Оптимизация ущерба и резервирования с целью повышения эффективности установок СВЧ диэлектрического нагрева

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

Оптимизация ущерба и резервирования с целью повышения эффективности установок СВЧ диэлектрического нагрева

Специальность 05.09.10 - Электротехнология

кандидата технических наук

Доценко Анастасия Владимировна

Саратов 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Архангельский Юрий Сергеевич

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Коломейцев Вячеслав Александрович

кандидат технических наук, доцент Сошинов Анатолий Григорьевич

Ведущая организация:ФГУП «НПП «Контакт» (г. Саратов)

Защита состоится «20» марта 2008 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, корпус 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Автореферат разослан «___» февраля 2008 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Томашевский Ю.Б.

Общая характеристика работы

диэлектрический нагрев ущерб резервирование

Актуальность темы. Для успешной конкуренции на внешнем и внутреннем рынках отечественной продукции необходимы технологическое перевооружение производства, оснащение промышленных предприятий энергосберегающим технологическим оборудованием, устранение из технологических операций применения угля, нефти, газа как не возобновляемых источников энергии. В этой связи особое значение приобретает задача широкого применения электротермических процессов и установок, которые позволяют достичь высокой скорости термообработки, автоматизировать технологический процесс, обеспечить термообработку как металлов, так и диэлектриков.

Сложнее всего обеспечить термообработку диэлектриков, так как при конвективном или лучистом энергоподводе теплота подводится к поверхности диэлектрика, а из-за малого коэффициента теплопроводности в центральной части объект нагревается медленно. Попытка интенсифицировать процесс термообработки за счет увеличения энергоподвода к поверхности может привести к короблению изделия, растрескиванию из-за возникновения в объеме диэлектрика больших градиентов механических напряжений, вызванных неравномерностью нагрева.

Интенсификация термообработки диэлектрика без угрозы его разрушения с улучшением качества обработки может быть достигнута применением энергии электромагнитных колебаний ВЧ или СВЧ диапазонов. В этом случае из-за проникновения электромагнитной волны в глубину объекта имеет место объемный нагрев диэлектрика. Выбором геометрии рабочей камеры электротермической установки можно обеспечить достаточно равномерное тепловыделение по всему объему диэлектрика.

Работы в области СВЧ диэлектрического нагрева в нашей стране ведутся уже более 40 лет. Приходится, однако, признать, что малоисследованными остаются вопросы целесообразности применения установок СВЧ диэлектрического нагрева и их экономической эффективности. Практически не исследована проблема ущерба и резервирования при СВЧ диэлектрическом нагреве.

В диссертации на базе системного подхода решается проблема минимизации ущерба и оптимизации резерва в установках СВЧ диэлектрического нагрева.

Цель работы. Разработка методов проектирования максимально эффективных установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования.

Основные задачи исследования:

1. Исследовать проблему экономической эффективности и целесообразности применения установок СВЧ диэлектрического нагрева.

2. Исследовать проблему надежности, ущерба и резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева.

3. Разработать метод технико-экономической оптимизации установки СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования.

4. Провести оптимизацию установок СВЧ диэлектрического нагрева для СВЧ сушки пиломатериалов с учетом ущерба и резервирования.

Методы исследования. В работе использована методология системных исследований, методы технико-экономического анализа электротехнологического оборудования и поиска оптимума функций многих переменных.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые сформулирована и решена проблема проектирования максимально эффективных установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования. В частности:

– определено понятие экономическая эффективность установки СВЧ диэлектрического нагрева;

– определено место экономической эффективности в системе технико-экономических расчетов;

– предложена целевая функция задачи технико-экономической оптимизации установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования, получены соотношения для входящих в нее величин;

– сформулирована задача технико-экономической оптимизации установок СВЧ диэлектрического нагрева для различных вариантов организации резерва;

– предложен метод расчета оптимального варианта резервирования с учетом ущерба при эксплуатации установок СВЧ диэлектрического нагрева.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Результаты исследований позволяют определить взаимосвязь технических, технологических, экономических факторов, параметров установок СВЧ диэлектрического нагрева, позволяющих выбрать оптимальную элементную базу резервирования.

2. Разработанные принципы проектирования установок СВЧ диэлектрического нагрева использованы при проектировании установок СВЧ диэлектрического нагрева для сушки пиломатериалов с оптимальным резервированием.

3. Разработана конструкция СВЧ сушилки пиломатериалов с камерой лучевого типа с совмещенными зонами нагрева и сушки.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная методика проектирования установок СВЧ диэлектрического нагрева позволяет обеспечить ее максимальную эффективность с учетом ущерба и резервирования.

2. Предложенная методика расчета сравнительного интегрального эффекта позволяет выбрать оптимальную элементную базу резервирования установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба.

3. Предложенная методика расчета установок СВЧ диэлектрического нагрева на примере комбинированной сушки пиломатериалов дает возможность обосновать оптимальную структуру, технические и технологические параметры и режимы работы СВЧ оборудования и элементную базу, при которой достигается максимальная экономическая эффективность СВЧ сушилки.

Реализация результатов работы. Работа выполнена на основании плана научной работы ведущей научной школы России НШ-9553.2006.8 (СГТУ), а также по плану госбюджетной НИР СГТУ-139 «Разработка теории нового класса СВЧ электротехнологических установок, использующих комбинированное модифицирующее воздействие на полимерные материалы больших объемов и площадей», № госрегистрации 01200603702.

Результаты диссертационной работы использованы Инженерно-технической фирмой «Элмаш-Микро» (г. Саратов) при проектировании СВЧ электротермического оборудования для вулканизации резиновых профилей в методическом режиме, а также на ФГУП «Саратовский агрегатный завод» (г. Саратов) при проектировании и эксплуатации установки для термообработки диэлектрических изделий.

Результаты диссертационной работы используются также при чтении курсов лекций по дисциплинам «СВЧ электротермические установки и системы», «Проектирование и конструирование электротехнологических установок и систем», «Монтаж и эксплуатация электротехнологических установок и систем» для студентов специальности 140605 - Электротехнологические установки и системы на кафедре «Автоматизированные электротехнологические установки и системы» СГТУ и в дипломном проектировании.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована использованием общей концепции и методологии системных исследований в электротермии, фундаментальных закономерностей электродинамики и тепломассопереноса.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции с международным участием «Электротехника, электромеханика, электротехнология» (г. Новосибирск, 2003), научно-технической конференции, посвященной 15 летию кафедры радиотехники «Радиотехника и связь» СГТУ (г. Саратов, 2004), Международной научно-технической конференции, посвященной 110 летию изобретения радио и 75-летию СГТУ (г. Саратов, 2005), III Международной научно-технической конференции «Радиотехника и связь» (г. Саратов, 2006), IV Всероссийской конференции «Прогрессивные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 6 работ в изданиях ВАК РФ. Список работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 72 наименования, двух приложений, содержит 174 страницы, 20 рисунков, 14 таблиц.

Содержание работы

Во введении сформулирована проблема ущерба и резервирования при СВЧ диэлектрическом нагреве, обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены новые научные результаты, полученные в диссертации, ее практическая ценность, сформулированы положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации и применении результатов работы.

В первой главе «Установки СВЧ диэлектрического нагрева и их эффективность» показано, что проектирование установок СВЧ диэлектрического нагрева следует проводить на базе системного подхода, учитывающего взаимосвязь технических, технологических и экономических параметров и характеристик.

В условиях рыночной экономики на первый план вышли технико-экономические проблемы, в частности, как спроектировать установку с учетом ущерба и резервирования, обладающую максимальной экономической эффективностью. Именно в этой области проведены исследования в рамках настоящей диссертационной работы. Традиционно технические устройства, тем более энергетически емкие, принято описывать коэффициентом полезного действия. В то же время представляется очевидным, что одного этого показателя недостаточно. Например, в процессе термообработки может уменьшиться или увеличиться объем обрабатываемого объекта, и это обстоятельство нужно учитывать при планировании закупки сырья. При проектировании и эксплуатации то же самое можно сказать и об экономических последствиях принятого в отношении технологического процесса и установки решения. Следовательно, для описания технологического оборудования нужна более широкая номенклатура показателей. Так, кроме энергетической эффективности, нужно говорить о физической и экономической эффективностях, определяемых соотношениями

,

где А₁ - неизбежные потери во время технологического процесса, А₂ - неизбежный и случайный брак в процессе производства, А ? затраты ресурса на входе установки, В₁ и В - конечный результат работы установки и затраты на его достижение в денежном выражении.

Во второй главе «Ущерб и резервирование в установках СВЧ диэлектрического нагрева» рассмотрена проблема ущерба и резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева.

Проблема ущерба и резервирования переплетается с проблемой надежности установки СВЧ диэлектрического нагрева. Надежность ? комплексный показатель, определяющий свойства технических устройств длительно сохранять и устойчиво воспроизводить в процессе эксплуатации рабочие характеристики и параметры. Надежность как комплексный показатель включает такие свойства, как качество, живучесть, безопасность, безотказность, ремонтопригодность и долговечность оборудования.

Поскольку сейчас нет сведений о статистике отказов установок СВЧ диэлектрического нагрева и провести исследование в этой области затруднительно по экономическим соображениям, в диссертационной работе в качестве критерия, характеризующего отказ самого ненадежного элемента конструкции генератора, использован его срок службы. Согласно паспортным данным, срок службы современных магнетронов технологического назначения составляет 2000 ч. Специалисты, долгие годы имевшие дело с установками СВЧ диэлектрического нагрева, определяют срок службы магнетрона до первого отказа в 4000 ч. В численных расчетах в диссертации использовались паспортные данные, но предложенные в работе расчетные соотношения дают проектировщику возможность исследовать влияние срока службы на эффективность установки.

Внеплановый перерыв в работе установки СВЧ диэлектрического нагрева приводит к убыткам производства, то есть к ущербу. Ущерб может быть вызван следующими причинами:

· срывами (авариями) или ограничениями в энерго- и водоснабжении по вине энергосистемы и водоканала;

· аварией во внутреннем энергоснабжении;

· срывом или недопоставкой сырья поставщиками;

· отказом установки СВЧ диэлектрического нагрева;

· организационными упущениями и ошибками административного и технического персонала;

· неправомерными действиями должностных лиц, повлекшими за собой сокращение выпуска продукции.

В диссертации рассмотрена главная причина ущерба - отказ самой установки или ее составных частей. Общее выражение для расчета ущерба имеет вид

,

где G - производительность установки; t₀ - время остановки одной установки в год (определяется типом резерва); Ц - цена единицы продукции; N - количество установок СВЧ диэлектрического нагрева. Цена продукции определяется рыночными механизмами, t₀ - типом используемого резерва, количество установок N определяется на стадии оптимизации структуры СВЧ электротермического оборудования.

В диссертации приведены соотношения для расчета величины ущерба при работе в автономном режиме, в технологической линии и при объединении СВЧ установок в самостоятельную технологическую линию в периодическом и методическом режимах работы при наличии фазовых переходов при обработке объекта и без них.

Поскольку время остановки установки в год зависит от типа резерва, в диссертационной работе рассмотрены вопросы резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева. Для этих установок существенны следующие виды резерва:

· аварийный, предназначенный для выполнения плана выпуска продукции с учетом отказов и аварийного снижения мощности СВЧ генератора;

· ремонтный, предназначенный для вывода в плановый ремонт всей установки или её элементов;

· развития, предназначенный для развития производства с применением установок СВЧ диэлектрического нагрева.

Особую роль играет аварийный резерв. Он должен быть учтен при технико-экономической оптимизации в затратах на резерв в первую очередь генерирующих СВЧ электромагнитные колебания приборов (магнетронов) в количестве, необходимом для замены выработавших свой срок службы. Кроме того, необходимо учитывать и скрытый резерв, так как все расчеты ведутся с учетом времени, необходимого для замены вышедшего из строя магнетрона на резервный. В диссертации рассмотрено влияние различных вариантов резервирования на величину капиталовложения К, необходимого для реализации установки СВЧ диэлектрического нагрева:

1. В комплект оборудования в качестве резерва входят магнетроны, количество которых достаточно для замены вышедших из строя в течение года. В этом случае

,

где К_у - цена одной установки, зависящая от ее типа, структурной схемы, цены элементов установки; R₁ ? затраты на создание резерва при цене одного магнетрона Х, так что R₁=RX, а число магнетронов

,

где k_з ~ 1,2 - коэффициент запаса, учитывающий возможность выхода магнетрона из строя до истечения срока его службы, ? срок службы магнетрона, Д ? количество дней работы установки в году, t_c ? количество часов работы установки в сутки, М ? количество магнетронов в установке, N ? количество установок, С_пер , С_мон ? затраты на перевозку и монтаж установки.

2. В комплект оборудования входит резервный СВЧ генератор, состоящий из магнетрона, накального трансформатора и системы защиты магнетрона от недопустимо больших отражений от его нагрузки, и резервные магнетроны в количестве, как и в первом случае. Цена оборудования в таком случае определяется соотношением

,

где R₂=R₁+Z₁, Z₁ - цена одного СВЧ генератора.

3. В комплект оборудования входит источник питания, основным элементом которого является высоковольтный трансформатор и комплект магнетронов на один год. В таком случае

,

где R₃=R₁+Ц_ип, Ц_ип - цена одного источника питания.

4. В комплект оборудования входит резервная установка в полном комплекте с годовым резервом магнетронов. Тогда

,

где R₄=R₁+К_у.

Разные варианты резервирования предполагают разное время остановки установки для включения резерва. Чем сложнее, а значит дороже резерв, тем меньше время остановки и величина ущерба. Например, время ущерба минимально, когда резервируется целиком вся СВЧ установка, тогда как максимальный ущерб будет при минимальных затратах на резервирование, когда резерв составляет лишь годовой запас магнетронов. Следовательно, необходима оптимизация ущерба и резервирования.

В третьей главе «Оптимизация ущерба и резервирования при СВЧ диэлектрическом нагреве» сформулирована целевая функция задачи оптимизации ущерба и резервирования как составной части общей задачи оптимизации структуры установок СВЧ диэлектрического нагрева.

При любой форме организации резерва установка СВЧ диэлектрического нагрева будет простаивать в течение времени t₀, следовательно, продукции будет выпущено меньше, отчего интегральный эффект уменьшится и составит

,

где П_i - количество i-й продукции, выпускаемой установкой в t-й год её эксплуатации; Ц_i ? цена единицы i-й продукции, выпускаемой установкой в t-й год эксплуатации; n - число видов выпускаемой продукции на горизонте расчета Т; Н_t - стоимостная оценка сопутствующего эффекта в производственной сфере в t-й год эксплуатации; S_t - стоимостная оценка социального эффекта в t-й год эксплуатации; М_t - остаточная стоимость основных фондов производственной инфраструктуры, исключаемых из эксплуатации в t-й год; З_t - эксплуатационные издержки на работу установки, включая налоги, сборы и платежи, в t-й год эксплуатации; ? норма дисконта (определяется финансовой политикой государства и меняется в пределах 0,08 ? 0,12).

Обычно установка выпускает один вид продукции, так что n = 1. Будем считать, что расчет интегрального эффекта проводится на интервале в 1 год, по истечении которого установка из эксплуатации не выводится ни целиком, ни частями и не реализуется (= 0), сопутствующие эффекты в производственной и социальной сферы отсутствуют (H_t = 0; S_t = 0).

Если банковский кредит берется на год и только на приобретение установки и резерва, то

,

где С_см - затраты на сырье и материалы; - коэффициент, учитывающий величину налога на прибыль; ? коэффициент, учитывающий величину налога на добавленную стоимость; ? коэффициент, учитывающий участие учредителей в распределении прибыли; С_э ? затраты на электроэнергию и холодную воду; С_зп ? затраты на заработную плату персонала; С_зч ? затраты на приобретение запасных частей, вспомогательных материалов, необходимых для обеспечения работы установки в процессе эксплуатации (без учета затрат на резервирование); С_а ? амортизационные отчисления; С_бр ? затраты на неизбежный брак; С_ни - затраты на научные исследования; , где - стоимость базового комплекта установки, К_рез - стоимость данного варианта резерва; i_кр - банковский процент.

Общее решение задачи оптимизации ущерба и резервирования, принимая во внимание, что количество вариантов резервирования ограничено, можно провести следующим образом.

Интегральный эффект при системном подходе является функцией нескольких параметров x₁, х₂,…, х_n. Решение задачи о нахождении оптимальных значений этих параметров, характеризующих установку, технологический процесс обрабатываемого объекта, сводится к нахождению значений этих параметров из системы уравнений

,

,

…

.

В установках СВЧ диэлектрического нагрева такими параметрами являются мощность и частота СВЧ генератора, электрофизические и теплофизические параметры объекта, тарифы на электроэнергию и холодную воду, продолжительность работы установки в сутки, время работы по выпуску готовой продукции, количество рабочих дней в году, цены на сырье и готовую продукцию и другие. Все эти параметры в конечном счете могут быть подразделены на нормативные и независимые. Нормативные параметры составляют большинство, к ним обычно относят режим работы предприятия, стоимостные характеристики, диэлектрические и теплофизические параметры обрабатываемого объекта и др. К независимым параметрам следует отнести мощность и частоту СВЧ генератора, количество магнетронов, работающих на одну рабочую камеру, количество установок. Как показывают расчеты, в качестве переменного, т.е. варьируемого параметра достаточно ограничиться лишь мощностью генератора. Частота генератора находится в соответствии с геометрическими размерами обрабатываемого объекта, количество магнетронов однозначно определяется мощностью СВЧ, а оптимальное число установок определяется с учетом производительности, оптимальной мощности и оптимального количества магнетронов.

Такие расчеты в диссертации выполнены для всех вариантов резервирования, предложенных выше.

На втором этапе решения задачи оптимизации ущерба и резервирования следует выбрать оптимальную структуру, параметры и режимы, при которых

.

Для сравнения вариантов предложено использовать сравнительный интегральный эффект

,

где i и j номера сравниваемых вариантов резервирования. Если ?В₁>0, то предпочтительнее i -й вариант резервирования, а если ?В₁<0, то j -й вариант. Сопоставляя между собой рассмотренные варианты резервирования, следует выбрать тот, который дает наибольший интегральный эффект В₁.

Для реализации приведенного метода расчетов необходимо определить зависимости стоимостных показателей установки и ее элементов от мощности СВЧ при фиксированной частоте генератора. В работе принята аппроксимация этих зависимостей в виде полинома второй степени

.

В практических расчетах целевую функцию В₁ можно представить в виде суммы постоянной и переменной части

.

От независимой переменной Р зависит только

,

поэтому Р_opt можно искать из уравнения

.

В диссертации получены соотношения для расчета величин, входящих в целевую функцию для всех четырех вариантов резервирования и всех приведенных выше типов и режимов работы установок.

В четвертой главе «Оптимизация ущерба и резервирования в СВЧ электротермическом оборудовании для сушки пиломатериалов» проиллюстрированы сформулированные в предыдущих главах методы обеспечения эффективности установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба и резервирования на примере СВЧ сушилок длинномерных материалов.

Выбор обоснован тремя причинами:

? сушка пиломатериалов - длительный и энергоемкий процесс, желательны его интенсификация и снижение энергозатрат, а потому СВЧ сушка пиломатериалов давно привлекает к себе внимание исследователей;

? в различных отраслях хозяйства в большом количестве применяются различные виды древесной продукции. По этой причине разработчики установок СВЧ диэлектрического нагрева сейчас рекламируют именно СВЧ сушилки пиломатериалов;

? при проведении технико-экономических расчетов можно воспользоваться известными методами расчета СВЧ сушилок.

В этой главе рассмотрены варианты компоновки СВЧ сушилок штабелей длинномерных пиломатериалов в периодическом режиме на базе камер лучевого типа (КЛТ) с системой волноводно-щелевых излучателей, запитываемых от когерентных или некогерентных СВЧ генераторов.

В режиме жесткой сушки давление пара внутри пиломатериала увеличивает перенос влаги к его поверхности. В этом случае увеличивается пористость материала, что может привести к трещинам и короблению, а потому технологи не рекомендуют использовать жесткий режим сушки. В диссертации приведено решение задачи для мягкого режима сушки, когда кипение влаги внутри материала отсутствует. Рассматривалась сушка пиломатериалов от традиционно начального влагосодержания 40-50% до традиционно конечного 10%.

В работе рассматривается СВЧ сушилка периодического действия. В методическом режиме производительность установки выше, однако в этом случае велика угроза коробления из-за неравномерной сушки по длине пиломатериала. Из двух типов излучателей (волноводно-щелевой и рупорный) был выбран волноводно-щелевой, так как габариты установки с рупорными излучателями больше.

В качестве альтернативной сушилки выбрана аэродинамическая сушилка АСКМ-15. В этой установке воздух нагревается за счет трения вихрей воздуха, создаваемых вентилятором мощностью 55 кВт. Сушилка АСКМ-15 выбрана потому, что в ней, как и в СВЧ сушилке, не используются не возобновляемые источники энергии.

Волноводно-щелевые излучатели на противоположных стенках КЛТ могут размещаться поперек или вдоль штабеля. В диссертации рассмотрены 144 варианта компоновки СВЧ сушилок на частотах 433 и 915 МГц с продольным и поперечным расположением излучателей при различной компоновке источника энергии. Выбран был вариант, в котором используется выпускаемый серийно магнетрон с СВЧ мощностью 5 кВт, поскольку в этом случае имеется кратная производительность аэродинамической и СВЧ сушилок. Объем штабеля при этом составляет 3,5м³, а время сушки пиломатериала в СВЧ сушилке равно 5,6 ч. Зависимости температурного напора и влажности штабеля от времени СВЧ сушки для этого варианта показаны на рис. 1. Компоновка выбранного варианта СВЧ сушилки приводится на рис. 2. Расчеты показали, что при нынешних ценах на магнетроны, СВЧ генераторы, источники их питания, рабочие камеры СВЧ сушилки имеют меньшую экономическую эффективность, чем, в частности, аэродинамические или с иным способом энергоподвода сушилки.

Рис. 1. Зависимости температурного напора и влажности пиломатериала от времени в сушилке на КЛТ

Рис. 2. Компоновка СВЧ сушилки с волноводно-щелевыми излучателями (1 ? вентилятор, 2 ? волноводно-щелевой излучатель, 3 ? отражатель, 4 ? штабель пиломатериала, 5 ? кожух, 6 ? щели волноводно-щелевых излучателей) (поперечное сечение КЛТ)

По этой причине важно установить, какова должна быть максимальная цена установки СВЧ диэлектрического нагрева и ее элементной базы, чтобы это технологическое оборудование было конкурентоспособным. Если положить, что вся чистая прибыль (интегральный эффект) на интервале в один год тратится на возврат банковского кредита, обеспечение выпуска продукции, выплату налогов и дивидендов в течение года эксплуатации, то максимально допустимую величину капиталовложения можно рассчитать по соотношению

.

Если установить пропорцию реальных цен между такими элементами, как магнетрон, СВЧ генератор, источник питания, рабочая камера, то всю величину капиталовложений можно выразить, например, через цену магнетрона.

Тогда, зная максимально допустимую величину капиталовложения К, можно рассчитать максимально допустимые цены магнетрона, генератора, источника питания, рабочей камеры (табл. 1) и рассчитать сравнительный интегральный эффект всех четырех вариантов резервирования с аэродинамической сушилкой по соотношению (табл. 2)

.

Таблица 1. Максимально допустимые цены элементной базы СВЧ сушилки

Стоимость	Вариант резерва
	Первый	Второй	Третий	Четвертый
Время замены вышедшего из строя магнетрона ф, час	2	1	0,5	0,8
Ущерб У, руб.	284 100	142 100	71 030	113 700
Установка Ку, руб.	1 210 301	1 272 075	1 252 547	712 348
Установка с резервом К, руб.	1 408 000	1 490 000	1 532 000	1 507 000
Магнетрон Х, руб.	4 821	5 069	4 989	2 838
СВЧ генератор Z1, руб.	14 460	15 210	14 970	8 513
Источник питания Цип, руб.	72 310	76 030	74 830	42 560
Рабочая камера Цк,руб.	168 700	177 400	174 600	99 320

Таблица 2. Сравнительный интегральный эффект

Вариант резерва	Первый	Второй	Третий	Четвертый
?В1, руб.	97 560	162 500	133 400	? 1 465 000

В диссертации предложен пятый вариант резервирования в СВЧ сушилке пиломатериалов, отличающийся самым малым временем остановки установки, следовательно, наименьшим ущербом, и тем, что продолжается сушка той же садки: установка с резервом в холодном режиме (рис. 3).

Рис. 3. Компоновка СВЧ сушилки с резервными излучателями (1 ? волновод с поперечными щелями на широких стенках, 2 ? короткое замыкание волновода, 3 ? волноводный тройник)

В этом случае штабель пиломатериалов в поперечном сечении имеет квадратную форму, а рабочие и резервные волноводно-щелевые излучатели расположены на горизонтальных и вертикальных стенках рабочей камеры. Параметры такой СВЧ сушилки приведены в табл. 3, в табл. 4 даны минимально допустимые цены элементной базы СВЧ сушилки с резервом в холодном режиме.

Таблица 3. Параметры СВЧ сушилки с резервом в холодном режиме

Параметры	Величина
Годовая производительность	П, м3	1346
Время остановки одной установки в год	ф, ч	0,17
Величина ущерба	У, руб.	1545
Объем загрузки	V, м3	0,78
Продолжительность сушки одной загрузки	tоб, ч	5
Мощность 3-х магнетронов по 5 кВт	Р, кВт	15
Количество воды, потребляемое камерой за 1 цикл	Gхв, л/ч	2
Мощность вентилятора	Рв, кВт	2
Время загрузки-выгрузки	tзв, ч	0,06

Таблица 4. Максимально допустимые цены элементной базы установки СВЧ сушилки с резервом в холодном режиме

Величина	Значение
Время переключения секции подачи излучения ф, ч	0,17
Ущерб У, руб.	1545
Установка Ку, руб.	203 000
Установка с резервом К, руб.	231 400
Магнетрон Х, руб.	1420
СВЧ генератор Z1, руб.	4259
Источник питания Цип, руб.	21290
Рабочая камера Цк , руб.	49690

Результаты расчета при максимально допустимых ценах элементной базы СВЧ сушилки с резервом в холодном режиме, выполненные по соотношениям (табл. 5)

,

и

,

Таблица 5. Сравнительный интегральный эффект

Вариант сравнения	АСКМ-15	СВЧ сушилка
?В1, руб.	456 100	369 400

показали, что этот вариант сушилки имеет наибольший сравнительный интегральный эффект при сопоставлении ее с сушилкой АСКМ-15 и с СВЧ сушилкой, имеющей резерв, выполненный по второму варианту (СВЧ генератор и годовой запас магнетронов) (табл. 5).

Основные результаты работы

1. Получены аналитические соотношения для величины ущерба из-за остановки установок СВЧ диэлектрического нагрева, работающих в периодическом и методическом режимах при обработке объекта без фазового перехода и с фазовым переходом в процессе обработки.

2. Предложено общее решение задачи оптимизации ущерба и резервирования путем нахождения максимума чистого дисконтированного дохода (интегрального эффекта) на заданном временном интервале (1 год).

3. Предложены варианты резервирования в установках СВЧ диэлектрического нагрева: годовой резерв магнетронов, резервный СВЧ генератор с годовым резервом магнетронов, резервный источник энергии с годовым резервом магнетронов, резервная установка СВЧ с годовым резервом магнетронов.

4. Получены соотношения для расчета оптимальных количеств установок СВЧ диэлектрического нагрева, магнетронов, работающих на одну рабочую камеру каждой установки, оптимальных мощности и частоты СВЧ генератора с учетом ущерба для всех вариантов резервирования СВЧ установок, работающих в периодическом и методическом режимах при обработке объекта без фазового перехода и с фазовым переходом в процессе обработки.

5. Получены соотношения для расчета сравнительного интегрального эффекта для определения оптимального варианта резервирования с учетом ущерба, а также при сравнении экономической эффективности установок с СВЧ и с иным способом энергоподвода.

6. Предложены варианты компоновки СВЧ сушилок штабелей длинномерных пиломатериалов в периодическом режиме при мягкой сушке на базе камер лучевого типа с системой волноводно-щелевых излучателей, запитываемых от когерентных и некогерентных СВЧ генераторов. Рассмотрены и сопоставлены по экономической эффективности сушилки четырех вариантов резервирования.

7. Предложен вариант резервирования в СВЧ сушилке, когда камера лучевого типа оснащена системой резервных волноводно-щелевых излучателей в холодном режиме.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях

1. Публикации в центральных изданиях, включенных в перечень периодических изданий ВАК РФ

1. Доценко А.В. Оптимизация ущерба и резервирования при СВЧ диэлектрическом нагреве / А.В. Доценко // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2006. ? №1(10). ? Вып.1. - С. 131-137.

2. Доценко А.В. Оптимизация параметров У СВЧ ДН, работающей в периодическом режиме, с учетом ущерба и резервирования / А.В. Доценко // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. ? 2006. ? №40. ? Вып. 40. - С. 136-138.

3. Доценко А.В. Влияние ущерба и резервирования на эффективность установок СВЧ диэлектрического нагрева / А.В. Доценко // Вестник Саратовского государственного технического университета. Спец. вып. Энергетика и электротехника. ? 2006. ? №4(19). ? Вып. 4. ? С. 130-133.

4. Доценко А.В. Надежность, ущерб и резервирование в СВЧ электротермии / Ю.С. Архангельский, А.В. Доценко // Вестник Саратовского государственного технического университета. Спец. вып. Энергетика и электротехника. ? 2006. ? №4(19). ? Вып. 4. ? С. 27-35.

5. Доценко А.В. Резервирование в системах энергообеспечения электротермического оборудования / А.В. Доценко // Промышленная энергетика. 2007. - №5. - С. 2-6.

6. Доценко А.В. Резервирование в СВЧ сушилках пиломатериалов / Ю.С. Архангельский, А.В. Доценко // Вестник Саратовского государственного технического университета. Спец.вып. Энергетика и электротехника. ? 2007. ? №4(29) ? Вып. 2. ? С. 9-13.

2. Публикации в других изданиях

7. Доценко А.В. Ущерб и резервирование при СВЧ диэлектрическом нагреве / Ю.С. Архангельский, А.В. Доценко // Электротехника, электромеханика, электротехнология: материалы науч.-техн. конф. с Международным участием. ? Новосибирск, 2003. ? С. 187-192.

8. Доценко А.В. Надежность установок СВЧ диэлектрического нагрева / Ю.С. Архангельский, А.В. Доценко // Радиотехника и связь: материалы науч.-техн. конф., посвященной 15-летию каф. Радиотехники. ? Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. - С. 289-292.

9. Доценко А.В. Ущерб при СВЧ диэлектрическом нагреве / А.В. Доценко // Электро- и теплотехнологичекие процессы и установки-2: сб. науч. тр. ? Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. ? С. 45-51.

10. Доценко А.В. Резервирование как метод повышения эффективности У СВЧ ДН / А.В. Доценко // Радиотехника и связь: материалы Междунар. науч.-техн. конф. посвященной 110-летию изобретения радио и 75-летию СГТУ. ? Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. С. 402-406.

11. Доценко А.В. Интегральный эффект установок СВЧ диэлектрического нагрева с учетом ущерба / А.В. Доценко // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. Саратов. гос. техн. ун-т, 2006. ? С. 164-168.

12. Доценко А.В. Варианты компоновки и резервирования У СВЧ ДН для сушки пиломатериалов / А.В. Доценко // Радиотехника и связь: материалы третьей Междунар. науч.-техн. конф. ? Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. - С. 344-347.

13. Доценко А.В. СВЧ сушка пиломатериалов / А.В. Доценко // Прогрессивные технологии в обучении и производстве: материалы IV Всеросс. конф. / РПК Политехник: Волгоград. гос. техн. ун-т, 2006. ? Т.1. ? С. 127-130.

Корректор Л.А. Скворцова

Подписано в печать 01.02.08. Формат 60х84 1/16

Бум. офсет Усл. печ.л. 1,0 Уч.-изд.л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054 г. Саратов, ул. Политехническая,77

Отпечатано в РИЦ СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Размещено на Allbest.ru

...