Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им Н.И. Вавилова»

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

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

Шишинина Наталья Геннадьевна

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, обоснованы 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 регулирования, о.е; - удельное сопротивление воды, Ом·м; - длина линий 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; h_эк - 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 (h_э= 0; Р=Р_max); б) объемный экран перекрывает часть электродов (h_э>0; Р_max >Р> Р_min); в) объемный экран перекрывает электроды полностью (h_э= h; Р=Р_min): h - высота электродов, м; h_эк - 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 (h_э= 0; Р=Р_max) (рисунок 2а):

, (3)

где в - ширина электрода, м; - коэффициент пропорциональности 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 (h_э>0; Р_max >Р> Р_min) (рисунок 2б):

, (4)

где h - высота электродов, м; h_эк - высота объемного экрана, м.

в) Мощность в третьем режиме, когда объемный экран перекрывает электроды полностью (h_э= h; Р=Р_min) (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 h_эк 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. электродный водонагреватель экран

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 утечки, 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 с - 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; к_к - 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/(мІ·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 (=500ч2000 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.).

3. В описаниях патентов:

4. 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:

5. 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.).

6. 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.).

7. Шишинина, Н.Г. Электродный водонагреватель с объемным экраном./ Г.П. Ерошенко, Н.Г. Шишинина // Энергосберегающие технологии. Проблемы их эффективного использования: Материалы ЙЙЙ Международной научно-практической конференции. - Волгоград, С. 129-131 (0,69/0,34 печ.л.).

8. 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.).

9. 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

Размещено на Allbest.ru

...