальную элементную базу резервирования

2 Разработанные принципы проектирования установок СВЧ диэлектрического нагрева использованы при проектировании установок СВЧ диэлектрического нагрева для сушки пиломатериалов с оптимальным резервированием.

3. Разработана конструкция СВЧ сушилки пиломатериалов с камерой лучевого типа с совмещенными зонами нагрева и сушки

Научные положения, выносимые на защиту:

1 Разработанная методика проектирования установок СВЧ диэлектрического нагрева позволяет обеспечить ее максимальную эффективность с учетом ущерба и резервирования

2 Предложенная методика расчета сравнительного интегрального эффекта позволяет выбрать оптимальную элементную базу резервирования установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба

3 Предложенная методика расчета установок СВЧ диэлектрического нагрева на примере комбинированной сушки пиломатериалов дает возможность обосновать оптимальную структуру, технические и технологические параметры и режимы работы СВЧ оборудования и элементную базу, при которой достигается максимальная экономическая эффективность СВЧ сушилки

Реализация результатов работы. Работа выполнена на основании плана научной работы ведущей научной школы России НШ-9553 2006.8 (СГТУ), а также по плану госбюджетной НИР СГТУ-139 «Разработка теории нового класса СВЧ электротехнологических установок, использующих комбинированное модифицирующее воздействие на полимерные материалы больших объемов и площадей», № госрегистрации 01200603702

Результаты диссертационной работы использованы Инженерно-технической фирмой «Элмаш-Микро» (г Саратов) при проектировании СВЧ электротермического оборудования для вулканизации резиновых профилей в методическом режиме, а также на ФГУП «Саратовский агрегатный завод» (г Саратов) при проектировании и эксплуатации установки для термообработки диэлектрических изделий

Результаты диссертационной работы используются также при чтении курсов лекций по дисциплинам «СВЧ электротермические установки и системы», «Проектирование и конструирование электротехнологических установок и систем», «Монтаж и эксплуатация электротехнологических установок и систем» для студентов специальности 140605 - Электротехнологические установки и системы на кафедре «Автоматизированные электротехнологические установки и системы» СГТУ и в дипломном проектировании

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована использованием общей концепции и методологии системных исследований в электротермии, фундаментальных закономерностей электродинамики и тепломассопереноса

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции с международным участием «Электротехника, электромеханика, электротехнология» (г Новосибирск, 2003), научно-технической конференции, посвященной 15 летию кафедры радиотехники «Радиотехника и связь» СГТУ (г Саратов, 2004), Международной научно-технической конференции, посвященной 110 летию изобретения радио и 75-летию СГТУ (г. Саратов, 2005), III Международной научно-технической конференции «Радиотехника и связь» (г Саратов, 2006), IV Всероссийской конференции «Прогрессивные технологии в обу-

чении и производстве» (Камышин, 2006)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 6 работ в изданиях ВАК РФ Список работ приведен в конце автореферата

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 72 наименования, двух приложений, содержит 174 страницы, 20 рисунков, 14 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована проблема ущерба и резервирования при СВЧ диэлектрическом нагреве, обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены новые научные результаты, полученные в диссертации, ее практическая ценность, сформулированы положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации и применении результатов работы

В первой главе «Установки СВЧ диэлектрического нагрева и их эффективность» показано, что проектирование установок СВЧ диэлектрического нагрева следует проводить на базе системного подхода, учитывающего взаимосвязь технических, технологических и экономических параметров и характеристик.

В условиях рыночной экономики на первый план вышли технико-экономические проблемы, в частности, как спроектировать установку с учетом ущерба и резервирования, обладающую максимальной экономической эффективностью Именно в этой области проведены исследования в рамках настоящей диссертационной работы Традиционно технические устройства, тем более энергетически емкие, принято описывать коэффициентом полезного действия В то же время представляется очевидным, что одного этого показателя недостаточно Например, в процессе термообработки может уменьшиться или увеличиться объем обрабатываемого объекта, и это обстоятельство нужно учитывать при планировании закупки сырья. При проектировании и эксплуатации то же самое можно сказать и об экономических последствиях принятого в отношении технологического процесса и установки решения Следовательно, для описания технологического оборудования нужна более широкая номенклатура показателей Так, кроме энергетической эффективности, нужно говорить о физической и экономической эф-фективностях, определяемых соотношениями

А '

В1

где А] - неизбежные потери во время технологического процесса, А2 -неизбежный и случайный брак в процессе производства, А - затраты ресурса на входе установки, В) и В - конечный результат работы установки и затраты на его достижение в денежном выражении

Во второй главе «Ущерб и резервирование в установках СВЧ диэлектрического нагрева» рассмотрена проблема ущерба и резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева

Проблема ущерба и резервирования переплетается с проблемой надежности установки СВЧ диэлектрического нагрева Надежность - комплексный показатель, определяющий свойства технических устройств длительно сохранять и устойчиво воспроизводить в процессе эксплуатации рабочие характеристики и параметры Надежность как комплексный показатель включает такие свойства, как качество, живучесть, безопасность, безотказность, ремонтопригодность и долговечность оборудования.

Поскольку сейчас нет сведений о статистике отказов установок СВЧ диэлектрического нагрева и провести исследование в этой области затруднительно по экономическим соображениям, в диссертационной работе в качестве критерия, характеризующего отказ самого ненадежного элемента конструкции - генератора, использован его срок службы Согласно паспортным данным, срок службы современных магнетронов технологического назначения составляет 2000 ч Специалисты, долгие годы имевшие дело с установками СВЧ диэлектрического нагрева, определяют срок службы магнетрона до первого отказа в 4000 ч В численных расчетах в диссертации использовались паспортные данные, но предложенные в работе расчетные соотношения дают проектировщику возможность исследовать влияние срока службы на эффективность установки

Внеплановый перерыв в работе установки СВЧ диэлектрического нагрева приводит к убыткам производства, то есть к ущербу. Ущерб может быть вызван следующими причинами

• срывами (авариями) или ограничениями в энерго- и водоснабжении по вине энергосистемы и водоканала,

• аварией во внутреннем энергоснабжении,

• срывом или недопоставкой сырья поставщиками,

• отказом установки СВЧ диэлектрического нагрева,

• организационными упущениями и ошибками административного и технического персонала,

• неправомерными действиями должностных лиц, повлекшими за собой сокращение выпуска продукции

В диссертации рассмотрена главная причина ущерба - отказ самой установки или ее составных частей Общее выражение для расчета ущерба ■имеет вид

где (7 - производительность установки, /0 - время остановки одной установки в год (определяется типом резерва), Ц ~ цена единицы продукции, N -количество установок СВЧ диэлектрического нагрева Цена продукции определяется рыночными механизмами, ?0 - типом используемого резерва, количество установок N определяется на стадии оптимизации структуры СВЧ электротермического оборудования

В диссертации приведены соотношения для расчета величины ущерба при работе в автономном режиме, в технологической линии и при объединении СВЧ установок в самостоятельную технологическую линию в периодическом и методическом режимах работы при наличии фазовых переходов при обработке объекта и без них

Поскольку время остановки установки в год зависит от типа резерва, в диссертационной работе рассмотрены вопросы резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева. Для этих установок существенны следующие виды резерва-

• аварийный, предназначенный для выполнения плана выпуска прб-дукции с учетом отказов и аварийного снижения мощности СВЧ генератора;

• ремонтный, предназначенный для вывода в плановый ремонт всей установки или ее элементов,

• развития, предназначенный для развития производства с применением установок СВЧ диэлектрического нагрева

Особую роль играет аварийный резерв Он должен быть учтен при технико-экономической оптимизации в затратах на резерв в первую очередь генерирующих СВЧ электромагнитные колебания приборов (магнетронов) в количестве, необходимом для замены выработавших свой срок службы Кроме того, необходимо учитывать и скрытый резерв, так как все расчеты ведутся с учетом времени, необходимого для замены вышедшего из строя магнетрона на резервный В диссертации рассмотрено влияние различных вариантов резервирования на величину капиталовложения К, необходимого для реализации установки СВЧ диэлектрического нагрева:

1 В комплект оборудования в качестве резерва входят магнетроны, количество которых достаточно для замены вышедших из строя в течение года В этом случае

Кх = ЫКу + 11х + Спер + Смт, где Ку — цена одной установки, зависящая от ее типа, структурной схемы, цены элементов установки, Л] - затраты на создание резерва при цене одного магнетронаX, так что Я\=ЯХ, а число магнетронов

Д1СММ

где к3 ~ 1,2 — коэффициент запаса, учитывающий возможность выхода магнетрона из строя до истечения срока его службы, £ — срок службы магнетрона, Д - количество дней работы установки в году, Ъ - количество часов работы установки в сутки, М - количество магнетронов в установке, N - количество установок, Спер, Смон - затраты на перевозку и монтаж установки

2 В комплект оборудования входит резервный СВЧ генератор, состоящий из магнетрона, накального трансформатора и системы защиты магнетрона от недопустимо больших отражений от его нагрузки, и резервные магнетроны в количестве, как и в первом случае Цена оборудования в таком случае определяется соотношением

К2 = ЫКу+Я2+Спер+СМ0Н,

где 11г=Я\+Ъ\, 2\ - цена одного СВЧ генератора

3 В комплект оборудования входит источник питания, основным элементом которого является высоковольтный трансформатор и комплект магнетронов на один год В таком случае

К3 = ЫКу + И3+ Спер + Смон,

где +Цип, Ци„ - цена одного источника питания

4 В комплект оборудования входит резервная установка в полном комплекте с годовым резервом магнетронов Тогда

К^Ку{Н + \)+Щ+Спер+Смон,

где К^=Кх+Ку

Разные варианты резервирования предполагают разное время остановки установки для включения резерва Чем сложнее, а значит дороже резерв, тем меньше время остановки и величина ущерба. Например, время ущерба минимально, когда резервируется целиком вся СВЧ установка, тогда как максимальный ущерб будет при минимальных затратах на резервирование, когда резерв составляет лишь годовой запас магнетронов Следовательно, необходима оптимизация ущерба и резервирования

В третьей главе «Оптимизация ущерба и резервирования при СВЧ диэлектрическом нагреве» сформулирована целевая функция задачи оптимизации ущерба и резервирования как составной части общей задачи оптимизации структуры установок СВЧ диэлектрического нагрева

При любой форме организации резерва установка СВЧ диэлектрического нагрева будет простаивать в течение времени /о. следовательно, продукции будет выпущено меньше, отчего интегральный эффект уменьшится и составит

5,= I | Х(ЯД, _ УД + Я, + + М, - 3, (1 + Е)~',

¿=оЬ=о ]

где П, - количество г-й продукции, выпускаемой установкой в Г-й год ее эксплуатации, Ц, — цена единицы 1-й продукции, выпускаемой установкой в Г-й год эксплуатации, п - число видов выпускаемой продукции на горизонте расчета Т, Н, - стоимостная оценка сопутствующего эффекта в производственной сфере в ?-й год эксплуатации, - стоимостная оценка социального эффекта в Г-й год эксплуатации, М, — остаточная стоимость основных фондов производственной инфраструктуры, исключаемых из эксплуатации в Г-й год, 3, — эксплуатационные издержки на работу установки, включая налоги, сборы и платежи, в г-й год эксплуатации, Е - норма дисконта (определяется финансовой политикой государства и меняется в пределах 0,08 - 0,12)

Обычно установка выпускает один вид продукции, так что и = 1. Будем считать, что расчет интегрального эффекта проводится на интервале в 1 год, по истечении которого установка из эксплуатации не выводится ни целиком, ни частями и не реализуется (М, = 0), сопутствующие эффекты в производственной и социальной сферы отсутствуют (Н,= 0, 0)

Если банковский кредит берется на год и только на приобретение установки и резерва, то

В1=(ПЦ-СсмХ1-ун-ГндЛ-ГуПСэ + Сзп + Сп+У+ сбр + с0 XI - г„ \\- гу)~

-Сии-К^ + 1кр),

где Сс - затраты на сырье и материалы, ун - коэффициент, учитывающий величину налога на прибыль, ундс - коэффициент, учитывающий величину налога на добавленную стоимость, уу - коэффициент, учитывающий участие учредителей в распределении прибыли, Сэ - затраты на электроэнергию и холодную воду, С3„ — затраты на заработную плату персонала; С1Ч -затраты на приобретение запасных частей, вспомогательных материалов, необходимых для обеспечения работы установки в процессе эксплуатации (без учета затрат на резервирование), Са - амортизационные отчисления, Сбр - затраты на неизбежный брак, Сни - затраты на научные исследования, К = Ку+ Крез, где Ку - стоимость базового комплекта установки, Крез -

стоимость данного варианта резерва, ¡кр - банковский процент

Общее решение задачи оптимизации ущерба и резервирования, принимая во внимание, что количество вариантов резервирования ограничено, можно провести следующим образом

Интегральный эффект при системном подходе является функцией нескольких параметров хи х2, , х„ Решение задачи о нахождении оптимальных значений этих параметров, характеризующих установку, технологический процесс обрабатываемого объекта, сводится к нахождению значений этих параметров из системы уравнений

аС|

дЛ = 0,

дх-,

дхп

В установках СВЧ диэлектрического нагрева такими параметрами являются мощность и частота СВЧ генератора, электрофизические и теплофи-зические параметры объекта, тарифы на электроэнергию и холодную воду, продолжительность работы установки в сутки, время работы по выпуску готовой продукции, количество рабочих дней в году, цены на сырье и готовую продукцию и другие Все эти параметры в конечном счете могут быть подразделены на нормативные и независимые Нормативные параметры составляют большинство, к ним обычно относят режим работы предприятия, стоимостные характеристики, диэлектрические и теплофизические параметры обрабатываемого объекта и др. К независимым параметрам следует отнести мощность и частоту СВЧ генератора, количество магнетронов, работающих на одну рабочую камеру, количество установок. Как показывают расчеты, в качестве переменного, т е варьируемого параметра достаточно ограничиться лишь мощностью генератора. Частота генератора находится в соответствии с геометрическими размерами обрабатываемого объекта, количество магнетронов однозначно определяется мощностью СВЧ, а оптимальное число установок определяется с учетом производительности, оптимальной мощности и оптимального количества магнетронов.

Такие расчеты в диссертации выполнены для всех вариантов резервирования, предложенных выше

На втором этапе решения задачи оптимизации ущерба и резервирования следует выбрать оптимальную структуру, параметры и режимы, при которых

п _ п

1 тах °\тахтах

Для сравнения вариантов предложено использовать сравнительный интегральный эффект

Щ=В11-В1},

где г и } номера сравниваемых вариантов резервирования Если АВ{>0, то предпочтительнее г -й вариант резервирования, а если Д-8|<0, то у -й вариант Сопоставляя между собой рассмотренные варианты резервирования, следует выбрать тот, который дает наибольший интегральный эффект В\.

Для реализации приведенного метода расчетов необходимо определить зависимости стоимостных показателей установки и ее элементов от

мощности СВЧ при фиксированной частоте генератора В работе принята аппроксимация этих зависимостей в виде полинома второй степени

Ц = аР2+ЬР + с

В практических расчетах целевую функцию В\ можно представить в виде суммы постоянной и переменной части

= A const + -Sl vor

От независимой переменной Р зависит только Blvar

Bbar = -l(cin +СЭ +сзч +У + Сбр +cal\-rH%-ry)+cHU поэтому P0pt можно искать из уравнения

дКаг\ 0 дР

В диссертации получены соотношения для расчета величин, входящих в целевую функцию BUar для всех четырех вариантов резервирования и всех приведенных выше типов и режимов работы установок

В четвертой главе «Оптимизация ущерба и резервирования в СВЧ электротермическом оборудовании для сушки пиломатериалов» проиллюстрированы сформулированные в предыдущих главах методы обеспечения эффективности установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования на примере СВЧ сушилок длинномерных материалов

Выбор обоснован тремя причинами- сушка пиломатериалов - длительный и энергоемкий процесс, желательны его интенсификация и снижение энергозатрат, а потому СВЧ сушка пиломатериалов давно привлекает к себе внимание исследователей,

- в различных отраслях хозяйства в большом количестве применяются различные виды древесной продукции По этой причине разработчики установок СВЧ диэлектрического нагрева сейчас рекламируют именно СВЧ сушилки пиломатериалов,

- при проведении технико-экономических расчетов можно воспользоваться известными методами расчета СВЧ сушилок.

В этой главе рассмотрены варианты компоновки СВЧ сушилок штабелей длинномерных пиломатериалов в периодическом режиме на базе камер лучевого типа (KJIT) с системой волноводно-щелевых излучателей, за-питываемых от когерентных или некогерентных СВЧ генераторов

В режиме жесткой сушки давление пара внутри пиломатериала увеличивает перенос влаги к его поверхности. В этом случае увеличивается пористость материала, что может привести к трещинам и короблению, а потому технологи не рекомендуют использовать жесткий режим сушки В диссертации приведено решение задачи для мягкого режима сушки, когда кипение влаги внутри материала отсутствует Рассматривалась сушка пилома-

териалов от традиционно начального влагосодержания 40-50% до традиционно конечного 10%

В работе рассматривается СВЧ сушилка периодического действия В методическом режиме производительность установки выше, однако в этом случае велика угроза коробления из-за неравномерной сушки по длине пиломатериала Из двух типов излучателей (волноводно-щелевой и рупорный) был выбран волноводно-щелевой, так как габариты установки с рупорными излучателями больше.

В качестве альтернативной сушилки выбрана аэродинамическая сушилка АСКМ-15. В этой установке воздух нагревается за счет трения вихрей воздуха, создаваемых вентилятором мощностью 55 кВт. Сушилка АСКМ-15 выбрана потому, что в ней, как и в СВЧ сушилке, не используются не возобновляемые источники энергии.

Волноводно-щелевые излучатели на противоположных стенках КЛТ могут размещаться поперек или вдоль штабеля В диссертации рассмотрены 144 варианта компоновки СВЧ сушилок на частотах 433 и 915 МГц с продольным и поперечным расположением излучателей при различной компоновке источника энергии Выбран был вариант, в котором используется выпускаемый серийно магнетрон с СВЧ мощностью 5 кВт, поскольку в этом случае имеется кратная производительность аэродинамической и СВЧ сушилок Объем штабеля при этом составляет З,5м3, а время сушки пиломатериала в СВЧ сушилке равно 5,6 ч Зависимости температурного напора и влажности штабеля от времени СВЧ сушки для этого варианта показаны на рис. 1 Компоновка выбранного варианта СВЧ сушилки приводится на рис 2 Расчеты показали, что при нынешних ценах на магнетроны, СВЧ генераторы, источники их питания, рабочие камеры СВЧ сушилки имеют меньшую экономическую эффективность, чем, в частности, аэродинамические или с иным способом энергоподвода сушилки.

О ("С) \Л/(%)

40 40

30 30

20 20

10 10

1 (час)

012 345678 9

Рис 1 Зависимости температурного напора и влажности пиломатериала от времени в сушилке на КЛТ

Рис 2 Компоновка СВЧ сушилки с волноводно-щелевыми излучателями (1 -вентилятор, 2 - волноводно-щелевой излучатель, 3 - отражатель, 4 - штабель пиломатериала, 5 - кожух, б - щели волноводно-щелевых излучателей) (поперечное сечение КЛТ)

По этой причине важно установить, какова должна быть максимальная цена установки СВЧ диэлектрического нагрева и ее элементной базы, чтобы это технологическое оборудование было конкурентоспособным Если положить, что вся чистая прибыль (интегральный эффект) на интервале в один год тратится на возврат банковского кредита, обеспечение выпуска продукции, выплату налогов и дивидендов в течение года эксплуатации, то максимально допустимую величину капиталовложения можно рассчитать по соотношению

к = {ПЦ-Ссм\\-уи-Ундс)[\-уу)-{Сэ +Сзп+У\\-уи1\-Гу) ОД 4(1 - ун )(1 — уу)+1 + 1кр

Если установить пропорцию реальных цен между такими элементами, как магнетрон, СВЧ генератор, источник питания, рабочая камера, то всю величину капиталовложений можно выразить, например, через цену магнетрона

Тогда, зная максимально допустимую величину капиталовложения К, можно рассчитать максимально допустимые цены магнетрона, генератора, источника питания, рабочей камеры (табл 1) и рассчитать сравнительный интегральный эффект всех четырех вариантов резервирования с аэродинамической сушилкой по соотношению (табл 2)

¿Я, = (сэАСКМ - сэСВЧ - УХ1 - гД1 - Уу)+

+ - + КрезСВЧ)Х1 -гЛ-Уу)-кре3свч^ + »„„)•

Таблица 1

Максимально допустимые цены элементной базы СВЧ сушилки

Стоимость Вариант резерва

Первый Второй Третий Четвертый

Время замены вышедшего из строя магнетрона г, час 2 1 0,5 0,8

Ущерб У, руб 284 100 142 100 71 030 113 700

Установка Ку, руб 1 210 301 1 272 075 1 252 547 712 348

Установка с резервом К, руб 1 408 000 1 490 000 1 532 000 1 507 000

Магнетрон X, руб 4 821 5 069 4 989 2 838

СВЧ генератор руб 14 460 15 210 14 970 8 513

Источник питания Ц„„, руб 72 310 76 030 74 830 42 560

Рабочая камера Ц„,руб 168 700 177400 174 600 99 320

Таблица 2

Сравнительный интегральный эффект

Вариант резерва Первый Второй Третий Четвертый

ДВ\, руб 97 560 162 500 133 400 - 1 465 000

В диссертации предложен пятый вариант резервирования в СВЧ сушилке пиломатериалов, отличающийся самым малым временем остановки установки, следовательно, наименьшим ущербом, и тем, что продолжается

поперечными щелями на широких стенках, 2 - короткое замыкание волновода, 3 - волноводный тройник)

В этом случае штабель пиломатериалов в поперечном сечении имеет квадратную форму, а рабочие и резервные волноводно-щелевые излучатели расположены на горизонтальных и вертикальных стенках рабочей камеры

Параметры такой СВЧ сушилки приведены в табл. 3, в табл 4 даны минимально допустимые цены элементной базы СВЧ сушилки с резервом в холодном режиме

Таблица 3

Параметры СВЧ сушилки с резервом в холодном режиме

Параметры Величина

Годовая производительность Я,м3 1346

Время остановки одной установки в год г, ч 0,17

Величина ущерба У, руб 1545

Объем загрузки Км' 0,78

Продолжительность сушки одной загрузки и, я 5

Мощность 3-х магнетронов по 5 кВт Р, кВт 15

Количество воды, потребляемое камерой за 1 цикл л/ч 2

Мощность вентилятора Р., КВТ 2

Время загрузки-выгрузки Ч 0,06

Таблица 4

Максимально допустимые цены элементной базы установки СВЧ сушилки с резервом в холодном режиме

Величина Значение

Время переключения секции подачи излучения г, ч 0,17

Ущерб У, руб 1545

Установка Ку, руб 203 000

Установка с резервом К, руб 231 400

Магнетрон А', руб 1420

СВЧ генератор 2и руб 4259

Источник питания Ц,т, руб 21290

Рабочая камера Цк, руб 49690

Результаты расчета АВХ при максимально допустимых ценах элементной базы СВЧ сушилки с резервом в холодном режиме, выполненные по соотношениям (табл 5)

Щ -сэСВЧ10л)-уСВЧхол^-гЛ-Уу)+

+ ЫАКАСшЛКСВЧ*<ш+Кре3СВЧ*о№-ГнЬ-Уу)-Кре3СВЧ!оЛ-1*р)>

И

={{С,свч - С,сзчХ0Д) + {Усвч - Усвъш )Х1 - гЛ-г у)+

+ КрезСВч)~[КсВЧхол + ^резСВЧхолШ Ун^ Уу)+ + [КрезСВЧ~КряСВЧхол%~1кр)>

Таблица 5

Сравнительный интегральный эффект

Вариант сравнения АСКМ-15 СВЧ сушилка

Д5|, руб 456 100 369 400

показали, что этот вариант сушилки имеет наибольший сравнительный интегральный эффект при сопоставлении ее с сушилкой АСКМ-15 и с СВЧ сушилкой, имеющей резерв, выполненный по второму варианту (СВЧ генератор и годовой запас магнетронов) (табл 5)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Получены аналитические соотношения для величины ущерба из-за остановки установок СВЧ диэлектрического нагрева, работающих в периодическом и методическом режимах при обработке объекта без фазового перехода и с фазовым переходом в процессе обработки

2. Предложено общее решение задачи оптимизации ущерба и резервирования путем нахождения максимума чистого дисконтированного дохода (интегрального эффекта) на заданном временном интервале (1 год)

3 Предложены варианты резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева годовой резерв магнетронов, резервный СВЧ генератор с годовым резервом магнетронов, резервный источник энергии с годовым резервом магнетронов, резервная установка СВЧ с годовым резервом магнетронов

4 Получены соотношения для расчета оптимальных количеств установок СВЧ диэлектрического нагрева, магнетронов, работающих на одну рабочую камеру каждой установки, оптимальных мощности и частоты СВЧ генератора с учетом ущерба для всех вариантов резервирования СВЧ установок, работающих в периодическом и методическом режимах при обработке объекта без фазового перехода и с фазовым переходом в процессе обработки

5 Получены соотношения для расчета сравнительного интегрального эффекта для определения оптимального варианта резервирования с учетом ущерба, а также при сравнении экономической эффективности установок с СВЧ и с иным способом энергоподвода

6. Предложены варианты компоновки СВЧ сушилок штабелей длинномерных пиломатериалов в периодическом режиме при мягкой сушке на базе камер лучевого типа с системой волноводно-щелевых излучателей, запиты-ваемых от когерентных и некогерентных СВЧ генераторов Рассмотрены и сопоставлены по экономической эффективности сушилки четырех вариантов резервирования.

7 Предложен вариант резервирования в СВЧ сушилке, когда камера лучевого типа оснащена системой резервных волноводно-щелевых излучателей в холодном режиме

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1 Публикации в центральных изданиях, включенных в перечень периодических гаданий ВАК РФ

1. Доценко А В Оптимизация ущерба и резервирования при СВЧ диэлектрическом нагреве / А В Доценко // Вестник Саратовского государственного технического университета -2006 -№1(10) -Вып1 -С 131-137

2. Доценко А В Оптимизация параметров У СВЧ ДН, работающей в периодическом режиме, с учетом ущерба и резервирования / А В Доценко // Вестник Самарского государственного технического университета Сер Технические науки - 2006. - №40 - Вып 40 - С 136-138.

3 Доценко А В Влияние ущерба и резервирования на эффективность установок СВЧ диэлектрического нагрева / А В Доценко // Вестник Саратовского государственного технического университета Спец вып. Энергетика и электротехника -2006 -№4(19) -Вып 4.-С 130-133.

4 Доценко А В Надежность, ущерб и резервирование в СВЧ электротермии /ЮС Архангельский, А В Доценко // Вестник Саратовского государственного технического университета Спец вып Энергетика и электротехника -2006 -№4(19) -Вып 4 - С 27-35

5 Доценко А В Резервирование в системах энергообеспечения электротермического оборудования / А В Доценко // Промышленная энергетика 2007.-№5 - С 2-6

6 Доценко А В Резервирование в СВЧ сушилках пиломатериалов /ЮС Архангельский, А В Доценко // Вестник Саратовского государственного технического университета Спец вып Энергетика и электротехника. -2007 -№4(29)-Вып 2 - С 9-13

2 Публикации в других изданиях

7 Доценко А В Ущерб и резервирование при СВЧ диэлектрическом нагреве / Ю.С Архангельский, А В Доценко // Электротехника, электромеханика, электротехнология, материалы науч -техн конф с Международным участием - Новосибирск, 2003 -С 187-192

8 Доценко А В Надежность установок СВЧ диэлектрического нагрева / Ю С Архангельский, А В Доценко // Радиотехника и связь: материалы науч -техн конф, посвященной 15-летию каф. Радиотехники - Саратов

Сарат гос техн ун-т, 2004 - С 289-292

9 Доценко А В Ущерб при СВЧ диэлектрическом нагреве / А В Доценко // Электро- и теплотехнологичекие процессы и установки-2 сб науч тр -Саратов Сарат гос техн ун-т, 2005 -С 45-51

10 Доценко А В Резервирование как метод повышения эффективности У СВЧ ДН / А В Доценко II Радиотехника и связь материалы Междунар науч-техн конф посвященной 110-летию изобретения радио и 75-летию СГТУ - Саратов Сарат гос техн ун-т, 2005 - С 402-406

11 Доценко А В Интегральный эффект установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба / А В Доценко // Проблемы электроэнергетики межвуз науч сб Саратов гос техн ун-т, 2006 — С 164-168

12 Доценко А В Варианты компоновки и резервирования У СВЧ ДН для сушки пиломатериалов / А В Доценко // Радиотехника и связь материалы третьей Междунар науч -техн конф - Саратов Сарат гос техн ун-т,2006 -С 344-347

13 Доценко А В СВЧ сушка пиломатериалов / А В Доценко // Прогрессивные технологии в обучении и производстве, материалы IV Всеросс кон-ф / РПК Политехник Волгоград гос техн ун-т, 2006 - Т 1 - С 127-

130.

Доценко Анастасия Владимировна

ОПТИМИЗАЦИЯ УЩЕРБА И РЕЗЕРВИРОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВОК СВЧ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА

Автореферат

Корректор

Л А Скворцова

Подписано в печать 01 02 08 Бум офсет Тираж 100 экз

Уел печл 1,0 Заказ

Формат 60x84 1/16 Уч -изд л 1,0 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054 г Саратов, ул Политехническая,77 Отпечатано в РИЦ СГТУ, 410054 г Саратов, ул Политехническая, 77

Введение.

1. Установки СВЧ диэлектрического нагрева и их эффективность.

1.1. СВЧ диэлектрический нагрев и область его применения.

1.2. Установки СВЧ диэлектрического нагрева.

1.3. Эффективность установок СВЧ диэлектрического нагрева.

1.3.1. Физическая и энергетическая эффективности.

1.3.2. Экономическая эффективность.

1.4. Выводы.

2. Ущерб и резервирование в установках СВЧ диэлектрического нагрева.

2.1. Надежность установок СВЧ диэлектрического нагрева.

2.2. Ущерб при СВЧ диэлектрическом нагреве.

2.3. Резервирование в установках СВЧ диэлектрического нагрева.

2.4. Выводы.

3. Оптимизация ущерба и резервирования при СВЧ диэлектрическом нагреве.

3.1. Целевая функция задачи оптимизации ущерба и резервирования.

3.2. Решение задачи оптимизации ущерба и резервирования.

3.3. Оптимизация структуры и параметров установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования.

3.3.1. Установка СВЧ диэлектрического нагрева, работающая в автономном режиме.

3.3.2. Установка СВЧ диэлектрического нагрева, работающая в технологической линии.

3.3.3. Установки СВЧ диэлектрического нагрева, собранные в технологическую линию.

3.4. Выводы.

4. Оптимизация ущерба и резервирования в СВЧ сушилках пиломатериалов.

4.1. Оптимальная структура СВЧ сушилки.

4.1.1. СВЧ сушка пиломатериалов.

4.1.2. Варианты компоновки СВЧ сушилок.

4.1.3. Выбор оптимального варианта компоновки СВЧ сушилки.

4.2. Варианты резервирования в СВЧ сушилке пиломатериалов.

4.2.1. Организация аварийного резерва.

4.2.2. Организация резерва в холодном режиме.

4.4. Выводы.

Для успешной конкуренции на внешнем и внутреннем рынках отечественной продукции необходимы технологическое перевооружение производства, оснащение промышленных предприятий энергосберегающим технологическим оборудованием, устранение из технологических операций применения угля, нефти, газа как не возобновляемых источников энергии. В этой связи особое значение приобретает задача широкого применения1 электротехнологи ческих процессов и установок, которые позволяют обеспечить высокую скорость термообработки, автоматизировать технологический процесс, обеспечить высокий темп термообработки как металлов, так и диэлектриков.

Сложнее всего обеспечить термообработку диэлектриков, так как при конвективном или лучистом энергоподводе теплота подводиться к поверхности диэлектрика, а из-за малого коэффициента теплопроводности в центральной части объект нагревается медленно. Попытка интенсифицировать процесс термообработки, за счет увеличения энергоподвода к поверхности может привести к короблению изделия, растрескиванию из-за возникновения в объеме диэлектрика больших градиентов механических напряжений, вызванных неравномерностью нагрева.

Интенсификация термообработки объекта без угрозы его разрушения, с улучшением качества обработки может быть достигнута применением энергии электромагнитных колебаний ВЧ или СВЧ диапазонов. В этом случае из-за проникновения электромагнитной волны в глубину объекта имеет место объемный нагрев диэлектрика. Выбором геометрии рабочей камеры электротермической установки, можно обеспечить достаточно равномерное тепловыделение по всему объему диэлектрика.

Работы в области СВЧ диэлектрического нагрева в нашей стране ведутся уже более 40 лет. За это время были разработаны методы синтеза оптимальных рабочих камер и их конструкции, СВЧ генераторы технологического назначения и источники их питания, методы математического моделирования технологических процессов и измерений в СВЧ диэлектрическом нагреве.

Приходится, однако, признать, что малоисследованными остаются вопросы целесообразности применения установок СВЧ диэлектрического нагрева, и экономической эффективности этих установок. Практически не исследована проблема ущерба и резервирования при СВЧ диэлектрическом нагреве.

В диссертации на базе системного подхода решается проблема минимизации ущерба и оптимизации резерва в установках СВЧ диэлектрического нагрева.

Целью диссертационной работы является разработка методов проектирования максимально эффективных установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования.

Достижение этой цели потребовало решения следующих задач:

1. Исследовать проблему экономической эффективности и целесообразности применения установок СВЧ диэлектрического нагрева.

2. Исследовать проблему надежности, ущерба и резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева.

3. Разработать метод технико-экономической оптимизации установки СВЧ диэлектрического нагрева.

4. Провести техническую оптимизацию установок СВЧ диэлектрического нагрева периодического и методического типов.

5. Провести оптимизацию установок СВЧ диэлектрического нагрева для СВЧ сушки пиломатериалов.

Для решения этих задач были использованы методология системных исследований, метод технико-экономического анализа электротехнологического оборудования, математического моделирования технологических процессов, поиска оптимума функций многих переменных.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы подтверждается корректным использованием математического аппарата.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые сформулирована и решена проблема проектирования максимально эффективных установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования. В частности

- определено понятие «экономической эффективности» установки СВЧ диэлектрического нагрева;

- определено место экономической эффективности в системе технико-экономических расчетов;

- предложена целевая функция задачи технико-экономической оптимизации установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования, получены соотношения для входящих в нее величин;

- сформулирована задача технико-экономической оптимизации установок СВЧ диэлектрического нагрева для различных вариантов организации резерва;

- предложен метод расчета оптимального варианта резервирования с учетом ущерба при эксплуатации установок СВЧ диэлектрического нагрева.

Практическая значимость диссертационной работы.

1. Результаты исследований позволяют определить взаимосвязь технических, технологических, экономических факторов, параметров установок СВЧ диэлектрического нагрева, позволяющих выбрать оптимальную элементную базу резервирования;

2. Разработанные принципы проектирования установок СВЧ диэлектрического нагрева использованы при проектировании установок СВЧ диэлектрического нагрева для сушки пиломатериалов с оптимальным резервированием;

3. Разработана конструкция СВЧ сушилки пиломатериалов с камерой лучевого типа с совмещенными зонами нагрева и сушки.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Разработанная методика проектирования установок СВЧ диэлектрического нагрева позволяет обеспечить ее максимальную эффективность с учетом ущерба и резервирования.

2. Предложенная методика расчета сравнительного интегрального эффекта позволяет выбрать оптимальную элементную базу резервирования установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба.

3. Предложенная методика расчета установок СВЧ диэлектрического нагрева, рассмотренная на примере комбинированной сушки пиломатериалов, дает возможность обосновать оптимальную структуру, технические и технологические параметры и режимы работы СВЧ оборудования и элементную базу установки, при которой достигается максимальная экономическая эффективность СВЧ сушилки.

Реализация результатов работы.

Работа выполнена на основании плана научной работы ведущей научной школы России НШ 9553.2006.8 (СГТУ), а также по плану важнейших госбюджетных НИР СГТУ-139 «Разработка теории нового класса СВЧ электротермических установок, использующих комбинированное модефецирующее воздействие на полимерные материалы больших объемов и площадей», № госрегест-рации 01200603702. Результаты диссертационной работы использованы ООО Инженерно-техническая фирма «Элмаш-Микро» (г. Саратов) при проектировании СВЧ электротермического оборудования для вулканизации резиновых профилей в методическом режиме, а также на ФГУП «Саратовский агрегатный завод» при проектировании и эксплуатации установки для термообработки специальных диэлектрических изделий (г. Саратов).

Результаты диссертационной работы используются также при чтении курса лекций по дисциплине «СВЧ электротермические установки и системы» для студентов специальности 140605.65 - Электротехнологические установки и системы на кафедре «Автоматизированные электротехнологические установки и системы» СГТУ.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах различного уровня в 2003-2007гг.: научно-технической конференции с международным участием "Электротехника, электромеханика, электротехнология" (г. Новосибирск, 2003), научно-технической конференции, посвященной 15-ти летию кафедры Радиотехники СГТУ "Радиотехника и связь" (г. Саратов, 2004), международной научно-технической конференции, посвященной 110-ти летию изобретения радио и 75-летию СГТУ (г. Саратов, 2005), III международной научно-технической конференции "Радиотехника и связь" (г. Саратов, 2006), IV Всероссийская конференция «Прогрессивные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2006).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 6 работы в изданиях, включенных в список периодических изданий ВАК РФ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, черытех глав, заключения, двух приложений, списка использованной литературы, включающего 72 наименования, и содержит 174 страницы основного текста с приложениями, 20 страниц с 20 рисунками, 25 страниц с 14 таблицами и 6 страниц списка литературы.

Основные результаты работы и выводы из них сводятся к следующему.

1. В условиях рыночной экономики на стадии проектирования установок СВЧ диэлектрического нагрева решения должны приниматься на базе технико-экономических оптимизационных расчетов, позволяющих выбрать оптимальную структуру, элементную базу и режим работы, обеспечивающие максимальную эффективность ее применения с учетом ущерба, вызванного аварийной остановкой установки, и резервирования, уменьшающего этот ущерб.

В связи с этим в диссертации обоснована актуальность задачи обеспечения на стадии проектирования эффективности установок СВЧ диэлектрического нагрева при их эксплуатации; h обосновано решающее значение для эффективности установок СВЧ диэлектрического нагрева их проектирование с учетом ущерба от остановки установки и резервирования, уменьшающего ущерб; показано, что проектирование установок СВЧ диэлектрического нагрева следует проводить на базе системного подхода, учитывающего взаимосвязь технических, технологических и экономических параметров и характеристик, в том числе ущерба и резервирования; предложено при проектировании установок СВЧ диэлектрического нагрева использовать такие понятия как физическая, энергетическая и экономическая эффективности. Приведены соотношения для их расчета. Показана приоритетность при проектировании экономической эффективности. Согласно расчетам энергетическая эффективность современных установок СВЧ диэлектрического нагрева г}эи находится в пределах 0,38 < т]оп < 0,69, а системная энергетическая эффективность этих установок, учитывающая коэффициент использования топлива ОДЗ < rj3H с < 0,26, тогда как у теплотехнологических установок 0,09 < rj3HX < ОДЗ;

2. Отсутствие в современном проектировании установок СВЧ диэлектрического нагрева системы учета и оптимизации ущерба при эксплуатации установки и резервирования не дает основания говорить о максимальной эффективности этого энергоемкого технологического оборудования.

В связи с этим в диссертации

- обоснована актуальность решения проблемы оптимального резервирования установок или их элементов с целью повышения надежности установки;

- исследованы вопросы надежности в СВЧ диэлектрическом нагреве. Рассмотрены качество, живучесть, безопасность, ремонтопригодность и долговечность СВЧ оборудования. Проанализированы причины отказа в СВЧ оборудовании, указаны способы повышения надежности СВЧ установок;

- проведено системное исследование расчетных схем установок СВЧ диэлектрического нагрева, работающих автономно, в технологической линии и собранных в самостоятельные технологические линии с периодическим и методическим режимами термообработки. Показаны возможности обеспечения годовой производительности с помощью одной или нескольких установок, запитываемых от одного или нескольких СВЧ генераторов;

- рассмотрена проблема ущерба и резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева. Показано, что при проектировании установок СВЧ диэлектрического нагрева необходимо планировать появление ущерба и его минимизацию путем резервирования;

- получены аналитические соотношения для величины ущерба установок СВЧ диэлектрического нагрева, работающих в периодическом и методическом режимах при обработке объекта без фазового перехода и с фазовым переходом в процессе обработки; предложено пять вариантом резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева. Рассмотрено влияние резервирования на величину капиталовложения, необходимого для реализации установки СВЧ диэлектрического нагрева.

3. При системном подходе к технико-экономическим расчетам в СВЧ диэлектрическом нагреве удается учесть свыше 30 параметров установки СВЧ диэлектрического нагрева с резервированием, обрабатываемого объекта, технологического процесса, а также стоимостные характеристики и параметры, характеризующие организацию работы. Необходимы классификация этих параметров на нормативные, зависимые (переменные) и система оптимизационных процедур, позволяющая найти оптимальные значения параметров, при которых достигается максимальная экономическая эффективность установок СВЧ диэлектрического нагрева, а также критерии принятия проектного решения по результатам оптимизационных процедур.

В связи с этим в диссертации сформулирована целевая функция задачи оптимизации ущерба и резервирования как составной части задачи общей оптимизации установок СВЧ диэлектрического нагрева; предложено общее решение задачи оптимизации ущерба и резервирования путем нахождения максимума чистого дисконтированного дохода (интегрального эффекта) на заданном временном интервале (1 год); предложены варианты резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева: годовой резерв магнетронов, резервный СВЧ генератор с годовым резервом магнетронов, резервный источник энергии с годовым резервом магнетронов, резервная установка СВЧ с годовым резервом магнетронов; получены соотношения для расчета оптимальных количеств установок СВЧ диэлектрического нагрева, магнетронов, работающих на одну рабочую камеру каждой установки, оптимальных мощности и частоты СВЧ генератора с учетом ущерба для всех вариантов резервирования в установках, работающих автономно, в технологической линии, собранных в самостоятельную технологическую линию в периодическом и методическом режимах при фазовых переходах или без них; в качестве критерия принятия решения по результатам оптимизационных процедур предложено использовать величину сравнительного интегрального эффекта; получены соотношения для расчета сравнительного интегрального эффекта при определении оптимального варианта резервирования с учетом ущерба, а также при сравнении экономической эффективности СВЧ и иного способа энергоподвода.

4. Разработанная система технико-экономической оптимизации ущерба и резервирования апробирована на примере самого востребовано сейчас и рекламируемого технологического оборудования в области СВЧ диэлектрического нагрева - СВЧ сушилке длинномерных пиломатериалов, причем выбрана мягкая сушка в периодическом режиме, поскольку в этом случае минимально коробление и растрескивание древесины.

В связи с этим в диссертации предложены варианты компоновки СВЧ сушилок штабелей пиломатериалов в периодическом режиме при мягкой сушке на базе КЛТ с системой волноводно-щелевых излучателей, запитываемых от когерентных или некогерентных СВЧ генераторов; рассмотрены и сопоставлены по экономической эффективности сушилки всех четырех вариантов резервирования, предложенных в п.З; предложен вариант резервирования в СВЧ сушилке, когда КЛТ оснащена системой резервных волноводно-щелевых излучателей, позволяющих заменить вышедшую из строя пару излучателей, расположенных на противоположных стенках камеры, на пару запасных излучателей, расположенных на двух других противоположных стенках. Сформулированы требования к форме штабеля, позволяющие реализовать такой вид резерва. решение об оптимальном варианте резервирования должно приниматься на основании сравнительного интегрального эффекта между всеми вариантами резерва.

Таким образом, по совокупности выполненных исследований можно утверждать, что разработанная методика проектирования установок СВЧ диэлектрического нагрева позволяет обеспечить ее максимальную эффективность с учетом ущерба и резервирования. Предложенная методика расчета сравнительного интегрального эффекта позволяет выбрать оптимальную элементную базу резервирования установки СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба, наконец, предложенная методика расчета установок СВЧ диэлектрического нагрева для сушки пиломатериалов дает возможность обосновать оптимальную структуру, технические и технологические параметры и режим работы СВЧ оборудования и элементную базу установки, при которой достигается максимальная эффективность СВЧ сушилки. Это дает основание утверждать, что научные положения, вынесенные на защиту, доказаны.

На наш взгляд, широкое применение предложенных в диссертации принципов проектирования установок СВЧ диэлектрического нагрева позволит избежать нецелесообразного применения такого ряда установок, создавать электротермическое оборудование, отличающееся максимальной эффективностью.

Конструкция и параметры аэродинамической сушильной камеры АСКМ-15 для сушки пиломатериалов

Работа сушильной камеры основана на принципе аэродинамического нагрева. Компоновочная схема сушильной камеры АСКМ-15 представлена на рис. ПЛ.

Рис. П. 1. Компоновочная схема сушильной камеры АСКМ-15

Сушилка снабжена мощным вентилятором, создающим циркуляцию воздуха в замкнутом объеме камеры.

Мощное завихрение воздуха в замкнутом объеме роторного отсека вызывает нагрев и его интенсивную циркуляцию внутри камеры. Эффект повышения температуры воздуха достигается вследствие трения перемещающихся воздушных масс с лопатками ротора.

Корпус камеры выполнен сборным и состоит из теплоизоляционных щитов-панелей, облицованных стальным листом и заполненных минеральной ватой. На передней стенке расположена дверь, через которую загружается и выгружается штабель. Перемещение тележки со штабелем;производится по рельсовому пути.

Роторный отсек отделен от внутреннего пространства камеры стенкой, в которой расположено жалюзийное окно. Температура в камере регулируется путем изменения сечения жалюзийного окна, что достигается поворотом пластин жалюзи с помощью рычажной системы.

Для того чтобы обеспечить воздухообмен в процессе выпаривания влаги из пиломатериалов, на корпусе имеются воздухообменные патрубки для забора свежего воздуха и выброса влажного. Воздухообменный патрубок для забора свежего воздуха расположен на задней стенке камеры, для выброса влажного - на боковой. Воздух, разогретый трением о лопатки вращающегося ротора в роторном отсеке, подается в канал, расположенный вдоль боковой стенке корпуса камеры. Воздушный поток, перемещаясь по каналу, отражается от направляющих экранов, проникает в штабель в поперечном направлении, а затем движется обратно к всасывающему жалюзийному окну.

В процессе движения сквозь штабель воздушные потоки нагревают древесину и насыщаются влагой. Влажный воздух проходит, через жалюзийное окно и частично выбрасывается через патрубок, расположенный на боковой стенке камеры. Через патрубок, расположенный на задней стенке, в камеру поступает свежий воздух, нагревается в зоне ротора и процесс повторяется.

Для контроля параметров внутри камеры в задней стенке устанавливаются приборы для измерения температуры (термометр) и влажности воздуха (психрометр).

Штабель пиломатериалов прямоугольной формы формируется с помощью подъемно-транспортного устройства или вручную. Доски укладываются сплошными рядами без промежутков. Горизонтальные ряды пиломатериалов разделяются межрядовыми прокладками. Загрузка и выгрузка штабеля производится с помощью авто (электро) погрузчика или лебедкой.

Ректору Саратовского государственного технического университета Д.т.н. профессору Ю.В. Чеботаревскому

Общество с ограниченной Ответственностью Инженерно-техническая Фирма "Элмаш - Мнкро" 410033, г.Саратов, а/я 3053 E-maU: elmash-micro@inall.ni WWW elmasb -mlcro.ru Fax: (845-2) 35-15-78 Я (845-2) 63-36-64

A b? No £30. на N$

О применении результатов диссертации А.В.Доценко

Инженерно-техническая фирма «Элмаш-Микро» в рамках научного и учебно-методического сотрудничества с кафедрой «Автоматизированные электротехнологические установки и системы» получила разработанную аспиранткой вашего университета Доценко Анастасией Владимировной систему технико-экономических расчетов вариантов резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева, позволяющую обоснованно выбрать наилучший в экономическом отношении вариант резервирования.

Система расчетов, предложенная А.В.Доценко, была использована при проектировании нами нового поколения установок СВЧ диэлектрического нагрева для вулканизации резиновых профилей в потоке.

Предложенные А.В.Доценко соотношения для расчета минимально допустимой цены СВЧ установки и ее элементов, затрат, ущерба, чистой прибыли дает нам больше оснований для ведения экономической политики на стадии переговоров с заказчиками. еская фирма

ИTpffijfj»

Директор ИТФ «Элмаш-Микро»

В.А.Воронкин.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ПРОМЫШЛЕННОСТИ федеральное государственное унитарное предприятие саратовский агрегатный завод

410078, г. Саратов, ул. Астраханская, д. 45 Факс: (845-2) 51-48-58; 29-89-21 e-mail: fgupsaz@mail.ru

2007 г. № 110

На№ от-//" c^u^bUL 2007

Ректору Саратовского государственного технического университета Д.т.н., профессору Ю.В. Чеботаревскому

О применении результатов диссертации А.В. Доценко

ФГУП «Саратовский агрегатный завод» использовало разработанную в Вашем университете аспиранткой Доценко А.В. систему технико-экономических расчетов для' обеспечения максимальной экономической эффективности установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования.

Предложенный Доценко А.В. системный подход к экономическому обоснованию целесообразности применения того или иного способа резервирования в технологическом оборудовании страхует проектировщика от неэффективных затрат средств и времени уже на стадии проектирования.

Полученные Доценко А.В. соотношения для расчета оптимального типа установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования, оптимальных значений технологических параметров установок, максимально допустимой цены установки СВЧ диэлектрического нагрева , при которой эксплуатация этого оборудования в течении года дает возможность покрыть все затраты, связанные с его приобретением и эксплуатацией, дает возможность уже на стадии проектирования учитывать коммерческую привлекательность для потребителя, установок СВЧ диэлектрического нагрева.

Главный инженер ФГУП «Саратовский агрегатный завод»

В.Е. Брусенцов

Заключение f

В результате научных исследований, опытно-конструкторской работы, положенных в основу этой диссертации, решена задача создания системы технико-экономических расчетов pi средств для обеспечения максимальной эффективности установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и реу зервирования.

1. Дебай П. Теория электрических свойств молекул / П. Дебай, Г. Закк. - М.; Л.: ОНТИ, 1935.

2. Дебай П. Полярные молекулы / П. Дебай. М.; Л.: ОНТИ, 1931.

3. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны / Л.А. Вайнштейн. М.: Советское радио, 1957. - 581с.

4. Тамм И.Е. Основы теории электричества / И.Е. Тамм. М.: Наука, 1976. -616с.

5. Рогов И.А. Техника сверхвысокочастотного нагрева пищевых продуктов / И.А. Рогов, С.В. Некрутман, Г.В. Лысов. -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. 199с.

6. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов / И.А. Рогов. -М.: Агропромиздат, 1988. 325с.

7. Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов / И.А. Рогов, А.В. Горбатов. М.: Пищевая промышленность, 1974. - 583с.

8. Рогов И.А. Сверхвысокочастотный и инфракрасный нагрев пищевых продуктов / И.А. Рогов, С.В. Некрутман. М.: Пищевая промышленность, 1976.-210с.

9. Бородин И.Ф. СВЧ энергия в сельскохозяйственных электротехнологиях // Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельскохозяйственного сырья: Материалы шестой Всесоюзной науч.-техн. конф.-М.: 1989.-С.95-98.

10. Крусь Г.Н. и др. Технология молочных продуктов. -М.:Агропромиздат, 1988.

11. Козлов В.Н., Затирка А.Ф. Технология молочно-белковых продуктов -Киев: Урожай, 1988.

12. Топилина Н.В. Оптимизация структуры пастеризатора молока для фермерского хозяйства // Технологические СВЧ установки, функциональные электродинамические устройства: Межвуз.науч.сб.: Саратов: Са-рат.гос.техн.ун-т, 1998.- С.55-59.

13. Рябец Н.И. Основы разупрочнения и оттаивания мерзлых пород СВЧ энергией. Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 1991.

14. СВЧ энергетика / Под ред. Э. Окресса. М.: Мир, 1971. - Т.2. - 272с.

15. Архангельский Ю.С. Элементная база СВЧ электротермического оборудования / Ю.С. Архангельский, В.А. Воронкин. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003. - 213с.

16. Басс Ю.П. Диэлектрический нагрев в резиновой промышленности / Ю.Б. Басс. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1974. - 23с.

17. Толстов В.А. Эффективность электротехнологических установок / В.А.Толстов, Ю.С. Архангельский. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2000. - 146с.

18. Гай А.В., Леманн Ю.Ф., Стоунбридж Дж. Применение электромагнитной энергии в терапии // ТИИЭР. 1974. Т.62 №1

19. Искандер М.Ф., Дерни К.Х. Электромагнитные методы медицинской диагностики (Обзор) //ТИИЭР. 1980.Т.68 №1.

20. Джонсон К.К., Гай А.В. Воздействие неионизирующего электромагнитного излучения на биологические среды и системы // ТИИЭР. 1972.Т.60 №6.

21. Майкельсон С.М. Биологические эффекты СВЧ излучения (обзор) // ТИИЭР.1980.Т.68.№1

22. Шеина А.Н. УВЧ и СВЧ терапия. М.: ЦОЛИУВ, 1980.

23. Теория и практика рефлексотерапии. Медико-биологические и физико-технические аспекты. Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 1981.

24. Тейлор JI.C. Инпланитируемые излучатели для лечения злокачественных новообразований с помощью СВЧ гипертермии // ТИИЭР.1980.Т68. №1.

25. Некрутман С.В. Аппараты СВЧ в общественном питании / С.В. Некрутман. -М.: Экономика, 1973. 176с.

26. Удалов В.Н. и др. Камерные СВЧ печи периодического действия // Обзоры по электронной техники. Сер. Электроника СВЧ. —М.: ЦНИИ Электроника, 1983. Вып. 10 (960).

27. Архангельский Ю.С. Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов / Ю.С. Архангельский, И.И. Девяткин. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1983. - 140с.

28. Архангельский Ю.С. СВЧ электротермия / Ю.С. Архангельский. — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1998. 408с.

29. Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот / Г. Пюшнер. — М.: Энергия, 1968.-311с.

30. Толстов В.А. Экономическая эффективность установок СВЧ диэлектрического нагрева // Электротехнологические СВЧ установки: Меж-вуз.науч.сб.-Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2000. — С.35-39.

31. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов / И.А. Рогов. -М.: Агропромиздат, 1988. 325с.

32. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования / Официальное издание. М.: Госстрой России, Мин. экономики РФ, Мин. финансов РФ, Госкомпром РФ, 1994, 31 марта. - №7. - 12/47.

33. Петрушкин А.В. Эффективность комбинированных систем теплоснабжения.: Дис.канд.техн.наук. -Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 1998г.

34. Веников Г.В. Надежность и проектирование. — М.: Знание, 1971г.

35. Канарчук В.Е. Основы надежности машин. Киев: Наук.думка, 1982г.

36. Каратун B.C. и др. Расчеты надежности электроэнергетических установок. Красноярск. КрПи, 1986г.

37. Ермилов А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 1983г.

38. Беляев М.С. Надежность и долговечность машин. — Киев. Техника, 1973г.

39. Семенов А.С. Регенерация мощных электровакуумных приборов.: Дис. канд. техн.наук. Саратов: Сар.гос.ун-т., 2000.

40. Житомирская И.А., Бутузова С.П. Расчет мощности СВЧ генератора для сверхвысокочасотных электротермических установок, работающих в автономном режиме // Волновые установки и линии передачи. Саратов: СПИ, 1985 .- С.83-87.

41. Долгополов Н.Н. Электрофизические методы и технологии строительных материалов / Н.Н. Долгополов. М.: Изд-во лит-ры по строительству, 1971.-240с.

42. Долгополов Н.Н., Симонян С.Г. Сушка в поле сверхвысоких частот // Труды ВНИИНСМ Электрофизические методы и технологии строительных материалов.-М. 1965. -Вып.2(10). С. 5-8.

43. Сатаров И.К. Микроволновые устройства с бегущей волной для термообработки диэлектрических материалов / И.К. Сатаров, В.В. Комаров. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2000. - 120с.

44. Лебедев П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок.-М., Л., Гос-энергоиздат, 1963.-320с.

45. СВЧ энергетика / Под ред. Э. Окресса. М.: Мир, 1971. - Т.2. - 272с.

46. Архангельский Ю.С. СВЧ электротермические установки лучевого типа / Ю.С. Архангельский, С.В. Тригорлый. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2000. - 122с.

47. Сергеев В.И. Приемные антенны сантиметрового диапазона / Сергеев В.И., Сосунов В.А. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1997. - 62с.

48. Толстов В.А. Применение СВЧ энергии при производстве тары в машиностроении / В.А. Толстов // Функциональные электродинамические системы и устройства низких и высоких частот. Межвуз. науч. сб. — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2001. С.54-58.

49. Лыков А.В. Теория сушки / А.В. Лыков. М.: Энергия, 1968. - 471с.

50. Лыков А.В. Теория тепло- и массопереноса / А.В. Лыков, Ю.А. Михайлов. — М.; Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 472с.

51. Артюхов И.И. Адаптивная система электропитания модульного типа. / И.И. Артюхов, И.П. Крылов // Функциональные электродинамические системы и устройства низких и высоких частот. Межвуз. науч. сб. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2001. - С. 95-100.

52. Артюхов И.И. Магнетронные генераторы для установок СВЧ нагрева / И.И. Артюхов, М.А. Фурсаев. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2000.48с.

53. Артюхов И.И. Система электропитания группы СВЧ генераторов магне-тронного типа / И.И. Артюхов // Вопросы преобразовательной техники, частотного электропривода и управления. Межвуз. науч. сб. — Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1996. С. 96-99.

54. Доценко А.В. Ущерб и резервирование при СВЧ диэлектрическом нагреве / Ю.С. Архангельский, А.В. Доценко // Электротехника, электромеханика, электротехнология: материалы науч.-техн. конф. с международным участием. Новосибирск, 2003. - С. 187-192.

55. Доценко А.В. Надежность установок СВЧ диэлектрического нагрева / Ю.С. Архангельский, А.В. Доценко // Материалы науч.-техн. конф., посвященной 15-летию каф. Радиотехники «Радиотехника и связь» — Саратов.: Сарат.гос.техн.ун-т, 2004. С. 289-292.

56. Доценко А.В. Ущерб при СВЧ диэлектрическом нагреве / А.В. Доценко // Электро- и теплотехнологичекие процессы и установки-2: сб. науч. тр. -Саратов.: Сарат.гос.техн.ун-т, 2005. С. 45-51.

57. Доценко А.В. Резервирование как метод повышения эффективности У СВЧ ДН / А.В. Доценко // Материалы междунар. науч.-техн. конф. посвященной 110-летию изобретения радио и 75-летию СГТУ — Саратов.: Сарат.гос.техн.ун-т, 2005. С. 402-406.

58. Доценко А.В. Интегральный эффект установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба / А.В. Доценко // Проблемы электроэнергетики: -Межвуз. науч. сб.: Саратов, гос. техн. ун-т, 2006. — С. 164-168.

59. Доценко А.В. Варианты компоновки и резервирования У СВЧ ДН дляdpсушки пиломатериалов / А.В. Доценко // Материалы третьей междунар. науч.-техн. конф. "Радиотехника и связь" Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. - С. 344-347.

60. Доценко А.В. СВЧ сушка пиломатериалов / А.В. Доценко // IV Всероссийская конференция «Прогрессивные технологии в обучении и производстве» / РПК Политехник: Волгоград, гос. техн. ун-т, 2006. — Т1 -С. 127-130.

61. Доценко А.В. Оптимизация ущерба и резервирования при СВЧ диэлектрическом нагреве / А.В. Доценко // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2006. - №1(10). - Вып.1. - С. 131-137.

62. Доценко А.В. Надежность, ущерб и резервирование в СВЧ электротермии / Ю.С. Архангельский, А.В. Доценко // Вестник Саратовского государственного технического университета. — «Энергетика и электротехника» —2006. №4(19) - Вып. 4. - С. 27-35.

63. Доценко А.В. Резервирование в системах энергообеспечения электротермического оборудования / А.В. Доценко // Промышленная энергетика,2007.-№5.-С. 2-6.

64. Доценко А.В. Резервирование в СВЧ сушилках пиломатериалов / Ю.С. Архангельский, А.В. Доценко // Вестник Саратовского государственного технического университета. «Энергетика и электротехника» - 2007. -№4(19)-Вып. 4. - С. 9-13.