WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Шишинина Наталья Геннадьевна

Снижение энергозатрат на нагрев воды при дойке

коров за счет плавного регулирования

МОЩНОСТИ электродных водонагревателей

объемным экраном

05.20.02 – Электротехнологии и

электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им Н.И. Вавилова»

Научный руководитель:  доктор технических наук, профессор

Ерошенко Геннадий Петрович

Официальные оппоненты:  доктор технических наук, профессор

Усанов Константин Михайлович,

зав. кафедрой «Применение 

электрической энергии

в сельском хозяйстве»

ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ»

кандидат технических наук, доцент

Кожевников Вячеслав Юрьевич,

доцент  кафедры

  «Автоматизированные

электротехнологические установки

и системы»

ФГБОУ ВПО «Саратовский ГТУ

им. Гагарина Ю.А.»

Ведущая организация:   ФГБОУ ВПО «Волгоградский

государственный аграрный университет» 

Защита состоится «24» мая 2012г. в 12.00 час. на заседании диссертационного совета Д 220.061.03 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им Н.И. Вавилова» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке  ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова».

Автореферат диссертации разослан «23» апреля 2012 г.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл. 1, ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета  Н.П. Волосевич

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Требование к точности поддержания заданной температуры воды в коровнике имеет важное технологическое значение. Если заданные нормативы не выполняются, то возникает технологический ущерб или перерасход электроэнергии. При использовании нерегулируемых водонагревателей получение воды с заданной температурой происходит за счет накопления перегретой воды и дальнейшего ее разбавления. Эти процессы сопровождаются большим перерасходом энергии. Чтобы устранить недостатки необходимо разработать электроводонагреватель с плавным регулированием температуры, что позволит сократить потребление энергии. Возникла важная научно-техническая задача – разработать энергосберегающий плавнорегулируемый электродный водонагреватель, обеспечивающий получение воды с температурой от 40 до 90 0С.

Прогрессивным направлением решения этой задачи может быть использование электродных водонагревателей, в которых в рабочем межэлектродном пространстве подвижный плоский диэлектрический экран заменяется объемным из эластичного диэлектрика, размеры которого изменяются при изменении давления воздуха в нем.

Исследования проводились по плану НИОКР ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» в соответствии с темой №6: «Повышение эффективности систем энергетического обеспечения систем АПК» и в рамках федерального закона РФ от 23 ноября 2009 г. №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».

Цель работы: Снижение энергозатрат на нагрев воды за счет применения плавнорегулируемых электродных водонагревателей с объемным экраном.

Объект исследования. Электродный водонагреватель с объемным экраном (ЭВН ОЭ) для коровников.

Предмет исследования. Закономерности плавного изменения мощности и температуры при увеличении и уменьшении размера эластичного объемного экрана электродного водонагревателя.

Научная новизна.

  1. Усовершенствована классификация способов регулирования мощности в электродных водонагревателях.
  2. Предложен аппарат плавного регулирования температуры объемным экраном электродного водонагревателя, защищенный патентом на полезную модель 78618 РФ.
  3. Обоснованы регулировочные характеристики и параметры регулирования электродного водонагревателя с объемным экраном (ЭВН ОЭ).
  4. Разработана установка для коровников, реализующей заявленный способ плавного регулирования и снижение энергозатрат на подготовку подогретой воды.

Практическая значимость. Обоснован и реализован новый ЭВН ОЭ, позволяющий плавно и точно регулировать мощность и температуру воды в коровниках с помощью электродного водонагревателя с объемным экраном. Использование электродного водонагревателя с объемным экраном позволяет снизить затраты электроэнергии на 15 %. Производственные испытания произведены, путем внедрения трех ЭВН ОЭ в коровнике СПК «Красавское»  с. Красавка Лысогорского района Саратовской области и СПК «Стимул» с. Новинка Жирновского района Волгоградской области подтвердили названные результаты.

На защиту выносятся:

  1. Расширенная классификация способов регулирования мощности в электродных водонагревателях.
  2. Обоснование рационального способа регулирования мощности электродного водонагревателя с помощью объемного экрана.

3. Параметры и режимы регулирования при помощи объемного экрана.

4.Результаты экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях.

5. Оценка экономической эффективности внедрения способа.

Реализация научно-технических результатов.

Результаты исследований использованы и внедрены в  СПК «Красавское» с. Красавка Лысогорского района Саратовской области и СПК «Стимул» с. Новинка Жирновского района Волгоградской области.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова в 2007- 2012 гг; на Всероссийской научно-практической Международной конференции «Вавиловские чтения» в 2009 - 2010 гг.; на Научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики АПК», 2010 – 2011 гг., Саратовский ГАУ.

Публикация результатов исследования:

По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе две работы в периодических научных и научно – технических изданиях, рекомендованных ВАК и патент на полезную модель 78618 РФ. Общий объем публикаций составил 4,42 п.л. из них лично соискателя – 2,34  печ.л.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 109 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц, 33 рисунка,  4 приложения. Список использованной литературы включает  119 наименований, из них 11 на иностранных языках.

Методика исследования. В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. При решении поставленных задач использовались законы и положения теплотехники, тепло– и массообмена, электротехнологии, автоматизации технологических процессов. В экспериментальных исследованиях использовались современные средства измерительной техники. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методом математической статистики и регрессионного анализа.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, представлена ее общая характеристика, определены основные направления исследования.

Первая глава «Постановка задач исследования» посвящена анализу парка электродных водонагревателей и их классификации. Проведен обзор и анализ способов регулирования температуры воды в электродных водонагревателях.

Проблемой регулирования температуры в электродных водонагревателях, повышения их надежности в сельском хозяйстве занимались А.М. Басов, Л.А. Баранов, В.И. Барков, Г.Ф. Бахарев, В.А. Карасенко, И.Ф. Кудрявцев, В.Г. Петько, В.Н. Расстригин, П.А. Рубцов и другие ученые.

В настоящее время известно большое количество способов регулирования потребляемой мощности и температуры электродных водонагревателей. Диапазон регулирования мощности электродных водонагревателей составляет от 25 до 100 % - это не обеспечивает стабильности температуры и необходимый ее диапазон регулирования. Кроме того, все известные способы регулирования имеют нелинейные характеристики изменения температуры и потребляемой мощности, а также полностью не используется возможный диапазон регулирования.

В заключение главы сформулированы задачи исследования:

1. Провести анализ существующих способов регулирования мощности электроводонагревателей и разработать эффективный плавнорегулируемый электродный водонагреватель.

2. Теоретически обосновать параметры и режимы регулирования электродного водонагревателя с объемным экраном (ЭВН ОЭ).

3.Изготовить экспериментальную установку, проверить работоспособность ЭВН ОЭ и провести производственные испытания плавнорегулируемого ЭВН ОЭ.

4. Определить технико-экономические показатели полученных результатов.

Во второй главе «Теоретическое обоснование рабочего процесса плавнорегулируемого электродного водонагревателя с объемным экраном» дано теоретическое обоснование процесса регулирования нагрева воды электродным водонагревателем с объемным экраном, обоснованны его параметры и режимы регулирования.

Разработана конструктивная (рисунок 1) и расчетная схемы (рисунок 2) ЭВН ОЭ. Было выделено два предельных режима работы ЭВН ОЭ: наименьшей мощности , когда объемный  экран перекрывает линии тока и наибольшей мощности , когда объемный экран удален из межэлектродного пространства ЭВН ОЭ. В промежуточном положении объемного экрана мощность будет находиться в пределах от до , а диапазон регулирования:

,  (1)

где - минимальная мощность, кВт; - максимальная мощность, кВт.

В современных ЭВН, диапазон регулирования о.е. Это значение не удовлетворяет сельскохозяйственному производству, поскольку диапазон требуемой температуры составляет от 20-90 0С. Возникла важная задача, определения способов увеличения диапазона регулирования электродных водонагревателей.

Из рабочего процесса ЭВН ОЭ видно, что положение объемного экрана изменяет сопротивление воды в активной и внешней зонах за счет изменения длины линий тока и площади, через которую они замыкаются.

Для изолированных с внешней стороны электродов в идеальном случае основные уравнения имеют вид:

; ; ; ; ,  (2)

где    -  номинальная  мощность,  кВт;    -  диапазон  регулирова-

ния, о.е; - удельное сопротивление воды, Ом·м; - длина ли- ний тока между электродами, м; – площадь электродов, м2;  U – напряжение, В; - сопротивление воды, Ом.

Для неизолированных электродов всегда сохраняются пути линий тока в активной и внешней зоне, что снизит сопротивление ЭВН. Тогда .

а)  б)

Рис.1 Конструктивная схема электродного водонагревателя: а) с наименьшим объемом экрана; б) с наибольшим объемом экрана: 1 – электроды;  2 - объемный экран; hэк – высота объемного экрана, м;  U – напряжение сети, В; h – высота электродов, м; в – ширина электродов, м; а – межэлектродное расстояние, м

  а)  б) в)

Рис. 2 Расчетная схема ЭВН ОЭ: а) Объемный экран отсутствует (hэ= 0; Р=Рmax); б) объемный экран перекрывает часть электродов  (hэ>0;  Рmax >Р> Рmin);  в) объемный экран перекрывает электроды полностью (hэ= h; Р=Рmin): h – высота электродов, м; hэк – высота объемного экрана, м; U – напряжение сети, В; h0 – высота без объемного экрана, м; l – длина линий тока, м; Э – объемный экран

Выделено три режима изменения мощности.

Чтобы вывести уравнение регулировочной характеристики примем следующие допущения: электроды имеют одностороннюю проводимость, т.е. внешние поверхности изолированы; электроды размещены на изолирующей подставке; проводимость воды не зависит от ее температуры; линии тока протекают  по идеализированным путям.

а) Мощность в первом режиме, когда объемный экран отсутствует (hэ= 0; Р=Рmax) (рисунок 2а):

  , (3)

где в – ширина электрода, м; – коэффициент  пропорциональнос-

ти между высотой объемного экрана и давлением в нем, учитывающий расширение эластичного материала (силиконовой резины), о.е; U – напряжение сети, В; а – межэлектродное расстояние, м.

б) Мощность ЭВН в промежуточном режиме, когда объемный экран перекрывает часть электродов (hэ>0; Рmax >Р> Рmin) (рисунок 2б):

, (4)

где h – высота электродов, м; hэк – высота объемного экрана, м.

в) Мощность в третьем режиме, когда объемный экран перекрывает электроды полностью (hэ= h; Р=Рmin) (рисунок 2в):

.  (5)

В рассматриваемом варианте объемного экрана, когда он выполнен в виде пустотелого эластичного параллепипеда, копирующего межэлектродное пространство, переменным фактором служит давление в нем. Этот фактор можно функционально связать с высотой hэк объемного экрана и шириной электродов в при фиксированном а межэлектродном расстоянии:

  ,  (6)

где - давление в объемном экране, Па.

С изменением давления объемный экран изменяет лишь высоту, так как ширина ограничена межэлектродным расстоянием, а длина ограничена линейным размером объемного экрана. Эти исходные данные позволяют получить уравнение регулировочной характеристики мощности ЭВН ОЭ:

, (7)

где - мощность ЭВН ОЭ при 20 0С, кВт.

Диапазон регулировочной характеристики зависит от параметров объемного экрана и в первую очередь от его толщины. Для учета толщины показана упрощенная картина линии тока в сечении (рисунок 3) в режиме для разных толщин объемного крана при условии, что электроды снизу имеют изолирующую подставку (снизу зона утечек линий тока отсутствует).

Из рисунка 3 видно, что картина верхних зон утечек линий тока зависит от толщины объемного экрана. Они отличаются длиной линии тока и площадью сечения зоны.

а)  б)

Рис. 3 Линии тока утечки при разной толщине экрана: а) ; б)

Средняя длина линии тока утечки с плоским экраном равна длине полуокружности с радиусом :

  , (8)

где а – межэлектродное  расстояние, м;  r  –  радиус  линий  тока  утеч-

ки, м.

Площадь зоны линий тока утечки с плоским экраном зависит от ее радиуса и длины электрода:

  . (9)

Сопротивление воды с плоским экраном в зоне линий тока утечки равно, с учетом (8) и (9):

  ,  (10)

где – удельное сопротивление воды, Ом·м; S/ - площадь зоны линий тока утечки, м2.

Средняя длина линий тока утечки и площадь сечения зоны и ее сопротивление с объемным экраном равны соответственно:

. (11)

Уравнения (11) дают общую оценку влияния толщины объемного экрана на регулировочные характеристики ЭВН. Учитывая, что диапазон регулирования зависит от величины токов утечки в режиме наименьшей мощности (чем они меньше, тем шире диапазон), можно однозначно определить роль конструктивных параметров. Для этого на рисунке 5 построена зависимость . Отсюда видно, что начиная с достигается резкое увеличение сопротивления воды в зоне линий тока утечки, это является предпосылкой для достижения , т.е. .

Таким образом, основным направлением расширения диапазона регулирования служит применение объемных экранов.

Рис. 4 Зависимость сопротивления зоны утечек от толщины объемного экрана: R// - сопротивление зоны линий тока утечки с объемным экраном, Ом;  R/ - сопротивление зоны линий тока утечки с плоским экраном, Ом

В основу анализа процесса нагрева воды может быть принята теория нагрева идеального однородного тела, под которым понимается тело с равномерным рассеиванием теплоты со всей поверхности и равномерным распределением температуры по объему.

Рассмотрим тепловой баланс ЭВН и на его основе составим дифференциальное уравнение. Пусть в единицу времени в воде выделяется количество теплоты . Тогда за бесконечно малый промежуток времени количество теплоты будет идти на нагрев воды и частично отдается во внешнюю среду.

Если за время температура воды повысилось на , то за это время в воде накопилось теплота , где – масса воды, кг и с – ее удельная теплоемкость (, где с/ - идеальная теплоемкость, Дж/кг·0С; кк – коэффициент учитывающий конвектив-ный поток, о.е.), Дж/кг·0С.

Если за этот же промежуток времени превышение температуры ЭВН над окружающей средой равно , то количество теплоты, отдаваемого в окружающее пространство за время , будет равно , где - площадь охлаждаемой поверхности ЭВН, м2;  - коэффициент теплоотдачи с поверхности, Вт/(м·0С).

Тогда уравнение теплового баланса примет вид:

, (12)

где в левой части выделяемая теплота, а в правой 1 - доля потребляемая на нагрев воды, и 2 – доля, теряемая в окружающее пространство.

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)

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  60×84 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






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.