Разработка проекта технического задания на опытный образец ГЭТУ и рекомендации по внедрению ГЭТУ



Техническое задание разрабатывается на основе результатов исследований, лабораторных и хозяйственных испытаний экспериментального образцу ГЭТУ–25 и доработки его конструкции.

Техническое задание на опытные образец содержит следующие разделы:

– наименование и область применения;

– основание для разработки;

– цель и назначение разработки;

– источники разработки;

– технические требования;

–состав продукции;

–техническая характеристика МБУ;

– требования к технологичности;

– требования безопасности и требования по охране природы;

–эстетические и эргономические требования;

– требования к патентной чистоте;

– требования к составным частям продукции, сырья, исходным и эксплуатационным материалами;

– условия эксплуатации;

–требования и транспортированию и хранению;

– экономические показатели;

–стадии и этапы разработки;

– порядок контроля и приемки.

Рекомендации по внедрению ГЭТУ–25разрабатывается на основе анализа его функциональных возможностей, технических и эксплуатационных характеристик, полученных в ходелабораторных и хозяйственных испытаний экспериментального образца.

Современные животноводческие фермы являются круглогодичными потребителями пара. Использование водяного пара для тепловой обработки молочного инвентаря, оборудования производственных помещений обеспечивает высокую эффективность обеззараживания и санитарной обработки, что способствует повышению качества продукции.

Тепловая обработка кормов с помощью водяного пара повышает усвояемость их животными, расширяет возможность использования различных малопригодных в натуральном виде отходов сельскохозяйственного и промышленного производства.Для сохранения пищевой и технологической ценности на длительный период времени молоко подвергают тепловой обработке в пастеризаторах, где теплоносителем служит пар.

Животноводческие фермы нуждаются в значительном количествегорячей воды. Теплая вода необходима для подмывания вымени, приготовления кормов, мытья молочной посуды, промывки доильных аппаратов и молокопроводов, молочных насосов и охладителей молока и др.

Кроме того, холодный период подогретая вода подается автопоилкам, а также используется для уборки помещений.

Горячая вода нужна и на птицефермах при проведении различных технологических процессов в убойном цехе.

Количество фермерских хозяйств в республикесоставляет 16097, средний размер48 голов КРС.

Количество сельхозпредприятий в республике составляет 829, средний размер381 голов (95% сельхозпредприятий).

Количество личных подсобных хозяйств928149, средний размер ЛПХ6 голов.

Отсюда видно, что имеется большой спрос на гелиоэлектрические тепловые установки, поэтому перспективность освоения производства не вызывает сомнений.

Кроме того, цеха и линий по переработке мяса и молока также нуждаются в горячей воде и паре.

Анализ показывает, что рынком сбыта гелиоэлектрических тепловых установок являются фермерские хозяйства, сельхозпредприятия и цеха (линий) по переработкепродуктов животноводства и растениеводства.

Предлагаемая ГЭТУможет быть использована в предприятиях других отраслей, где технологические процессы связаны с потреблением горячей воды и пара в том объеме,который может обеспечить данная установка.

Изучение потребностив теплоте и паре различных фермерских хозяйств и молочных ферми технической возможности разработаннойгелиоэлектрической установки ГЭТУ–25 позволило разработать рекомендации по применению его в животноводстве.

В таблице 13 приведена область применения гелиоэлектрической установки ГЭТУ–25 в животноводческих хозяйствах.

Онимогут найти применение в хозяйствах на 10,50, 100,200 400 голов для пропаривания молочного инвентаря и приготовления горячей воды, а также для пастеризации молока. Возможен подогрев приточного воздухадля системы микроклимата в коровнике водоводяным калорифером, подключенным к теплообменнику ТО2 пароводонагревателя.

 

Таблица 13–Область применения гелиоэлектрическо установкиГЭТУ– 25 в молочном животноводстве

  ФХ на 10 голов ФХ на 25 голов ФХ на 50 голов ФХ на 100 голов МТФ на 200 голов МТФ на 400 голов
Пропаривание доильных аппаратов и молочной посуды + + + + + +
Приготовление горячей воды для мытья молочного инвентаря +   +   +   +   +   +  
Пастеризация молока на пастеризаторе ОПФ–1–300 или ОПФ–1–200 (расход пара 18… 25 кг/ч) + + + + + +
Подогрев приточного воздуха + + +      
Отопление молочного блока + + + + + +
Запаривание корнеплодов и грубых кормов + + + + + +
Подогрев обрата для поения телят + + + + + +
Необходимое количество ГЭТУ 1 1 1 1 1 2

 

Отчет о соответствии плановых и фактических затрат (объемов финансирования) на проведение работ в разрезе заданий и тем

Объем финансирования заданияв 2014г. подоговору №333 от 04.02.2014г составляет: по плану8000,0 тыс.тг.;фактически8000,0 тыс.тг.

6 Сведения о патентовании и лицензировании результатов работ, а
также о публикациях и мероприятиях научно–технической пропаганды

Патентно–изобретательская деятельность

Подана заявка№ 2014/0619.1 на получение инновационного патента РК.

Издание научных трудов и статей

1 Кешуов С.А., Алдибеков И.Т., Хасанов А.Р. Результаты эксперементальных иследований работы паронагревателейИсследования, результаты. Алматы: КазНАУ,№2, 2014.– С. 238...246

2 Кешуов С.А., Алдибеков И.Т., Хасанов А.Р. Обоснование режимов работы пароводонагревателя с двумя встроенными теплообменикамиИсследования, результаты. Алматы: КазНАУ,№3, 2014.– С. 251...259

3 Кешуов С.А., Алдибеков И.Т., ЖакишеваМ.Т. Иследование солнечного водонагревателя с вакуумированным трубчатым коллекторомИсследования, результаты. Алматы: КазНАУ,№3, 2014.– С. 259...268

Участие в конференциях, семинарах, выставках

1Кешуов С.А., Алдибеков И.Т., Хасанов А.Р. Гелиоэлектрическая система теплообеспечения для молочных ферм.Международная научно–практическая конференция «Традиции и инновации», Болгария,Русинский университет Ангел Кънчев, 2014.

2 Алдибеков И.Т.Программирование ПЛК1хх. Базовый курс. Консультационный семинар учебного центра ОВЕН.

Копия сертификата представлена в ПРИЛОЖЕНИИ К.

 

ҚОРЫТЫНДЫ

 

1 Жүргізілген әдеби шолу нәтижелері бірнеше автономды жұмыс жасайтын электржылулық қондырғылар негізінде құрастырылғанэлектрлік жылумен қамтамасыз етудің белгіліжүйелерін күрделі және эксплуатациялық шығындардың салыстырмалы түрде жоғары болуына байланысты сүтті аз мөлшерде өндіретін фермерлік шаруашылықтар мен шағын сүт фермаларында қолдану экономикалық жағынан тиімсіз.

Әртүрлі электрлік жылумен қамтамасыз ету жүйелерінің құрамына кіретінэлектржылулық қондырғылар белгілі бір жылулық үрдісті орындауға арналған, республиканың мал фермаларындағы эксплуатациялау ерекшеліктеріне бейімделмеген және басқару жүйелері ескі элементтік база негізінде құрастырылған.

2 Ыстық су мен бу алуға және бөлмелерді жылытуға арналған көпфункционалды гелиоэлектрлік жылулық қондырғыны (ГЭЖҚ) құрастырудың негізгі принциптері мен оған қойылатын талаптартұжырымдалған. Су жылыту үшін электр және күн энергиясын аралас пайдалану және микропроцессорлық басқару жүйесін қолдану қарастырылған. Құрамына жаңа электродтық жүйесі және ендірілген жылуалмастырғышы бар бу генераторы, бусулық жылуалмастырғышы бар бойлер–аккумуляторы және бойлермен жалғасқан гелиоколлектор кіретін ГЭЖҚ макеттік үлгісінің конструкциялық–технологиялық сұлбасы ойлап құрастырылған. Бойлердің жылуалмастырғышы бу генераторына, ал бу генераторының ендірілген жылуалмастырғышы жылыту жүйесіне қосылған.

3 ГЭЖҚ–25 макеттік нұсқасының негізгі жұмыс режимдерінің математикалық модельдері ойлап құрастырылып, олардың негізінде гелиоколлектордың апертурасының ауданы, жылуалмастырғыштардың конструкциялық параметрлері және олар арқылы жүретін жылутасығыштардың шығын мөлшерлері оңтайластырылған.

4 Технологиялық үрдістерді басқарудың блоктық сұлбасы ойлап құрастырылды,құрамына жады8 Мбайт ПЛК 100 микропроцессор,SCADA жүйесімен байланысы бар кіріс–шығысмодулі және оператор панелі, БУСТ2 басқару қалқаныжәне орындаушы механизмді басқаратынсегіз каналды модулі МВУ8 кіретін автоматты басқару жүйесі ойлап құрастырылды.

5 ГЭЖҚ–25 қондырғысыныңмакеттік үлгісі үшін бастапқы талаптар, техникалық тапсырма және конструкторлыққұжаттары ойлап құрастырылды.

6 ГЭЖҚ–25 қондырғысыныңмакеттік нұсқасының ПЛК 100 микропроцессор негізінде жасалған басқару жүйесі үшін бағдарламамен қамтамасыз ету жұмысы орындалды. Негізгі модульдер, датчиктер және орындаушы механизмдердің коммутациялау блоктары таңдалды.

7 ГЭЖҚ–25 қондырғысының макеттік нұсқасы жасалды, зертханалықжәне шаруашылықтық сынақтар жүргізілді.Алынған нәтижелерді талдау бу генераторына екінші жылуалмастырғыш орнатып, оны бойлерге тікелей жалғау, гелиоколлектордың апертурасының ауданын үлкейтіп, оны бойлердің жылуалмастырғышына жалғау, жылуалмастырғыштарды мыс түтікшелерден жасау, электродтық жүйенің конструкциялық параметрлеріне түзетулер жасау, корпустың диаметрін азайту, жылыту контурларындағы судың еріксіз циркуляциясын ұйымдастыру және басқару жүйесінің бағдарламасы мен элементтік базасына түзетулер ендіру қажет екендігін көрсетті. Бұл ендірілген конструкциялық өзгерістерГЭЖҚ–25 қондырғысының тәжірибелік нұсқасының конструкторлық құжаттарына түзетулер ендіру кезінде ескерілді.

8 Ендірілген конструкциялық өзгерістерді ескере отырып,ГЭЖҚ–25 қондырғысының тәжірибелік нұсқасының жұмыс режимдерінің математикалық модельдері қайта қаралып,түзетулер жасалды жәнеолардың негізінде нұсқаның негізгі элементтерінің конструкциялық параметрлері мен жылыту контурларындағы сулардың шығын мөлшерлері оңтайластырылды. Нәтижесінде мынадай деректер алынды; гелиоколектордың апертурасының ауданы Fгк =5,7 м2 (70 вакуумделген колбалар);жылуалмастырғыштардың және жылыту радиаторларыныңжылуалмасу қабырғаларының аудандары:Fто1 =0,4 м2,Fто2=0,235 м2, Fто3 =0,5 м2, Fро=14, м2;контурлардағыжылутасығыштардыңшығын мөлшерлері: кг/с, ; электродтық жүйенің өлшемдері: Нэ =0,2615 м; l1=0,017м;l2=0,08 м; b1= 0,05 м,b2= 0,05 м; судың номинал меншікті келергісіρ20 =26 Ом·м.

9 Басқару қалқаны бар ГЭЖҚ–25 қондырғысының тәжірибелік нұсқасыжасалынды. Басқару жүйесі заманауи элементтік база негізінде,РесейлікОВЕН фирмасы шығаратын, сенсорлық басқарылатын СПК 105 бағдарланатын панелдік контроллерді қолдану негізінде құрастырылды. Маңызды элементтер ретінде аналогтық сигналдардың МДВВ, МВА8 и УБЗ 302 типті кірістік–шығыстық модульдері таңдалды. Бұл жобада CoDeSys бағдарламалықкомплексініңLDграфикалық тілі қолданылды.

10 ГЭЖҚ–25 қондырғысының тәжірибелік нұсқасына зертханалық және шаруашылықтық сынақтар жүргізілді. Мынадай деректер алынды. Бумен қамтамасыз ету режимі кезінде: номинальды қуат25 кВт, тұрақты бу өндіру режиміне шығу ұзақтығы8…9 мин, бу өндіру өнімділігі33 кг/сағ, бу температурасы105 ºС дейін, бу қысымы0,07 МПадейін, п.ә.к.0,968. Бойлердегі суды электрлік қыздырурежимі кезінде: қондырғының орташа қуаты20,16 кВт, бастапқы температурасы23 ºС,бойлердегі судыңсоңғы температурасы– 82ºС, п.ә.к.0,97, бойлердегі суды23 ºС градустан82ºС дейін қыздыру ұзақтығы1, 75 сағ.Бойлердегі суды күндік қыздырурежимі кезінде: а) февраль айының басында, күн ашық және сыртқы ауаның температурасы –10 ºС аумағында болған кезде бойлердегі судың температурасы24 ºСградустан44 ºС дейін қызады,п.ә.к.0,56, қыздыруға жұмсалатын пайдалы күн энергиясы –11,63 кВт·ч; б) июль айының басында, күн ашық кезде бойлердегі су температурасы 22 ºС градустан70 ºСдейін, ал ала бұлтты болған кезде 55 ºСдейінкөтеріледі,. п.ә.к.0,7.

Сынақ нәтижелеріне негізделген есептеу нәтижелері апертурасының ауданы5,7 м2гелиоколлекторды жыл бойы су қыздыруға қолданған жағдайда 7500 кВт·ч электр энергиясын үнемдеуге болатындығын көрсетті.

Бойлердегі су мен жылыту жүйесінің жылутасығышын бір мезгілде қыздырурежимі кезінде бойлердегі судың температурасы22 ºСградустан82 ºС дейін2, 5 сағ. қызады, ал сыртқы ауаның температурасы28 ºС болған жағдайда ауданы100 м2бөлмедегі ауаның температурасы18 ºС деңгейінде болады.

11 Алынған нәтижелерді талдау ГЭЖҚ–25 қондырғысының тәжірибелік нұсқасының негізгі техникалық көрсеткіштері мен жұмыс режимдері және бу мен судың сапалық параметрлері техникалық тапсырмаға сәйкес келетіндігін көрсетті. Шаруашылықтық сынақ жүргізу кезінде микропроцессорлық басқару жүйесіГЭЖҚ–25 қондырғысының қалыпты жұмысын барлық режимдер кезінде қамтамасыз етті.

12 Сынақ нәтижелері бойынша шаруашылықтық сынақ актісіжасалды және ГЭЖҚ–25 қондырғысының тәжірибелік нұсқасының конструкторлық құжаттарына түзетулер енгізілді.

13 Электродаралық қашықтығы өзгермелі электродтық жүйені қолдану қазандық судың меншікті кедергісі кең диапазонда (26…4 Ом·м)өзгерген жағдайда дабусуқыздырғыштың қалыпты жұмысын тұздалған суды төкпей–ақ қамтамасыз ететіндігі анықталды, бұл п.ә.к. оң әсерін тигізеді.

14 Уақыт өткен сайын бойлердегі судың температурасы көтерілген кезде қондырғының қуаты біртіндеп автоматты түрде төмендей бастайтындығы, яғни қуаттың жылылық жүктеменің мөлшерінің өзгеруіне тәуелдіөздігінен реттелуі орын алатындығы анықталды. Бұл бу кеңістігінде қуаттардың теңсіздігінен пайда болған артық қысымның қазандық суды деңгейін оны ығыстыру күбісіне ығыстыру арқылы реттеуімен жүзеге асырылады. Бұл ферманың жалпы электрлікжүктемесінің азаюына ықпал етеді.

15 Тәжірибелік жолмен алынған нәтижелерді ГЭЖҚ–25 қондырғысының режимдерінің математикалық модельдерін қолдану аркылы алынған тоериялық есептеулер нәтижелерімен салыстыру олардың арасындағы айырмашылық 1…12%. болатындығын көрсетті.

16 Қондырғының негізгі элементтерінің техникалық жаңалықтары ҚР инновациялық патенттерімен қорғалған және ұсынылған жылумен қамтамасыз ету жүйесінің техникалық жаңалығына байланыстытағы бір инновациялық патент алуға өтініш берілген.

17 ГЭЖҚ–25 қондырғысын 100 бастық ферманың сүт блогінде қолданудың жылдық экономикалық тиімділігі192 770,2тенгені құрайды.

18 ГЭЖҚ–25 қондырғысының өндірістік тәжірибелік нұсқасы үшін техникалық тапсырма жәнеоны қолдану туралы нұсқаулар дайындалды.

19 2014 жылы 3 мақала жарияланды, инновациялық патент беру туралы өтініш берілді, «Традициялар және инновациялар» Халықаралық конференцияда баяндама жасалынды (Болгария, Русинский университет Ангел Кънчев).

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

1В результате проведенного литературного обзора установлено, чтоиспользование известных систем электротеплообеспечения на базе несколько автономно работающих электротепловых установок в условиях фермерских хозяйств и малых молочных ферм экономически нецелесообразно из–за сравнительно высоких капитальных и эксплуатационных затрат при незначительном объеме производимого молока. В них не предусмотрено вовлечение в энергобаланс молочныхфермэнергии Солнца.

Известные электротепловые установки, на базе которых создаются различные системы теплообеспечения, как правило, рассчитаны на выполнениеопределенного теплового процесса, не приспособленык специфическим условиям эксплуатации на животноводческих фермах республики, система управления построена на старых элементных базах.

2 Сформулированы основные принципы построения и требования к конструктивному исполнению многофункциональной гелиоэлектрическойтепловой установки(ГЭТУ),предназначенной для получения горячей воды и пара, а также отопления помещений.Предусмотренокомбинированное использование электрической и солнечной энергии для нагрева воды, применение микропроцессорной системы управления.Разработанаконструктивно–технологическая схема макетного образца ГЭТУ, состоящегоиз парогенератора с новой электродной системой и встроенным теплообменником,бойлера–аккумулятора спароводяным теплообменником и гелиоколлектора, соединенного с бойлером,причем, теплообменникбойлера соединен с парогенератором, а встроенный теплообменникпарогенератора подключается к системе отопления.

3 Разработаныматематические моделиосновных режимов работымакетного образца ГЭТУ–25, и на их основе произведенаоптимизация площади апертуры гелиоколлектора, конструктивных параметров теплообменников и расходов проходящих через них теплоносителей.

4 Разработана блок–схема управления технологическими процессамии обоснован выбор системы управления на базе микропроцессора ПЛК 100 с объемом оперативной памятью 8 Мбайт, с поддержкой модулей ввода/вывода и панелей оператора, со связью с SCADA–системами, блоком управления БУСТ2 и с восьмиканальным модулем управления исполнительными механизмами.

5Разработаны исходные требования, техзадание и конструкторская документацияна макетный образец ГЭТУ–25.

6 Разработано программное обеспечение для системы управления макетным образцом ГЭТУ–25 базе микропроцессора ПЛК 100. Выбраны основные модули, датчики, и блоки коммутации исполнительных механизмов.

7 Изготовлен макетный образец ГЭТУ–25 и проведены лабораторные испытания. Проведенный анализ полученных данных показал необходимость установки в парогенераторе второготеплообменика и подключения его непосредствено к бойлеру, увеличения площади апертуры гелиоколлектора иподключения его к теплообменнику в бойлере, выполнения теплообменников из медной трубки, корректировки конструктивных параметров электродной системы, уменьшения диаметра корпуса,организации принудительной циркуляцию воды в нагревательных контурах, а также корректировки программного обеспеченияи элементной базы системы управления. Внесенные конструктивные изменениябыли учтены при корректировке конструкторской документации на экспериментальный образец ГЭТУ –25.

8 Уточнены математические модели различных режимов работы экспериментального образца ГЭТУ–25 с учетом внесенных конструктивныхизменений,ина их основе оптимизированы конструктивные параметры его основных элементов и расходы вод в нагревательных контурах. В результате получены следующие данные:площадь апертуры гелиоколлектора Fгк =5,7 м2 (70 вакуумированных колб); площади теплообменных поверхностей теплообменников и радиаторов отопления:Fто1 =0,4 м2,Fто2=0,235 м2, Fто3 =0,5 м2, Fро=14, м2;расходы теплоносителей вконтурах: кг/с, ; размеры электродной системы: Нэ =0,2615 м; l1=0,017м;l2=0,08 м; b1= 0,05 м,b2= 0,05 м; удельное номинальное сопротивление воды ρ20 =26 Ом·м.

9 Изготовлен экспериментальный образец ГЭТУсо щитом управления.Система управлениявыполнена на современной элементнойбазе с применением панельного программируемого контролера с сенсорным управлением СПК 105 производства Российской фирмы ОВЕН. В качестве ключевых элементов выбраны модули ввода– вывода аналоговых сигналов МДВВ, МВА8 и УБЗ 302. В данном проекте использовался графический язык LDпрограммного комплекса CoDeSys.

10 Проведены его лабораторные и хозяйственные испытания экспериментального образца. Получены следующие данные. В режиме пароснабжения: номинальная мощность25 кВт, продолжительность выхода в режим стабильного парообразования8…9 мин, паропроизводительность33 кг/ч, температура парадо 105 ºС, давление парадо 0,07 МПа, к.п.д0,968.В режиме электрического нагрева воды в бойлере: средневзвешеннаямощность установки20,16 кВт, начальная температура воды в бойлере23 ºС, конечная температура воды в бойлере82ºС, к.п.д0,97, продолжительность нагрева воды в бойлере от 23 ºС до 82ºС1, 75 ч.В режимесолнечного нагрева воды в бойлере: а) в начале февралясредняя температура воды в бойлере повышается от 24 ºС до 44 ºСпри ясной погоде и температуре наружного воздухав пределах –10 ºС, к.п.д.0,56, полезная солнечная энергия, расходуемая на нагрев11,63 кВт·ч;б) в начале июлятемпература воды в бойлереповышается от 22 ºС до 70 ºС при ясной погоде, а при переменной облачностидо 55 ºСк.п.д.0,7.

Расчеты, проведенные на основерезультатов испытаний,показывают, что круглогодичное использование гелиоколлекторас площадью апертуры 5,7 м2для нагрева воды позволяет экономить около 7500 кВт·ч электроэнергии.

В режиме одновременной работы ГЭТУна нагрев воды в бойлере и теплоносителя системы отопления,по расчетным данным,вода в бойлере нагревается от 22 ºС до 82 ºСза 2,5 чпри этом температура воздуха в помещении с площадью 100 м2поддерживается на уровне 18 ºС при температура наружного воздуха28 ºС.

11 Анализ полученных данных показывает, что основные технические показатели и режимы работы экспериментального образца ГЭТУ–25, а также параметры качества пара игорячей воды соответствуют требованиям техзадания. В течение периода хозяйственных испытаниймикропроцессорная система управления обеспечивала нормальную работу устновки во всех режимах

12 По результатам испытаний оформлен акт хозяйственных испытаний,доработана конструкция и откорректирована конструкторская документация на экспериментальный образец ГЭТУ–25.

13 Установлено, что применение электродной системы с переменным межэлектродным расстоянием способствует обеспечениюнормальной работы пароводонагревателя в широком диапазоне (26…4 Ом·м) изменения удельного сопротивления котловой воды без солевой продувки, что положительно влияет на к.п.д. пароводонагревателя.

14 Установлено, что с течением времени по мере повышения температуры воды бойлере происходит автоматическое плавное снижение мощности установки, т.е. имеет место саморегулирование мощностив зависимости от изменения величины тепловой нагрузки. Это достигается тем, что появившегося избыточное давление в паровом пространстве из–за дисбаланса мощностейуменьшает уровня котловой воды, вытесняя ее ввытеснительный бачок. Это способствует снижению общей электрической нагрузки фермы.

15 Сравнительный анализ экспериментальных данных с теоретическими данными, полученными на основе математических моделей режимов работы ГЭТУ, показывает, что расхождение между нимисоставляет1…12%.

16 Техническая новизна основных элементов установки защищенадвумя инновационными патентами РКи подана одна заявка на инновационный патент РК на новизну предлагаемой системы теплоснабжения.

17Годовой экономический эффект от применения ГЭТУ в молочном блокефермы на 100 коров составляет192 770,2 тг.

18 Разработаны техническое задание на опытный образец гелиоэлектрической установки ГЭТУ–25 и рекомендации по ее внедрению.

19 В 2014 году опубликованы 3 статьи, подана одна заявка на инновационный патент РК, сделан доклад на международной конференции «Традиции и инновации» (Болгария, Русинский университет Ангел Кънчев).

 


Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 360; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!