Алгоритм проектирования сверхвысокочастотной электротермической установки с учетом ее конкурентоспособности

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Алгоритм проектирования сверхвысокочастотной электротермической установки с учетом ее конкурентоспособности

Т.Ю. Дунаева

На сегодняшний день накоплен обширный опыт в проектировании СВЧ электротермических установок, в первую очередь в области методов расчета и математического моделирования этих процессов. В последние десятилетия явно просматривается интерес к технико-экономическим проблемам СВЧ электротермии, что без сомнения, вызвано переходом к рыночной экономике [1,2].

При всех успехах в области СВЧ электротермии до сих пор остается неисследованным один принципиально важный вопрос - всегда ли целесообразно применение СВЧ установок. Какова их конкурентоспособность на рынке технологического оборудования, где постоянными конкурентами являются установки, использующие другие способы энергоподвода.

На наш взгляд, эти вопросы актуальны, и тем не менее на них ответа нет, а разработчики зачастую говорят лишь о технологических преимуществах СВЧ нагрева, таких как интенсификация процесса за счет объемного тепловыделения, более высокое качество за счет равномерности нагрева. Эти преимущества, бесспорно, способствуют распространению СВЧ электротермических установок. С другой стороны, такие установки потребляют много электроэнергии, у них высока цена элементной базы и в первую очередь, источников СВЧ энергии.

Решение проблемы конкурентоспособности СВЧ электротермических установок на стадиях проектирования и эксплуатации позволит реализовать их технологические преимущества с обеспечением максимальной экономической эффективности этого вида оборудования.

Процедуры технико-экономического анализа проектируемой установки и ее технико-экономической оптимизации, на наш взгляд, необходимо включить в единый алгоритм проектирования СВЧ электротермической установки, включающий в себя также расчет оптимальной конструкции рабочей камеры и выбор источника питания установки. Традиционно методика оптимизирующего проектирования для СВЧ электротермических установок состоит в том, что процесс расчета и оптимизации в них проводится по техническим параметрам [3]. Включение в традиционную методику расчета этапа технико-экономического сопоставления установки с альтернативной и проведение мероприятий по ее технико-экономической оптимизации позволило бы повысить конкурентоспособность проектируемой установки. математический сверхвысокочастотный конкурентоспособность

На рис.1 показана общая блок-схема процесса проектирования конкурентоспособной СВЧ электротехнологической установки.

Каждому этапу проектирования предшествует формулировка исходных данных, в которые входят требования к технологическому процессу и установке. Проектирование начинается с синтеза исходного варианта и структуры установки. При этом решаются следующие основные вопросы:

- выбор типа СВЧ установки;

- выбор типа СВЧ рабочих камер;

- определение количества и места расположения излучателей;

- определение дополнительных технологических параметров.

На следующем этапе проектирования используются упрощенные модели и алгоритмы расчета [2]. Эти инженерные методы расчета СВЧ установок отвечают, на наш взгляд, весьма существенным требованиям - они достаточно просты, нетрудоемки, так как речь идет о расчетах на самых ранних стадиях проектирования, когда выясняется целесообразность применения СВЧ энергоподвода, то есть выясняется, будет ли конкурентоспособна данная установка. Затем выбираются исходные данные (мощность установки, ее производительность, физические характеристики объекта термообработки, начальные и граничные условия и т.д.) и выполняется первый вариант анализа. Далее проводится сравнение расчетных параметров с заданными по условиям технологии.

В зависимости от вида и назначения СВЧ установки могут задаваться, например, следующие параметры:

- скорость нагрева до требуемой температуры с ограничением на максимально допустимую разность температур в объеме диэлектрика или максимально допустимые температурные напряжения;

- скорость сушки до требуемой влажности диэлектрика с ограничением на максимально допустимую температуру и допустимую разность влагосодержания в объеме тела.

В случае, если расчетные параметры удовлетворяют исходным требованиям, то полученное проектное решение по структуре установки принимается и формулируется техническое задание на проектирование элементов СВЧ ЭТУ данного уровня. В противном случае выбираются следующие пути улучшения проекта установки:

1. Изменяются числовые значения исходных параметров. Поскольку изменения параметров направлены на поиск наилучшего значения заданного показателя установки или процесса, эта процедура является процедурой оптимизации.

2. Если с помощью оптимизационных процедур не удается добиться выполнения исходных технологических требований, то используют другой путь, связанный с изменением структуры СВЧ установки. Для нового варианта структуры вновь выбирается математическая модель и проводится численное исследование.

3. Если и для нового варианта структуры СВЧ установки необходимые технологические требования не выполняются, то необходимо корректировать исходные данные на проектирование установки.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рис. 1 Общая блок-схема проектирования СВЧ электротермической установки

 После того как будет готово предварительное техническое задание на СВЧ ЭТУ, определяют технико-экономические параметры установки - ее цену, установленную мощность, габариты, количество обслуживающего персонала и т.д. На этом же этапе принимается решение об оптимальном резервировании установки. Затем выбирается альтернативная ей установка с иным способом энергоподвода с такой же производительностью. После этого установка сравнивается с альтернативной с помощью целевой функции технико-экономического сравнения [4].

В качестве целевой функции технико-экономического сравнения следует использовать сравнительный интегральный эффект [1, 3]:

, (1)

где - суммарный экономический эффект (чистый дисконтированный доход) СВЧ и альтернативной установки.

В случае если спроектированная установка окажется выгоднее альтернативной, формируется окончательное техническое задание на изготовление установки. На этом этапе предполагается необходимый и достаточный по качеству и объему строгий расчет со всем накопленным опытом в этом вопросе [3]. В противном случае ищется способ улучшения технико-экономических параметров. Здесь наиболее очевидны три метода повышения конкурентоспособности СВЧ электротермических установок [5]:

- оптимизация структуры и параметров СВЧ установки;

- минимизация затрат на электроснабжение;

- рациональное ценообразование.

На этом же этапе проводится процедура оптимизации организации режима работы СВЧ установки. Затем заново проводится вся процедура численных расчетов технологического процесса и заново проводится процедура технико-экономического сравнения установки с альтернативной.

Если же и после процедур по увеличению конкурентоспособности СВЧ установка проигрывает альтернативной, возможно принятие решения об отказе разработки данной установки.

Литература

Дунаева Т.Ю. Повышение эффективности СВЧ электротермических установок / Т.Ю. Дунаева // Проблемы энергосбережения. Теплообмен в электротермических и факельных печах и топках: материалы Междунар. науч.-техн. конф. / ТГТУ. ? Тверь, 2004. - С. 57-60.

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

Архангельский Ю.С. Компьютерное моделирование СВЧ электротермических процессов и установок / Ю.С. Архангельский, С.В. Тригорлый. - Саратов: СГТУ, 2006. - 212 с.

Дунаева Т. Ю. Оценка эффективности проектов в СВЧ электротехнологии с учетом факторов риска / Т. Ю. Дунаева // Вестник Саратовского государственного технического университета. ? 2006. ? № 4(19). - С. 133-138.

Архангельский Ю.С.Технические и организационные мероприятия, повышающие эффективность СВЧ установки на стадии эксплуатации./ Ю.С. Архангельский, Т.Ю. Дунаева, Е.Н Зарайская // Успехи современной электротехнологии: материалы международной науч.-техн. конф./ СГТУ. - Саратов, 2009. - С.49-53..

Размещено на Allbest.ru