авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Снижение энергозатрат на нагрев воды при дойке коров за счет плавного регулирования мощности электродных водонагревателей объемным экраном

-- [ Страница 2 ] --

При включении ЭВН в сеть на первом этапе вся выделяющееся теплота идет на нагрев воды. По мере увеличения температуры воды, часть теплоты будет рассеиваться в окружающую среду. В некоторый момент увеличение температуры воды прекратится, она стабилизируется на уровне и вся теплота будет передаваться в окружающую среду. Уравнение теплового баланса примет вид:

. (13)

Отсюда уравнение температуры воды:

, (14)

где Т – постоянная времени нагрева ЭВН ОЭ, о.е.; t – время нагре- ва, час; - температура установившейся воды, 0С; - исходная температура ( 0С), 0С.

Если принять, что ЭВН включается при , выражение (14) примет вид:

. (15)

Таким образом, при принятых допущениях нагрев воды идет по экспоненциальному закону. Установившаяся температура наступает через время равное (3-4)Т.

В литературе используют аналитическое описание сопротивления воды от температуры на основании аппроксимации экспериментальных данных. Наиболее часто применяют следующую формулу:

, (16)

где – температура нагретой воды, 0С; – удельное сопротивление воды как сопротивление столба жидкости при 0С сечением 1 м2, длиной 1 м (=5002000 Ом·м).

Формула (16) затрудняет аналитическое описание процесса регулирования. Упрощение этой формулы оправдано в связи с большим диапазоном изменения .

Исследование уравнения (16) и экспериментальная проверка позволили предложить более простое описание :

, (17)

где – поправочный коэффициент начального удельного сопротивления воды, о.е.

Рассмотрим уравнение теплового баланса ЭВН ОЭ с учетом влияния температуры воды на потребляемую мощность. Перепишем уравнение теплового баланса (14) с учетом зависимости мощности от температуры воды:

, (18)

где – поправочный коэффициент, о.е.; – коэф-фициент чувствительности сопротивления воды к ее температуре, т.е. изменение сопротивления воды при изменении ее температуры воды на 10С, о.е.

Несмотря на нелинейность изменения мощности ЭВН, тепловые процессы сохраняют свои характеристики. При некоторой температуре вся теплота будет отдаваться в окружающую среду и для этого случая, уравнение теплового баланса будет иметь вид:

. (19)

Уравнение нагрева:

. (20)

Закон изменения температуры воды с учетом влияния ее температуры на выделяемую мощность ЭВН:



. (21)

Для анализа последней зависимости примем начальную температуру . Тогда закон изменения температуры воды в ЭВН будет иметь вид:

. (22)

Отсюда видно, что в отличие от идеального ЭВН нагрев осуществляется до более высокой температуры.

Эластичный полый объемный экран при отсутствии давления имеет наименьший объем (наименьшую высоту). В этом режиме сопротивление воды между электродами самое малое, а потребляемая мощность наибольшая. При увеличении давления увеличивается объемный экран и его высота, что увеличивает рабочее сопротивление ЭВН и снижает потребляемую мощность. Наконец, при полном расчетном давлении объемный экран становится наибольшим. Межэлектродное пространство полностью перекрывается объемным экраном и потребляемая мощность снижается до нуля.

Таким образом, теоретические исследования позволили найти количественное описание процесса нагрева воды в электродном водонагревателе с объемным экраном, найти параметры и режимы его работы.

В третьей главе «Экспериментальные исследования» проведен анализ экспериментальных результатов, сравнение теоретических и экспериментальных данных.

Для проверки теоретических расчетов в лабораторных условиях была создана экспериментальная установка. Она выполнена таким образом, что позволяет моделировать различные режимы работы ЭВН ОЭ.

Электрическая схема экспериментальной установки представле-на на рисунке 5.

Рис. 5 Схема экспериментальной установки: V- вольтметр; А – амперметр; К – компрессор; ОЭ – объемный экран; QF1, QF2 – автоматический выключатель; FU1, FU2 – предохранитель; SB1, SB3 – кнопка «Стоп»; SB2, SB4 – кнопка «Пуск»; КМ1, КМ2 – катушка магнитного пускателя; КМ1, КМ2 – контакты магнитного пускателя; КТ - тепловое реле; Вмах, Вмin – датчики максимального и минимального уровня воды

Принцип действия экспериментальной установки заключается в следующем (рисунок 5). Электроды выполнены из нержавеющей стали, установлены вертикально и неподвижно в емкость с водой. В межэлектродное пространство помещен объемный экран. При нажатии кнопки «Пуск» SB1 подается переменное напряжение 220 В с частотой 50 Гц на пару электродов. Через воду между электродами начинает протекать электрический ток и происходит постепенный нагрев воды. Измерение температуры нагрева воды осуществляется термометром, который располагается в емкости с водой. При необходимости уменьшить компрессором К, через воздушный патрубок нагнетается воздух в объемном экране, он изменяет форму и образует изолирующую зону в межэлектродном пространстве, что приводит к уменьшению мощности ЭВН ОЭ и уменьшению температуры воды. Чтобы увеличить температуру воды, при помощи компрессора откачивают воздух из объемного экрана. При снижении давления в объемном экране мощность ЭВН ОЭ увеличивается и вода нагревается.

Для контроля уровня воды в ЭВН ОЭ установлены датчики максимального и минимального уровня воды, а для предотвращения перегрева воды установлено тепловое реле.

Были проведены лабораторные исследования электродного водонагревателя с объемным экраном, с целью экспериментального подтверждения теоретических предположений. По полученным данным построены кривые:

Рис.6 Регулировочная характеристика мощности ЭВН ОЭ от высоты объемного экрана (--- теоретическая; ___ экспериментальная)

Рис. 7 Сравнительные характеристики сопротивления в рабочей зоне от толщины экрана (--- - теоретическая; ___ экспериментальная)

Проверено влияние параметров объемного экрана на диапазон регулирования. Из рисунка 7 видно, что теоретические предположения подтвердились и экспериментально.

Объемный диэлектрический экран выполняется из силиконовой резины, она сохраняет свои свойства практически неограниченное время при температурах от -50°С до +1800С.

Для подтверждения лабораторных исследований и определения достоверности и эффективности способа регулирования мощности электродными водонагревателями объемным экраном были проведены производственные испытания.

Для производственной проверки изготовили ЭВН ОЭ.

Работу ЭВН ОЭ поясняет его конструкция, показана (

рисунок 8 а, б). В наливной бак 1, установлена пара вертикальных неподвижных пластинчатых электродов 4, которые разделёны межэлектродным расстоянием и в указанное расстояние помещен диэлектрический объемный экран 5. ЭВН ОЭ заполняется водой через трубку подачи холодной воды 8. При подключении к электрической сети, электрический ток проходит через воду между электродами 4 и вода нагревается. Объемный экран 5 через патрубок подвода/отвода воздуха 13 соединяют с компрессором (на рисунке 8 он не указан).

Для того чтобы уменьшить температуру нагреваемой воды увеличивают объемный экран (рисунок 9, а) за счет подачи воздуха при помощи компрессора, что приводит к уменьшению нагрева воды и уменьшению мощности нагревателя. Чтобы увеличить температуру нагреваемой воды уменьшают объемный экран (рисунок 9, б) за счет отвода воздуха компрессором, что приводит к увеличению нагрева воды и увеличению мощности ЭВН ОЭ. Потребление горячей воды осуществляется через трубку отбора горячей воды 7.

а) б)

Рис. 8 Конструкция ЭВН ОЭ: а – объемный экран заполнен воздухом и перекрывает площадь электродов; б – объемный экран не заполнен воздухом: 1 – наливной бак, 2 - корпус, 3 – слой термоизоляции, 4 – пластинчатые электроды, 5 – диэлектрический объемный экран, 6 – диэлектрическая вставка, 7 – трубка отбора горячей воды, 8 – трубка подачи холодный воды, 9 – термометр, 10 – предохранительный клапан, 11 – крепления, 12 – патрубок подвода/отвода воздуха

Диэлектрические вставки 6 установленные в трубке отбора горячей воды 7 и трубке подачи холодной воды 8 предназначены для защиты людей и животных от поражения электрическим током при использовании ЭВН ОЭ. Корпус 2 через слой термоизоляции 3 изолирован от наливного бака 1 для воды.

На лицевой стороне корпуса расположен термометр 9, а на обратной стороне крепление 12 электродного водонагревателя к стенке.

Производственные испытания произведены, путем внедрения трех ЭВН ОЭ (рис. 9) в коровнике СПК «Красавское» с. Красавка Лысогорского района Саратовской области и СПК «Стимул» с. Новинка Жирновского района Волгоградской области.

 а) б) роизводственные испытания-90

а) б)

Рис. 9 Производственные испытания ЭВН ОЭ: а) ЭВН ОЭ в помещении молочной; б) ОЭ в межэлектродном пространстве (установка заполнена водой: 1- объемный экран; 2 - электроды)

В четвертой главе «Технико-экономическое обоснование эффективности применения систем с электродными водонагре-вателями» произведен расчет экономической эффективности применения электродного водонагревателя с объемным экраном.

Применение ЭВН ОЭ дает несколько экономических эффектов: снижение потерь теплоты, снижение затрат на электроэнергию на 15%. Экономические показатели внедрения ЭВН ОЭ представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты расчета экономической эффективности

Наименование показателя Базовый Новый Индекс изменения показателя
Стоимость потребленной электроэнергии, руб./год 62928 54720 -15%
Капитальные вложения, руб. 50677 69982 -
Эксплуатационные затраты, руб./год 17618,9 18905,1 -
Годовая экономия, руб. 8208 -
Срок окупаемости капиталовложений, лет - 0,85 -

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

  1. Рассмотрены и проанализированы особенности и условия регулирования мощности электродных водонагревателей и произведена классификация по способам регулирования. Среди различных способов регулирования в электродных водонагревателях наиболее эффективным является изменение рабочего сопротивления воды в межэлектродном пространстве. Показана перспектива нового способа регулирования за счет замены плоских экранов на объемные.
  2. Плавное регулирование электродного водонагревателя с помощью объемного экрана расширяет диапазон регулирования потребляемой мощности по сравнению с плоским экраном. Рабочая температура воды в идеализированном случае изменяется по экспоненциальному закону, а с учетом реальных параметров воды по более сложному.
  3. Геометрические размеры объемного экрана должны на 10-15 % превышать объем межэлектродного пространства. Наибольшее влияние на регулирование нагрева имеет объемный экран при его толщине более 80% ширины межэлектродного пространства.
  4. Создана установка ЭВН ОЭ, в которой используется электроды из легированной стали, объемный экран из силиконовой резины и компрессор для изменения давления в объемном экране. Для нагрева воды в коровнике на 200 скотомест предложено устанавливать 3 аппарата ЭВН ОЭ по 100 литров.
  5. Экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях подтвердили достоверность полученной зависимости мощности и температуры от объема экрана. Экспериментально подтверждено, что регулировочная характеристика электродного водонагревателя имеет линейную зависимость от размера объемного экрана. Производственная проверка подтвердила, что при использовании 3-х аппаратов плавного регулирования при дойке коров поддерживается заданная температура с точностью ±5 %, исключается хранение (остывание) нагретой воды. Все это позволяет устранить сверхнормативный расход электроэнергии и снизить ее потребление на 12-15%.
  6. Экономический эффект от применения устройства ЭВН ОЭ достигается за счет снижения энергопотерь на 15%. Внедрение установки ЭВН ОЭ на нагрев воды при дойке коров экономически выгодно. Срок окупаемости капиталовложений на внедрение трех ЭВН ОЭ в коровниках на 200 скотомест составляет 0,85 года.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:





В изданиях, рекомендованных ВАК:

  1. Шишинина, Н.Г. Сравнительная характеристика электродных водонагревателей для сельскохозяйственного производства / В.А. Глухарев, Н.Г. Шишинина.// Вестник Саратовского госагроуниверситета им Н.И. Вавилова. 2007 - №2, - С. 48-50. (0,75/0,4 печ.л.).
  2. Шишинина, Н.Г. Регулирование мощности электродного водонагревателя / Г.П. Ерошенко, Н.Г. Шишинина// Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2008. №2 - С.35-36. (0,2/0,1 печ.л.).

В описаниях патентов:

  1. Электродный нагреватель текучих сред: Патент на полезную модель 78618 РФ: МКП Н 05 3/60./ Г.П. Ерошенко, Н.Г. Шишинина (RU): заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Саратовский аграрный университет им. Н.И. Вавилова». - №2008126584/22; заявл. 30.06.2008; опубл. 27.11.2008, Бюл.№33.

В других изданиях:

  1. Шишинина, Н.Г. Анализ способов регулирования электродных водонагревателей./ Глухарев В.А., Шишинина Н.Г. СГТУ сборник научных трудов «Проблемы электроэнергетики». - 2007 С. 23-25 (0,70/0,37 печ.л.).
  2. Шишинина, Н.Г. Новое решение в регулировании мощности электродного водонагревателя/ Г.П. Ерошенко, Н.Г. Шишинина// Вавиловские чтения-2008: материалы Междунар. науч.-практ.конф. – Саратов: 2008. С.179-181 (0,69/0,34 печ.л.).
  3. Шишинина, Н.Г. Электродный водонагреватель с объемным экраном./ Г.П. Ерошенко, Н.Г. Шишинина // Энергосберегающие технологии. Проблемы их эффективного использования: Материалы Международной научно-практической конференции. - Волгоград, С. 129-131 (0,69/0,34 печ.л.).
  4. Шишинина, Н.Г. Экспериментальные результаты испытаний электродного водонагревателя с объемным экраном / Г.П. Ерошенко, Н.Г. Шишинина// Вавиловские чтения-2009: материалы Междунар. науч.-практ.конф. – Саратов: 2009. –Ч.2. С.238-240 (0,74/0,39 печ.л.).
  5. Шишинина, Н.Г. Результаты экспериментального исследования плавного регулирования электродного водонагревателя с объемным экраном/ Г.П. Ерошенко, Н.Г. Шишинина// Актуальные проблемы энергетики АПК: Материалы Международной научно-практической конференции / Под ред. А.В. Павлова. – Саратов: 2010. Стр. 21 – 23. (0,65/0,25 печ. л.)

Подписано в печать 23.04.12. Формат 6084 1/16.

Бумага офсетная. Гарнитура Times.

Печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № 150/133.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

410012, Саратов, Театральная пл., 1



Pages:     | 1 ||
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.